Tubos de gres en redes de saneamiento y drenaje urbano
Chris McCormack
Keramo Steinzeug
Sostenibilidad
El tubo de gres es el material ideal para la evacuación por gravedad de aguas residuales tanto domésticas como industriales.
Aplicaciones especialmente indicadas para el tubo de gres: - Zonas de riesgo de corrosión biogénica. (en aguas domesticas) - Zonas industriales
- Zonas de fuerte pendiente - Zonas de poca pendiente - Zonas de subsuelos agresivos - Después de bombeos
Mucha gente piensa que el tubo de gres es algo artesanal, algo pasado de moda. Pero de hecho, a pesar de haber sufrido contratiempos en los años 60, cuando empezó la introducción de materiales nuevos milagrosos "mejores" y "baratos", no solamente han mantenido su mercado sino que en los últimos años ha habido un renacimiento del Gres. Por varias razones:
- Es el único material usado en redes de saneamiento que ha demostrado inalterable con el paso del tiempo
- Con la innovación de juntas incorporadas en los años 60, las cuales a la vez ofrecieron garantías de longevidad, estanqueidad y flexibilidad, se encontró una forma fácil rápida de instalar.
- Ha habido una gran mentalización referente a la protección del medio ambiente. Inversiones fuertes de depuradoras etc. Obras de gran importancia económica, que, para asegurar la rentabilidad de las inversiones, tienen que incorporar productos de la mejor calidad a fin de garantizar la longevidad de las instalaciones.
- El uso de materiales de calidad no solo asegura el funcionamiento correcto de las instalaciones sino que también reduce los costes de mantenimiento. Cuanto peor sea la calidad de los materiales más problemas de funcionamiento y mantenimiento habrá.
- El gres ha demostrado desde hace siglos que es el material más rentable. Una red de alcantarillado hecha de tuberías de gres vitrificado tiene una vida ilimitada.
Historia
El tubo de gres se utilizó en la época antes de Cristo en varias zonas del Oriente Medio. Aquí en España, a principios de siglo, se utilizaba gres en muchos núcleos. Sevilla y Bilbao son 2 ejemplos de ciudades en las que, al ampliar las redes, se han descubierto tubos con casi 100 años de servicio todavía en perfecto estado.
La única diferencia entre aquellos tubos y los tubos modernos es la alta tecnología que se ha introducido en la fabricación para obtener mejor calidad en cuanto a resistencia al aplastamiento, impermeabilidad, mejores tolerancias de dimensiones, mayor gama de secciones.
Gres vitrificado se nombra al material mezclado de arcillas y chamota (arcilla cocida, o sea material reciclado aprox 30%), después de pasar por la etapa de sinterización durante su cocción. La sinterización ocurre a los 1100 - 1200 grados de temperatura. Es entonces cuando la estructura del material de arcillas se transforma en un material de estructura densa, dura, impermeable, y resistente a los ácidos y alcalinos. Es solamente entonces cuando se le puede llamar Gres Vitrificado. No se debe confundir Vitrificado (que abarca todo el espesor del cuerpo del tubo) con Vidriado (que afecta a la superficie solamente - esmalte). Antiguamente se utilizaba el vidriado para intentar reducir la porosidad del gres, porque entonces no todos los tubos que se fabricaban eran vitrificados. La calidad de los tubos dependía de su situación en los hornos, los que estaban situados en el centro o en la parte más caliente sí alcanzaban sinterización si la temperatura alcanzaba 1200ºC. Pero muchos estaban situados en zonas menos calientes del horno y no llegaban a la sinterización con el resultado de tener Gres cocido en vez de Gres Vitrificado.
Hoy en día, gracias a los hornos de túnel controlados por ordenador, todos los tubos y accesorios son vitrificados es decir que todos han pasado por la sinterización a 1200ºC.
Keramo -Steinzeug utiliza un vidriado cerámico para dar mejor característica hidráulica a la tubería, de una rugosidad valor k = 0.02mm. El hecho de que los tubos lleven el vidriado en la superficie externa es consecuencia de que los tubos estén bañados en la solución del vidriado. En principio no servía de nada tener el vidriado en la cara externa, pero ahora se ha visto que sirve para reducir la fricción en los tubos de hinca.
Fabricación
La producción moderna es 100% automática. La fabricación es supervisada por ordenadores y personal técnicamente preparado. Hay de 8 a 10 etapas en la fabricación, con una duración de principio a fin de 6 días a 3 semanas, dependiente del diámetro.
- La mezcla de las arcillas. Se utilizan varios tipos de arcillas, cuyos tipos, proporciones, etc. son secretos de la fábrica.
- Se mezclan las arcillas con Chamota - arcilla cocida y pulverizada. Esto es para dar cuerpo a la masa durante las siguientes etapas.
- La masa pasa por unas prensas y los tubos son formados por extrusión vertical. Durante la extrusión, automáticamente, los tubos son marcados con toda la información relevante: Fecha de fabricación, nombre del fabricante, diámetro, resistencia al aplastamiento, y la norma que cumple.
- Los tubos son introducidos en los hornos de secado. Aquí pierden el contenido de agua necesario para formarlos. Generalmente este proceso dura unos 10 días y los tubos encogen en tamaño un 10% y tienen ya más rigidez.
- En camino a los hornos, los tubos son bañados en una solución cerámica, una especie de esmalte que eventualmente les dará su color brillante y asegurará que su superficie interna sea perfectamente lisa. - Los tubos pasan por los hornos de túnel. Paulatinamente viajan por los hornos, cuidadosamente controlados por ordenadores. La temperatura va incrementándose poco a poco hasta alcanzar los1200ºC. Es a esta temperatura que el gres se transforma por sinterización en otro muy diferente, Gres Vitrificado.
- Al salir de los hornos los tubos pasan por etapas de control de calidad antes de ir a la estación donde las juntas son fijadas a los tubos.
- Ahora están paletizados y listos para enviar a cualquier parte del mundo. Keramo -Steinzeug exporta los tubos de gres a todo el mundo Europa, Asia, Australasia.
Las etapas más importantes en la fabricación de tubos de gres son: - la mezcla de arcillas
Keramo-Steinzeug: producción, control de calidad y normas
El grupo alemán tiene 2 fábricas en Alemania y 1 en Bélgica y una en Holanda. Fabrican de 100mm hasta 1400mm y tubos de hinca de 150mm hasta 1400mm diámetro. Con los tubos de gres siempre indicamos diámetro interno. En algunos diámetros hay dos clases de tubo, clase Normal y clase extra. La única diferencia es que la clase extra tiene mayor resistencia al aplastamiento por su mayor espesor de pared. Pero son iguales en cuanto a resistencia química, resistencia a la abrasión e impermeabilidad.
Tienen una amplia gama de accesorios, codos, derivaciones etc., También fabrican tubos perforados para drenajes y tubos para hincar que tienen juntas de acero inoxidable. Todos los tubos y accesorios vienen con las juntas incorporadas. El contratista sólo tiene que aplicar el lubricante y encajar un tubo al otro por presión.
Juntas
Para diámetros 100 - 200 se utiliza la junta L o F. Un caucho fijado en la campana de los tubos con poliéster. Para diámetros 200 - 1200 se utiliza la junta K o C. Poliéster o poliuretano duro en la campana y poliéster blando en el extremo liso. Al hacer la unión, el relieve en el poliéster blando se comprime con la conicidad del material duro en la campana.
La materia prima para las juntas y las uniones está sometida a ensayos muy rigurosos de envejecimiento, compresión/recuperación, resistencia al ozono, etc. Las juntas tienen que:
- Ser resistentes - a todo entre PH 2 - PH 12, con temperaturas de -10ºC hasta 70ºC. - Resistir la acción cortante:
o Para tubos normales las juntas tienen que aguantar una presión cortante de 25 x DN (mm) o Para tubos extra las juntas tienen que aguantar una presión cortante de 50 x DN (mm) o Tubo de 500 mm clase Normal - la junta tiene que resistir 12500 Newton
o Tubo de 500 mm clase Extra - la junta tiene que resistir 25000 Newton - Ser flexibles para poder acomodar los asentamientos.
Todo lo arriba mencionado, sin perder la característica de estanqueidad. La norma dicta que las juntas tienen que aguantar presiones internas y externas de 0.5 bar. Keramo - Steinzeug lo garantiza a hasta 1 bar. Presiones internas y externas porque, no solo se quieren evitar las fugas con las consecuencias de contaminación sino que también se quieren evitar las filtraciones del nivel freático y los problemas que esto crea para las depuradoras y estaciones de bombeo.
Un problema adicional, creado por las filtraciones y fugas, es que el agua siempre lleva materia fina con ella, creando el típico socavón que afecta no solamente a las carreteras y pavimentaciones, sino que puede incluso empezar a dañar cimentaciones y cualquier otro servicio subterráneo. Las fábricas en el grupo de Keramo -Steinzeug tienen que seguir un control de calidad muy exigente:
- Control de calidad interno, diaria.
- Control de calidad llevado a cabo por terceros.
La producción de Keramo -Steinzeug es según norma EN 295 1991. La industria europea de tubos de gres esta muy orgullosa de ser la primera industria en terminar e introducir la Norma Europea para su producción. A partir del 1.11.92 la calidad de la producción de Keramo -Steinzeug se denomina DIN/EN 295 1991.
Criterio para el diseño
Con una amplia gama de accesorios y con diámetros en la gama 100mm hasta 1200mm, diseñar con Gres no tiene muchas limitaciones.
- Factor de Rugosidad: Prandtl y Colebrook k = 0,02 mm. Según ATV 110. Es aconsejable no solamente comprobar los caudales máximos sino también las velocidades de flujo en tiempo seco (para colectores unitarios) y flujo en tiempo invierno ( para colectores en zonas turísticas). Intentar que se consiga una velocidad mínima de 0.6 m/s para evitar que haya sedimentación.
- Máxima velocidad para evitar erosión: No hay límite. 15 m/s no es ningún problema para los tubos de gres vitrificado de Keramo Steinzeug. En caso de velocidades altas hay que considerar reforzar y revestir el pozo de recepción aguas abajo.
- Resistencia al aplastamiento: Hay que hacer cálculos estructurales para las condiciones de cada obra. En Alemania se utiliza la ATV 127 para los cálculos para todo tipo de tubería. El gres vitrificado se considera como tubo rígido. Los cálculos consideran entre otros factores:
A. Tipo de terreno en la zona del tubo B. Tipo de terreno debajo del tubo C. Tipo de terreno en situ
D. Nivel freático
E. Anchura de zanja en la zona del tubo incluyendo el espesor de la entibación F. Compactación %DPr en la zona del tubo y en el relleno
G. Tipo de entibación. Teoría de Silo
H. Tráfico. (Sugiero que siempre se utilice tráfico pesado en el cálculo. Aunque no esté previsto que haya tráfico, nunca se sabe lo que ocurrirá en el futuro. Incluso durante la obra es muy posible que vehículos pesados pasen por encima )
I. Diámetro interno y externo del tubo J. Resistencia al aplastamiento
Con los cálculos según ATV 127 se busca un factor de seguridad mínimo de 2,2. Las resistencias al aplastamiento de la producción de Keramo -Steinzeug y según la norma Europea 295 son:
Para la construcción en zanja
Para la construcción con hinca y resistencia al empuje
Resistencia al aplastamiento kN / metro
- Estanqueidad: Los tubos y juntas tienen que permanecer estancos a presiones externas e internas de hasta 0,5 bar. Keramo -Steinzeug los garantiza a 1,0 – 2,0 bar
- Corrosión interna: Los tubos resisten todo menos el ácido hidrofluórico. Las juntas, todo entre pH 2 - pH 12. Son resistentes a ataques biogénicos. (Ácido sulfúrico producido por bacterias) - Corrosión externa: Resistentes en aguas subterráneas y todos los terrenos
Manejo y colocación
La colocación y ensayos de redes de alcantarillado esta dictado por la norma Europea EN 1610. El manejo y colocación, principalmente es todo de sentido común. El tubo de gres vitrificado no es tan frágil como algunos sospechan. En mi opinión es incluso ventajoso que los obreros piensen que es frágil, porque así lo tratan con cuidado. Según experiencia propia, el tubo de gres suele ganarse el respeto de los obreros.
Los puntos más importantes son:
- El contratista debe realizar la obra según se había previsto en los cálculos estructurales. Cualquier modificación puede incrementar las cargas y afectar el factor de seguridad.
- Todo el tubo debe de estar en contacto con el lecho. Así que es necesario hacer pequeños hoyos para acomodar las campanas.
- La compactación en los riñones de la tubería y hasta 30 cm sobre la tubería se hace a mano. - La zona del tubo se entiende como desde el fondo del lecho y hasta 30 cm por encima de la
corona del tubo. En toda esta zona es importante asegurarse de que no queden ni vacíos ni piedras.
Limitaciones para el tubo de gres vitrificado
El gres vitrificado no es un material milagroso que sirve para todo. Tiene dos limitaciones:
- Choques térmicos: Un cambio brusco de 60 - 80 grados podría resultar peligroso. Aunque hay greses especiales para estas condiciones.
- Golpe de ariete: El golpe de ariete es peligroso para el gres vitrificado, por eso no sirve como tubo de presión.
Mucha gente piensa que el gres vitrificado es adecuado para zonas industriales y lo ven un poco de lujo para aguas residuales domésticas. Sin embargo hay muchos factores a considerar. Los grandes ventajas del Gres Vitrificado de Keramo -Steinzeug con sus juntas son:
No hay problema de corrosión. Ni interna por las aguas residuales, ni corrosión externa por los terrenos y aguas subterráneas agresivos.
No es dañado por ratas, ni insectos. No se deforma.
No hay problemas de dilataciones. Evita el problema de raíces. - Seguridad para el medio ambiente:
No solamente evita las fugas y contaminación, además el material en si es inocuo, no contamina cuando hay que deshacerse de ello.
- Almacenamiento antes de colocar:
No es afectado por los rayos U.V. Se puede almacenar al aire libre sin problemas de deterioro. Resistente a todo lo que se encuentra en las aguas residuales domé sticas. Hay que considerar que las aguas residuales son cada vez más fuertes. Hoy en día existen circunstancias que hace 20 años no existían. Productos de limpieza, comercios de limpieza en seco, casi todas las viviendas con lavadoras y lavavajillas, restaurantes, clínicas y laboratorios. Todos portando aguas cada vez más agresivas. En zonas industriales el problema es aún más agudo.
Resistente a la corrosión biogénica
Una de las cosas que más preocupan en Alemania, Inglaterra, Australia y los Estado Unidos es la corrosión biogénica. No es algo nuevo, fue‚ descubierta en la India a principios de siglo. Esta corrosión no tiene nada que ver con la corrosión por aguas industriales. Puede ocurrir en cualquier cloaca aunque sea puramente de aguas domésticas. Incluso ocurre en colectores de redes unitarias.
Eso sí, solamente afecta a tuberías con lámina libre. Una tubería llena no sufriría corrosión biogénica. En zonas industriales, donde sufre el tubo es por donde pasan las aguas agresivas, o sea en el fondo de la tubería.
La corrosión biogénica, sin embargo, afecta los laterales y la corona del tubo. Dadas ciertas circunstancias, una bacteria en el fondo de la tubería crea el sulfhídrico, un gas muy molesto y que es mortal en relativamente poca concentración.
El sulfhídrico se pone en contacto con la pared húmeda del colector, y allí otra bacteria lo convierte en ácido sulfúrico. Este ácido sulfúrico es el que corroe los materiales no resistentes.
La presencia y rapidez de esta corrosión depende de varios factores, los más importantes son: - Velocidades. Poca velocidad - corrosión rápida. Zonas de turbulencia - corrosión rápida. - Valor pH de las aguas. Cuando más bajo - corrosión más rápida.
- Temperatura. La temperatura de las cloacas tiene una relación con la temperatura en la superficie. Cuando más elevada la temperatura, más rápida la corrosión.
- DBO. Cuando más elevada la DBO más rápida la corrosión. Industrias caseras como la sidra o aceituna puede incrementar enormemente la DBO. O después de bombeos.
España posee estas condiciones y otras que favorecen mucho este tipo de corrosión. Por ejemplo en zonas turísticas, pueblos que tienen 2000 habitantes durante el invierno que pasan a 20.000 habitantes durante el verano. Eso quiere decir que durante el invierno las velocidades son mínimas. Durante el verano las velocidades son mejores pero hay temperaturas altas.
Mantenimiento
Piensen también en los gastos y equipos de mantenimiento. En todo tipo de obra cuando mejor calidad de materiales se emplea, menos gastos hay en el momento de mantener la obra.
Después de un estudio reciente hecho en Zurich, se ha observado que algunos materiales de tubería de alcantarillado son dañados por las presiones de los equipos de limpieza lo cual hace necesario poner limitaciones en el momento de limpiar la red. El Gres Vitrificado dio los mejores resultados cuando fue sometido a estos ensayos. A raíz de esto se formó una comisión Europea para investigar los efectos de los equipos de limpieza en los distintos materiales.
Según los resultados de esta investigació n se esta redactando una norma limitando las presiones de los equipos de limpieza con ciertos materiales.
Hay que recordar que las obras de saneamiento son complejas y costosas. No sólo deben solucionar los problemas de hoy sino proteger el medio ambiente para el futuro.
España es un país precioso, pero hay que protegerlo, hay que evitar a toda costa la contaminación del subsuelo, las aguas subterráneas, los ríos y las playas. Sin agua en condiciones no hay industria, fauna ni buena calidad de vida. Hay que hacer un esfuerzo para proteger este patrimonio para las próximas generaciones.
La calidad de las obras de hoy va a ser o apreciada o criticada en el futuro. Todos admiramos las obras de arte en infraestructura de los romanos y los ingenieros de principios de siglo.
Reflexionen, planifiquen y tomen en cuenta todos los factores antes de elegir los materiales. Esta elección no debe estar basada únicamente en el precio de la tubería. Sobre todo cuando el coste del tubo puede tener una influencia del 2% – 10% de la obra. El periodo de amortización para obras públicas es muy importante para sostener el nivel de vida que todos queremos. En Alemania, por ley, (LAWA) tienen que considerar un periodo de amortización de 100 años para las redes de alcantarillado. En enero 2000, basándose en sus propias experiencias, la cuidad de Dusseldorf ha incrementado la vida útil de gres desde 100 años a 130 años.
Esto da un valor de depreciación del 0,77, comparado con otros materiales que tienen valores de hasta 4. Hay que reconocer las ventajas y limitaciones de cada tipo de material y las condiciones de cada obra. Y recuerden que lo barato suele salir más caro a la larga.
Referencia de las normas
Cálculos estructurales: ATV 127 Cálculos hidráulicos: ATV 118
Dimensionamiento de redes de saneamiento: ATV 110
