Ingeniería

El tubo de concreto ¿Por qué el tubo de concreto reforzado?

Está comprobado que el tubo de concreto reforzado precolado, es el producto con mayor duración para el drenaje¹.

El Comité ACI 201 define la durabilidad del concreto de cemento Pórtland como: “La habilidad para resistir la acción del desgaste por erosión, el ataque químico, la abrasión, o cualquier otro proceso de deterioro”. Así, el concreto es intrínsecamente un material durable que se conserva por mucho tiempo si es diseñado apropiadamente para su ambiente y uso proyectados; si está producido mediante un buen control de calidad; si es colocado con el cuidado y experiencia requeridos, y si ha sido curado completa y apropiadamente.
El tubo de concreto reforzado es una estructura compuesta diseñada para hacer uso de las mejores cualidades tanto del concreto como del refuerzo. El concreto está diseñado para la fuerza de compresión y el refuerzo para la fuerza de tensión. A menos que el concreto se agriete, el refuerzo no se está utilizando a su capacidad de diseño. Las grietas finas no son una indicación de peligro, deformación, o pérdida de la integridad estructural. El tubo de concreto está diseñado para llevar cargas dentro de la capacidad de carga proyectada de la tubería. Si se presentan grietas finas, éstas tienden a sellarse por sí mismas a través de la reparación autógena. El tubo de concreto reforzado es enterrado en donde están presentes las condiciones de humedad para darse la reparación autógena. La corrosión del refuerzo involucra un mecanismo de ataque electroquímico en el acero de refuerzo lo cual resulta en un aumento del volumen, induciendo un esfuerzo de tensión en el concreto.
Las resistencias a compresión para el tubo de concreto normalmente varían de 4,000 psi a 8,000 psi. Es una función de muchos factores entre los que están el agregado, el material cementoso, la fabricación, el proceso de curado y el diseño de la mezcla. La mayoría de las resistencias proyectadas del concreto se refieren a resistencias compresivas de 28 días. Las densidades del tubo de concreto de calidad oscilan entre las 145-155 libras por pie cúbico.
La absorción se utiliza principalmente para verificar la densidad y la impenetrabilidad de concreto. Al igual que con la resistencia a compresión, la absorción puede ser influenciada tanto por el agregado como por el proceso de manufactura empleado. La norma ASTM C76 especifica un máximo de absorción permisible de 8.5 por ciento o 9 por ciento, dependiendo del método de prueba utilizado, para el tubo de concreto.
Las bajas relaciones agua/cemento (W/C) son uno de los sellos de calidad del tubo de concreto con su correspondiente alta resistencia a compresión como función de la baja relación W/C. El tubo de concreto precolado tiene una proporción W/C que oscila de 0.33 a 0.45, con un máximo permitido de 0.53 por la ASTM C76. Por su parte, la clave para un contenido cementoso apropiado es el diseño apropiado de la mezcla, considerando
las propiedades del material, y los procesos de fabricación y de curado.
El tubo de concreto tiene una historia de excelente rendimiento como un producto durable para tuberías de alcantarillado sanitario y transporte de aguas pluviales. El reto es saber y entender las condiciones ambientales y de servicio a las que la alcantarilla sanitaria o pluvial estaría sujeta, antes de ser diseñada y especificada.
Durante la etapa de planeación y diseño de un alcantarillado sanitario se deben determinar los perfiles bioquímicos potenciales del sistema junto con los niveles actuales de evolución de ácidos, y niveles proyectados de la vida útil del alcantarillado. Una vez determinado se puede proteger el tubo con un revestimiento.
También se puede producir el tubo con un aumento en la alcalinidad total empleando un agregado calcáreo. Es común incrementar la cubierta de concreto sobre el refuerzo (recubrimiento). Ante ambientes altamente corrosivos deben considerarse tubos de concreto y registros revestidos para las porciones del alcantarillado que se espera sean afectadas.

Atributos
Los principales atributos del tubo de concreto aplican a alcantarillados sanitarios y pluviales. Muchos atributos también podrían aplicarse a secciones en caja utilizados para el drenaje pluvial, alcantarillas en caminos, túneles, puentes, y sistemas de detención subterránea. Se sabe que el tubo de concreto es un tubo rígido que ofrece tanto una estructura, como un conducto al colocarse en el sitio. En la actualidad, el tubo de concreto es consecuencia del diseño asistido por computadora; del diseño avanzado de las mezclas de concreto; de los lotes automatizados y controlados por computadora; del refuerzo de varilla fabricada con precisión; de las técnicas de manufactura con calidad; de las uniones herméticas mejoradas, así como de las nuevas normas de instalación.

Resistencia
El tubo de concreto depende en un 85% de la resistencia del tubo y un 15% de la resistencia derivada de la envoltura de suelo. Su resistencia inherente compensa las fallas de la construcción o las mayores alturas de relleno y profundidad de zanja. Este tubo es menos susceptible a daños durante la construcción y mantiene su forma al no desviarse como le sucede al flexible. Éste depende de un 95% del soporte de suelo y de la experiencia de instalación por parte del contratista. Este es el factor individual más crítico para el uso del tubo flexible, mientras que en el tubo de concreto existe una variedad ilimitada de resistencias de tubo, y la resistencia se demuestra previa a la instalación. Cabe decir que la resistencia está estandarizada por la ASTM C76 y la AASHTO M170. Se prueba la resistencia del tubo en la planta utilizando normas D-Load.

No inflamable
A diferencia de los conductos termoplásticos, el tubo de concreto no es inflamable. Esto es importante para la planeación de tubos de cruce en los caminos y carreteras en las áreas urbanas y ubicaciones remotas densamente reforestadas. Los incendios en las alcantarillas y en los pasos de agua están bien documentados, demostrando que el tubo de concreto es una elección inteligente para la seguridad del sitio de construcción para la seguridad pública. Los conductos termoplásticos son también sensibles a las temperaturas extremas que podrían causar separación de las uniones, un impacto en la rigidez de las paredes y deformaciones en el corrugado de algunos productos termoplásticos.

Fácil instalación
La instalación estándar se adoptó por la Asociación Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) como la especificación 15-93-Práctica estándar para el diseño directo de tubo de concreto precolado subterráneo utilizando Instalación estándar. Fue adoptada posteriormente en la edición de 1996 (16) de la Especificación estándar para puentes carreteros, sección 17, Sistemas de interacción de estructura de concreto reforzados con tierra de la Asociación Americana de Agentes de Transporte y Caminos (AASHTO). Esta instalación estándar ofrece beneficios al utilizar el tubo de concreto como:
• Flexibilidad para cumplir con los requisitos del diseño y las condiciones de sitio.
• Límites de excavación más restringidos.
• Uso de materiales de relleno más económicos.
• Reducción del nivel de compactación.
• Aumenta la productividad del contratista.
Existe una selección de tipos de instalaciones estándar que ofrecen la versatilidad para adaptarse a las condiciones de campo:
• Tipo 1: La instalación de mayor calidad que utiliza suelo granulado seleccionado con altos requisitos de compactación para soporte lateral y lecho.
• Tipo 2: Permite suelos granulares azolvados con una menor compactación requerida para el soporte lateral y el lecho.
• Tipo 3: Permite el uso de suelos con requisitos menos estrictos de compactación para el soporte lateral y el lecho.
• Tipo 4: Permite el uso del material natural del sitio para soporte lateral y el lecho sin que se requiera de compactación.

No se desvía ni deforma
Cómo tubo rígido, el de concreto posee alta resistencia de viga y puede colocarse al nivel apropiado.
Sólo el de concreto puede tenderse sobre un lecho desigual sin afectar su hidráulica.
El tubo flexible posee una baja rigidez de viga y se desvía a falta de un lecho uniforme, causando un esfuerzo a lo largo del eje del tubo. Por otro lado, su capacidad hidráulica (la cantidad de agua que puede transportar el tubo) depende de la uniformidad (liso) de la pared interior del tubo. Mientras más lisa la pared, mayor será la capacidad
hidráulica del tubo. La uniformidad de la pared se representa con el coeficiente de rugosidad de Manning comúnmente llamado la “n” de Manning. Mientras menor sea el valor de la “n” de Manning, mayor el volumen de agua que fluye por el tubo. Se ha concluido por medio de la investigación que los diseños que utilizan el tubo de concreto pueden reducirse cuando menos un tamaño en la mayoría de los casos cuando se compara con los tubos de acero, aluminio, y corrugado HDPE revestido.

Valor de recuperación
Éste se halla vinculado a su resistencia inherente y a su habilidad para resistir los abusos de la instalación y extracción. Los tubos flexibles muestran un desgaste considerable al ser removidos después de una instalación temporal. La labor de desenterrar un paso de agua subterráneo se complica al emplear equipo pesado para hacer el trabajo. La naturaleza rígida del tubo de concreto es ideal para realizar la extracción y el reemplazo. Puede tolerar el abuso que se espera en el trabajo de extracción. En términos del costo de ciclo de vida, es prudente considerar el valor de recuperación del tubo cuando se planea una línea temporal de drenaje.

Control y pruebas
La Asociación Americana de Tubo de Concreto ofrece el programa de aseguramiento de la calidad denominado Programa de Certificación de Planta “Vaciado de Calidad”, que hace una inspección-auditoria de 124 puntos, cubre la inspección de los materiales, el producto terminado, los procedimientos de manejo y almacenamiento, así como las pruebas de rendimiento y los documentos de control de calidad. En la inspección de la planta se incluyen Pruebas D-load; rupturas de cilindros; hidropruebas; pruebas de vacío o pruebas de aire; de desviación de las juntas; verificación dimensional de la espiga; certificación o documentos requeridos para cada entrega de cemento, cenizas finas, acero; pruebas de congelamiento/deshielo dependiendo de la geografía.

Costo
Un análisis del menor costo es un método efectivo para evaluar 2 materiales alternativos con diferentes vidas de servicio o equivalencia económica. Los factores que afectan el análisis tradicional con la vida diseñada del proyecto, la vida del material, primer costo, la tasa de interés, la tasa de inflación, los costos de reemplazo, y el valor residual. El primer costo es importante para el ingeniero y el propietario, pero no revela el costo completo de la tubería. Un análisis del menor costo deberá considerar los costos al público y a los negocios debido a las desviaciones y reemplazo de fallas catastróficas potenciales.
Los productos de tubo flexible tienen menor costo pero no son rentables como los de concreto. El costo real del tubo flexible es el doble que el del concreto considerando un periodo de vida de servicio de 50 años o más. Así, el
tubo de concreto es el producto de drenaje más resistente disponible, el más eficiente hidráulicamente, y el que cuenta con un alto valor actual y futuro.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tipos de uniones
Los tipos de uniones en los tubos de concreto incluyen empaques ORing; empaques de perfil y la unión mortero. Los empaques O-Ring se emplean en RCP sanitarios y algunos pluviales producidos con una unión de espiga O-ring. Estas juntas se producen bajo la ASTM denominación C443-94. Los de perfil se emplean en alcantarillas pluviales y en alcantarillado sanitario y pluvial RCP. El tubo se produce con una única unión de espiga desfasada
conforme a ASTM denominación C 443-94. Las uniones mortero se emplean para las alcantarillas pluviales, alcantarillas, y tubo de concreto elíptico horizontal reforzado. Se aplica mortero a la mitad inferior del extremo de la campana. Son usados selladores Butyl y de pasta en el extremo de la espiga o campana del tubo conforme a ASTM denominación C990-96. En algunas aplicaciones, una unión mortero puede ser una envoltura externa aplicada a la superficie externa de la unión. Éstas se aplican conforme a ASTM C900-96.

Masa del tubo de concreto
En un ambiente bajo o pantanoso, la flotabilidad de la tubería subterránea depende de la masa del material del tubo, el peso del volumen de agua desplazada por el tubo, el peso de la carga de líquido llevada por el tubo, y el peso del material de relleno. Cuando el nivel hidrostático está arriba del inverso de la tubería, existe el potencial de flotabilidad. Los materiales alternos tales como el tubo termoplástico y el tubo de metal corrugado podrían levantarse verticalmente o serpentear horizontalmente en condiciones de terrenos húmedos. Durante la operación de relleno, el relleno se podría acumular más en un lado del tubo que en el otro. La masa del tubo de concreto resiste fuerzas laterales, y la estructura permanece alineada conforma traza y nivel. La masa del tubo de concreto permite una compactación efectiva del encamado y el relleno; prevención del movimiento durante el relleno que asegura que no haya variación a partir del nivel y alineación proyectados; que el movimiento de la estructura postinstalación sea improbable; que se reduzca la posibilidad de flotación; que disminuya la posibilidad de daño durante el mantenimiento o construcción subsiguiente en los proyectos en fase.

 

Bibliografía:
1. Boyd, Andrew, J., “Temas de Durabilidad del Tubo de Concreto”, curso de verano en ACPA, Universidad de Florida, Noviembre 9, 2004. 2. La durabilidad del tubo de concreto precolado, CP Info No. 02-710, ACPA, Septiembre, 1991.
3. “Lo elemental del cemento y del concreto” www. cement.org/basics, Portland Cement Association, Diciembre, 2004.
4. “Las propiedades del tubo de concreto, en Info brief, núm. 1010, en www.rinker.com/hydroconduit/ techlibrary/hs_briefs.htm, materiales Rinker, Hidroconducto, marzo 1996.

 

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