Tubos de Hormigón Armado

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Tubos de Hormigón Armado

Historia y desarrollo

Desde el principio de la Historia hay datos que indican que las civilizaciones que se asentaban comenzaban a construir fortalezas para defenderse del enemigo, templos a sus dioses y, por último, obra civil para mejorar la calidad de vida de sus habitantes.

Dentro de la obra civil, la construcción de sistemas de alcantarillado es muy antigua: alrededor del 3750 AC se construyó en Nippur, India, el más antiguo del que se tienen referencias. Numerosas excavaciones arqueológicas han descubierto sistemas de drenaje como los de Tell Asmar, cerca de Bagdad, que datan del 2600a.C. Los minoicos en Creta (1700 AC) fueron maestros constructores. En el palacio de Minos en Knosos tenemos un conocimiento muy completo de los sistemas empleados tanto en la distribución de aguas para abastecimiento del palacio como en la evacuación de las aguas residuales del mismo. Los restos más antiguos corresponden a tuberías cerámicas de abastecimiento que se enchufaban de un modo casi perfecto y se conseguían juntas cementadas casi impermeables con pendientes muy reducidas. Los tubos cerámicos, muy perfeccionados, son troncocónicos y con cabezas de enchufe verdaderamente sofisticadas, para evitar que los remolinos disminuyeran la capacidad de transporte y produjeran sedimentación de arrastres. Además, permitían realizar alineaciones curvas mediante ligeros quiebros angulares en los empalmes.

Algunos de estos tubos troncocónicos llevan unos asideros, cuatro por pieza, muy útiles para su transporte y colocación. Una observación interesante que conocían ya el comportamiento de los vasos comunicantes, es decir, en último término, el fundamento del sifón.

Para evacuación se han encontrado grandes canales de losas de piedra unidas con cemento para llevar las aguas de lluvia. Son cajas tubulares de sección rectangular con capacidad para el paso de un hombre que los inspeccionase. El más importante de esos canales de evacuación es el del drenaje de la entrada Norte del palacio de Knosos, que recogía la mayor parte del agua del mismo y de sus aledaños. A este gran dren afluyen otros conductos que realizan la evacuación de tejados de toda la manzana o ínsula de dicho palacio.

Como ya se ha indicado, en los pueblos del Asia Menor y del Oriente Próximo se utilizaron los canales de fábrica para evacuar las aguas excedentes de la ciudad, pero cuando el sistema se puso verdaderamente a punto fue en Grecia, concretamente en Atenas y en Corinto con canales rectangulares cubiertos con losas planas, que a veces formaban parte del pavimento de las plazas o calles. El denominado Gran Dren tenía sección normal rectangular de 1,00 x 1,00 m. A él afluían otros drenes secundarios.

También existieron redes de alcantarillado mediante canales rectangulares cerrados en Atenas, así como algunas cloacas importantes. Una de ellas atravesaba la ciudad de Este a Oeste, con pozos de registro de hasta 6 m de profundidad. En uno de sus tramos había una cubierta abovedada en cañón de 4,20 m de diámetro, construida con piedra del Pireo en sillares avanzando por hiladas sucesivas en voladizo, lo que parece indicar época micénica. En otras zonas era de fábrica de ladrillo con dimensiones menores.

El dominio romano supuso una revolución en cuanto a obra civil se refiere. Así, la construcción de grandes acueductos para abastecer a las pobladas ciudades romanas (Roma llegó a superar el millón de habitantes) junto con los sistemas de alcantarillado para transportar las aguas residuales, fueron los pilares del progreso urbano romano. Uno de los grandes éxitos de la ingeniería romana fue resolver el problema del saneamiento de las ciudades mediante el sistema de la red de cloacas que seguimos usando en la actualidad. Este venía ya facilitado por la organización geométrica de sus ciudades, con retícula rectangular de cardus y decumanus, y por el ejemplo de la organización también en retícula, pero ahora arborescente, de la distribución del agua.

Como ejemplo, podemos citar la Cloaca Máxima, que fue construyéndose paulatinamente desde el 200 a de C. Comenzó recogiendo el agua que discurría libremente en los valles que separaban las colinas del Septimontium, donde se habían asentado los primeros pobladores de la zona. La obra en sí se construyó en varias etapas: primero se excavó una gran zanja abierta a todo lo largo de cada valle, llevando sus aguas en el fondo, para desembocar en el Tíber. En una segunda fase la zanja se afirmó y cubrió, apeándola con hastiales de madera y techo de tablas, para después, en una tercera época, voltear una bóveda en cañón seguido, con hermosas dovelas de piedra. La última prolongación fue una desviación para recoger el arroyo del valle entre el Viminal y el Quirinal donde estuvo el primer establecimiento latino.

En la embocadura de esta gran obra se observa hoy una bóveda de 5,00 m de diámetro con tres roscas de dovelas de peperino de juntas alternadas. El detalle de la triple rosca hace indicar que no puede ser anterior al siglo I d.C. No se conoce la altura de la galería, aunque se dice que era igual al diámetro de la bóveda, otros autores la estiman en 10 m. En la actualidad el fango ha llegado hasta el nivel de arranque del arco.

La sección transversal varía según el trayecto, pues tuvo que construir en épocas muy diversas. En la primera zona, hasta el Foro Romano, tiene 2,10 m de altura, pero luego se ensancha llegando a 5 m en la zona de la desembocadura.

Las secciones de las cloacas romanas son de hastiales verticales y bóvedas de medio punto de dovelas radiales o bien con hastiales ligeramente inclinados y cubiertas de losa plana o también de ladrillo con cubierta en avances por vuelcos sucesivos. Las acometidas a la red se realizaban mediante tubos unidos a enchufe y cordón. Al ir haciéndose éstos más importantes se convertían en conductos rectangulares muy superficiales, que incluso se cubrían con las mismas losas del pavimento de la calzada o de las aceras. Los últimos ramales de la red iban en galería subterránea visitable con bóveda propia, dentro de la cual podían ir los conductos en tubería o en canal libre. En los nudos importantes de la red se disponían arquetas de bifurcación o de rotura de presión. Las redes de distribución del agua potable y las de evacuación de aguas negras y pluviales se disponían totalmente independientes para evitar la contaminación, tal y como se hace en la actualidad.

En las antiguas ciudades de Babilonia, en Jerusalén, en Bizancio y en París también se construyeron burdos pero funcionales drenajes. No sorprende el hecho de que estas ciudades eran conocidas por sus olores peculiarmente penetrantes y repugnantes.

En España, una ciudad donde se ha podido llegar a establecer un plano de la red de saneamiento es Mérida, en la cual se ha encontrado tuberías al realizar obras urbanas. En Toledo, cerca de la puerta musulmana de Bib el Mardon existe una salida de galería romana con un hermoso emboquillado del frente, que se atribuye al desagüe de una cloaca principal de la red correspondiente, aunque podría ser también una galería de desagüe del depósito romano correspondiente a las denominadas Cuevas de Hércules.

Existía la tendencia de construir las ciudades cerca de vías fluviales. Los antiguos británicos construyeron Londonium, el Londres actual, donde se unen el río Támesis y el riachuelo Fleet Street, porque querían estar cerca de aguas navegables y de las limpias aguas potables del riachuelo. A medida que el asentamiento creció, el agua se contaminó tanto con las aguas negras, que los residentes tuvieron que emigrar a otros lugares para conseguir agua potable. Cuando Londres se convirtió en una ciudad, el riachuelo Fleet Street se cubrió con piedra y se convirtió en drenaje combinado para aguas negras y pluviales. Por tanto podemos constatar que el hombre ha seguido, a través de los tiempos, este patrón universal: un asentamiento cerca del agua potable que finalmente se contaminaba con las aguas negras. Esa corriente natural se convertía en un drenaje que posteriormente se cubría con mampostería.

A medida que crecieron las grandes ciudades y la gente construyó casas permanentes, cada vez se arrojaban mayores cantidades de aguas negras, basura y desechos a las calles. Esta situación continuó hasta principios de siglo XIX cuando, gracias a los sistemas de distribución de agua, fue posible utilizar el agua para transportar aguas negras.

Hasta comienzos del siglo XIX no se registraron avances importantes en lo que se refiere a técnicas constructivas o modelos matemáticos de sistemas de saneamiento. En 1775 un ingeniero francés, Antoine Chezy, desarrolló una fórmula primitiva precursora de las desarrolladas posteriormente sobre cinemática y dinámica de fluidos.

La Revolución Industrial supuso una ruptura sin precedentes en la Historia de la Humanidad. Por primera vez los trabajos que el hombre hacía, eran realizados por máquinas. Aparece el consumo masivo, crecen las ciudades vertiginosamente, con todos los problemas sanitarios y de abastecimiento que ello conlleva. En este ambiente fue obligado el desarrollo de los primeros sistemas de alcantarillado y abastecimiento modernos, para no frenar el crecimiento urbano.

Los factores determinantes en el desarrollo de los sistemas de transporte de aguas se debieron a necesidades de abastecimiento, transporte y depuración de aguas residuales por motivos de salud pública, y de transporte de aguas para riegos agrícolas. Al crecer espectacularmente la población, se multiplicaron las necesidades de alimentación, lo que produjo la aparición de la producción agrícola masiva.

Los métodos de saneamiento no se desarrollaron hasta comienzos de 1840, cuando se construyó el primer alcantarillado moderno en Hamburgo (Alemania). El avance de este sistema consistía en que, por vez primera, las casas se conectaron al sistema de alcantarillado. Más tarde, las epidemias de cólera de Londres y París mediado el siglo XIX, pusieron de manifiesto la necesidad de construcción de sistemas de saneamiento más adecuados. En América, los sistemas de saneamiento se construían en pequeñas ciudades y con fondos particulares, razón por la cual no se pueden fechar muchas redes americanas. De la que se tiene constancia como más antigua es de la de Mohawk, en Nueva York, construida con hormigón en 1842.

La industria de tuberías de hormigón apareció durante el siglo XIX, una vez que los Estados de la Unión se dieron cuenta de la necesidad de los sistemas de saneamiento. Muchas de las redes de hormigón se construyeron antes de 1880, y muy pronto sus características de durabilidad comenzaron a ser patentes.

La red de París, fue construida a mitad de siglo XIX a base de piedra y cemento; en 1915, se examinó dicha red, concluyendo que su estado de conservación y uso era excelente. Con anterioridad, en 1881, se examinó la red de Viena de 20 años de antigüedad, determinando que su estado era idóneo para el transporte de aguas residuales.

En 1868 se instaló la red de saneamiento de San Luis, Missouri, fabricada con hormigón; dicha red fue revisada en profundidad en 1962 no encontrando ningún desperfecto de consideración.

Este comienzo esperanzador de la industria de las tuberías de hormigón se vio acrecentado con el desarrollo de teorías hidráulicas, mecánicas y la aparición de ensayos y normas que regulan la fabricación y puesta en obra de estas tuberías.

Hasta comienzos del siglo XVII Madrid no tenía alcantarillado. Es en esta época cuando el Corregidor Villorias inicia la construcción de los colectores de la Plaza de Leganitos y de la Carrera de San Jerónimo. Sólo los privilegiados podían evacuar sus aguas residuales a través de esas alcantarillas, ya que el resto de los madrileños se veían obligados a lanzar las suyas a la vía pública mediante el consabido grito "¡Agua va!".

Hasta el año 1760, bajo el reinado de Carlos III, no se adoptaron medidas serias para resolver el problema del saneamiento de la ciudad. Bajo este mandato se construyeron 1.840 metros de alcantarillado, que paliaron en parte los problemas higiénicos de la creciente población madrileña.

Entre los años 1850 y 1864 se realiza la construcción de 15 colectores que constituyen, de hecho, una verdadera red primaria de 75 km de longitud y que afecta a las zonas más pobladas de Madrid. En esta época la población de Madrid asciende a 217.00 habitantes.

A partir de esa fecha el crecimiento de la ciudad es vertiginoso, agravando con ello los problemas sanitarios que se derivan del aumento de aguas residuales y desechos sólidos. En cien años, desde 1843 a 1940, la población aumenta en 800.000 habitantes. Entre 1950 y 1960, el número de habitantes es de 2.259.931, y en 1970 la cifra salta a 3.201.234.

En 1977 la red de alcantarillado de la ciudad de Madrid tenía una longitud de 4.571.130 metros. Esta red era totalmente insuficiente así como los sistemas de depuración de Madrid, que vertía en ese mismo año a los ríos Manzanares y Jarama 400 toneladas diarias de sólidos con el agua residual.

Mediante el Plan de Saneamiento Integral de Madrid se amplía y mejora el sistema de depuración de las aguas y se construyen 160 colectores de la Red Secundaria y otros 12 de la Red Principal. Mediante este Plan, finalizado en 1983, y una constante mejora y renovación del sistema se consiguió satisfacer provisionalmente las necesidades de la Villa y Corte.

El ensanche de la ciudad con la creación de nuevos barrios ha requerido la ejecución y puesta en marcha del nuevo Plan de Saneamiento Integral de la ciudad, que se está construyendo en la actualidad.

Tipología actual de los tubos de hormigón armado

Generalidades

Entendemos por tubería el sistema integrado por un conjunto de tubos, sus uniones y las piezas especiales correspondientes.

Los sistemas de tuberías se clasifican según el fluido interior esté en presión o no y, en este último caso, ocupe toda la sección del tubo o no; también según la forma de la sección interior del tubo y de la sección exterior del tubo, atendiendo al material constitutivo del tubo o al tipo de junta utilizada en la unión de los tubos entre sí.

Los tubos que integran el sistema de tuberías pueden clasificarse atendiendo al material con el que están fabricados, siendo, en general, desaconsejable el empleo de diferentes materiales dentro de un mismo sistema.

Un material muy adecuado, y de uso extendido desde la década de los cincuenta para fabricar tubos y los accesorios de las tuberías, es el hormigón armado, donde junto a las tradicionales virtudes del hormigón como material de construcción se une el hecho de que al ser pasivante el medio donde se encuentran las armaduras metálicas éstas quedan así fuertemente protegidas contra los procesos de corrosión metálica.

El hormigón armado es un material muy indicado para la fabricación de tuberías sin presión, tanto a sección llena como en lámina libre, siendo admisible su uso también en tuberías a sección llena con baja presión.

Aunque el hormigón en masa tiene unas buenas cualidades para ser utilizado en tuberías sin presión, de pequeño diámetro y siempre que el proceso de fabricación sea muy cuidado, presenta el riesgo de rotura frágil, que se evita utilizando hormigón armado. Además de esta ventaja, la resistencia a las cargas exteriores y la durabilidad, hacen que el tubo de hormigón armado sea un magnífico elemento para la construcción de redes de saneamiento y drenaje.

Clasificación de los sistemas de tuberias atendiendo a la presión del fluido

Los tubos pueden agruparse según se utilicen en conducciones forzadas o cuando el fluido circule por ellas sin presión, bien en lámina libre o a sección llena; así distinguiremos:

• Tubos de presión

• Tubos sin presión

• A sección llena

• En lámina libre

Clasificación de los sistemas de tuberias atendiendo a la forma de la sección interior del tubo

La forma de la sección interior del tubo permite establecer una clasificación, siendo la sección circular la más habitual para el conjunto de los materiales, hormigón armado incluido, aunque este último permite el diseño y construcción de tuberías con secciones no circulares.

Así por ejemplo, cuando la variación de caudales que se espera circule por una red de saneamiento sea grande, puede resultar aconsejable acudir a secciones interiores ovoides en hormigón armado, que reduzcan posibles problemas de sedimentación con caudales bajos, dada la mayor velocidad a la que circulan estos últimos por las secciones ovoides frente a las secciones circulares equivalentes.

El uso de tubos de sección rectangular se enfoca principalmente a canalizaciones de cursos naturales de agua y a colectores de gran caudal.

Aunque pueden fabricarse tubos de cualquier forma de sección y tamaño, las secciones y espesores de los tubos circulares y ovoides se encuentran normalizadas - norma UNE 127.010 -, y son las que figuran a continuación.

Clasificación de los sistemas de tuberias atendiendo a la forma de la sección exterior del tubo

Se clasifican en:

• Tubos de sección exterior circular constante.

• Tubos con la base de apoyo exterior plana (interiormente pueden tener una sección circular, ovoide o elíptica).

• Tubos de sección rectangular o cuadrada.

Clasificación de los sistemas de tuberias atendiendo al empleo del tubo

El uso más generalizado, aunque no exclusivo, del tubo de hormigón armado es el transporte de aguas, tanto limpias (colectores de pluviales, riegos) como sucias (de saneamiento).

Los tubos de hormigón armado pueden clasificarse según su uso en:

• Tubos para saneamiento sin presión

• Tubos para saneamiento con baja presión

• Tubos para drenaje

• Tubos para redes de riego por gravedad

• Tubos para redes de riego en baja presión

• Tubos para redes de abastecimiento de agua en baja presión

• Tubos para usos industriales

• Tubos para colectores de pluviales

Clasificación de los sistemas de tuberias atendiendo al tipo de unión y la junta de estanquidad empleada

Los tubos han de resistir las cargas exteriores y han de ser estancos, por lo que debe prestarse una especial atención a las uniones.

La unión de tubos suele estar constituida por un extremo macho y un extremo hembra, especialmente diseñados para comprimir la junta de estanquidad.

La estanquidad de las conducciones, condición elemental entre los requisitos que se deben exigir, ha de dar garantía de la estabilidad de la conducción, asegurar que no se produce contaminación del agua circulante por filtración desde el exterior, así como que no se produce contaminación de los acuíferos por fugas en conducciones de aguas residuales y que impida el paso de las raíces.

El dispositivo de unión recomendable es el de unión enchufe/campana por compresión y deslizamiento con:

• Extremo macho escalonado (junta delta o arpón)

• Extremo macho acanalado (junta delta o arpón, junta prelubricada)

Para todos estos dispositivos el extremo macho debe de tener un acabado liso, sin oquedades y sin rebabas para que se produzca un perfecto asiento de la junta. El diseño y tolerancias dimensiónales deben garantizar que las juntas cumplen su función de estanquidad. La alta tecnología actual permite obtener estos acabados incorporando a las cadenas de producción, líneas de fresado que proporcionan tolerancias de décimas de milímetros en el diámetro de asiento de la junta de estanquidad en el enchufe del tubo.

Usos y ventajas diferenciales de los tubos de hormigón armado

Usos y aplicaciones de los tubos de hormigón armado

Los principales usos de las tuberías de hormigón son:

• Saneamiento por gravedad

• Saneamiento a baja presión

• Drenaje

• Riego

• Abastecimiento a baja presión

• Usos industriales específicos

• Conducción de instalaciones (Galerías de servicio)

• Tuberías hincadas

Los tubos de hormigón armado, con junta elástica de goma, tienen también una aplicación característica en tomas de agua del mar y en emisarios submarinos para vertidos al mar de los efluentes de aguas residuales o industriales, siempre y cuando se utilice un tipo de juntas entre tubos que sea capaz de soportar los esfuerzos de tracción a que están sometidas las tuberías de los emisarios submarinos. En efecto, los tubos de hormigón armado tienen las cuatro ventajas fundamentales para instalaciones submarinas: ser estancos, ser inalterables por el agua del mar, ser un producto pesado para evitar la flotación y ser rígidos (de pared gruesa) para permitir los anclajes de cualquier tipo que sean precisos, por lo que resulta un material particularmente adecuado para su uso en el mar.

Ventajas de los tubos de hormigón armado

Una de las ventajas diferenciales del tubo de hormigón armado es que permite adecuar el tubo a las cargas del terreno y sobrecargas externas a que en cada posición del trazado esté sometida la tubería, pudiendo adaptarse la resistencia de la tubería a las solicitaciones reales a que vaya a estar sometida.

La estabilidad química del hormigón y la pasivación de las armaduras que así quedan protegidas de la corrosión metálica, hacen que las tuberías de hormigón armado sean durables aún en ambientes agresivos, permitiendo además la composición del hormigón y posibilitando la adecuación a ciertas situaciones de terrenos excepcionalmente agresivos, adecuando la dosificación al caso concreto, e incluso añadiendo algunos elementos específicos a la composición del hormigón correspondiente.

Una tubería de hormigón con juntas apropiadas y bien construida es garantía de la preservación de la contaminación de los freáticos por fugas y roturas.

Los costes de inspección y vigilancia de las tuberías de hormigón armado se reducen considerablemente al ser muy elevado el porcentaje de tubulares donde está mecanizada la limpieza. Los costes de conservación también descienden al reducirse las roturas, como consecuencia de ser el hormigón armado un material de construcción de gran calidad estructural.

Abundamos en la conveniencia del empleo de tubos de hormigón armado de calidad, en instalaciones de saneamiento, por los siguientes motivos:

• El tubo de hormigón armado soporta mejor las cargas exteriores de tierra y tráfico.

• Las paredes del tubo de hormigón armado son prácticamente impermeables.

• Estos tubos resisten mejor la posible presión interior, lo que trae como consecuencia que la puesta en carga puntual de la red no preocupe en cuanto a su conservación.

• El uso de la junta elástica permite que el tubo se adapte mejor a los pequeños movimientos del terreno y mantenga la estanquidad de la red.

Resumimos pues las ventajas de los tubos de hormigón armado:

• Gran durabilidad: existen conducciones de hormigón armado con más de 75 años sin ningún deterioro de las tuberías, con un comportamiento impecable.

• Mejora de sus condiciones con la edad.

• Los tubos pueden fabricarse según la demanda específica de uso, pudiendo atender situaciones excepcionales de: sobrecargas fijas, sobrecargas móviles y agresividad del terreno y de los efluentes.

• Resistencia a esfuerzos dinámicos.

• No tienen rotura frágil, como ocurre con los tubos de material homogéneo.

• Mayor resistencia a los esfuerzos ovalizantes.

• Mayor resistencia a los esfuerzos de impacto.

• Una vez instalada y en servicio requiere una mínima conservación ulterior.

• Las condiciones hidráulicas de las tuberías de hormigón mejoran con el paso del tiempo cuando en ellas se produce una circulación permanente de aguas, limpias o negras.

• Las piezas especiales se fabrican del mismo material.

• La colmatación y autosellado son otras provechosas propiedades de las tuberías de hormigón en su autodefensa contra los poros y/o las fisuras que pudieran existir inicialmente.

• La industria de los tubos de hormigón no es contaminante.

• Los tubos de hormigón armado no precisan, generalmente, revestimientos interiores.

• Los tubos de hormigón armado no precisan, en condiciones normales, de las especiales medidas de protección contra la corrosión, ya que las reacciones de hidratación de los constituyentes del hormigón producen el conocido efecto de la pasivación de las armaduras metálicas.

• Otra ventaja muy importante, que no se destaca como merece, es la referente a la energía incorporada en los distintos tipos de tuberías del mercado. Entendemos como la energía globalizada la que se requiere en distintas etapas de fabricación de cada uno de los tipos de tubería que hay en el mercado, sin olvidar las energías individuales provenientes de la extracción y transporte de materias primas. Desde esta óptica, la tubería de hormigón es la que menos energía consume en su proceso total de producción.