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Tubo de hormigón con camisa de chapa de DN2500 y junta elástica doble

Desdoblamiento de los sifones 4 y 5 del Canal del Piedras en Cartaya, Huelva

José Antonio Cornejo Macias. Ingeniero Jefe Conservación y Mantenimiento Demarcación Hidrográfica Tinto-Odiel-Piedras. Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio Junta de Andalucía. Director de obras

Juan Pablo Guerrero Pasquau. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Comercial de Prefabricados Delta S.A. pdelta@prefabricadosdelta.com

04/12/2018

El Sistema de Abastecimiento de Agua Bruta gestionado por la Demarcación Hidrográfica Tinto, Odiel y Piedras se encarga de proporcionar agua para diferentes usos a toda la franja Oeste y Sur de la provincia de Huelva.

Para lograr este objetivo dispone de una serie de infraestructuras de transporte y almacenamiento que partiendo desde la frontera portuguesa atraviesa su territorio hasta llegar a la capital, por lo que se constituye en una arteria vital para el desarrollo económico de la provincia.

1.- Introducción

Para comprender la importancia de este sistema baste con decir que abastece a los siguientes tipos de usos:

  • Industrial: el Polo Industrial de Huelva depende en exclusiva del agua que desde el DHTOP se le aportan.
  • Agricultura de regadío: la práctica totalidad de cultivos tipo berry (como los conocidísimos fresón de Palos, Moguer o Lepe) y cítricos (fábrica de zumos Don Simón) son regados gracias a este sistema.
  • Poblaciones: El agua corriente que utiliza el 85% de la población provincial depende del aporte que suministra el Sistema de Transporte DHTOP, esto incluye la que se utiliza no solo en la capital de provincia sino también, en sus núcleos turísticos más importantes como Isla Cristina, La Antilla, Punta Umbría, Mazagón…

El Sistema nace a principios de los 70 del pasado siglo con el único objetivo de aportar recursos al Polo Industrial y con una expectativa de consumo medio de 20 hectómetros cúbicos anuales.

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Con el tiempo surgieron nuevas necesidades lo que provocó un aumento exponencial de los volúmenes requeridos, y obligaron a la construcción de nuevas infraestructuras de almacenamiento (presas de Machos, Corumbel y Andévalo) y transporte (nuevos ramales de cierre anillo, recrecimiento de canales y desdoblamientos de ramales en el Odiel).

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Se ha relatado que se realizaron obras de ampliación, entre ellas se encontraba la obra de la ampliación del canal del Piedras (ejecutada a finales de los 90) con el objetivo de duplicar los caudales transportados.

Pero la evolución de los consumos (actualmente los volúmenes suministrados se encuentran en torno a 190 hectómetros cúbicos anuales), ha demostrado que aun incluyendo estas obras existen tramos que su capacidad hidráulica está al límite y no permite el paso de los caudales punta, lo que constituye un grave problema al actuar a modo de embudo. Entre estos puntos se encuentran varios de los sifones del Canal de Piedras.

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Tras los análisis pertinentes se decide actuar sobre los sifones más críticos, en este caso los nº 4 y 5 para aumentar su capacidad. La solución consiste en pasar de los actuales tres tubos de hormigón con camisa de chapa de diámetro D1 1900 mm, D2 2150 mm y D3 1500 mm a implementar tres tubos dejando el D1 y D2, sustituyendo el D3 por un tubo de hormigón armado con camisa de chapa de DN2500 mm.

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2.- Solución adoptada

Para seleccionar adecuadamente la solución desarrollada en el Desdoblamiento de los sifones 4 y 5 del Canal del Piedras, se ha realizado un análisis previo de las alternativas con las que podría acometerse la ampliación de su capacidad. Para ello se ha partido de la situación actual de ambos sifones, los cuales adolecen de problemas idénticos, tienen una tipología similar, son de longitudes parecidas y disponen de tres tuberías de hormigón armado instaladas en paralelo de los mismos diámetros: D1 = 1,90 m; D2 = 2,15 m; y D3 = 1,50 m.

Una vez analizada la situación limitante, se han contemplado las tres posibles soluciones que podrían acometerse para dotar a ambos sifones de capacidad suficiente, acorde con la sección del canal (q > 11 m3/s). Estas alternativas son:

  1. Sustitución de los sifones por acueductos.
  2. Instalación de una cuarta tubería y ampliación de las cámaras de embocadura y salida de los tubos.
  3. Sustitución de una de las tuberías de cada sifón por otra de mayor diámetro. Se sustituye el tubo de DN1500 mm por uno de DN2500 mm.

En el proceso de análisis de la viabilidad de cada solución se ha establecido como condicionante ineludible el mantenimiento del servicio del canal mientras se ejecuta la obra (rechazando aquellas soluciones en que esta premisa no se puede asegurar plenamente). También se ha tenido en consideración como factor favorable que no se precise realizar expropiaciones (es decir, la disponibilidad de los terrenos), junto con la facilidad constructiva de la solución y su funcionalidad. Todos estos factores, además del costo de la obra, han permitido descartar de manera inmediata a las dos primeras alternativas, seleccionando la tercera para su desarrollo a nivel de proyecto.

Los sifones de los que trata este artículo se sitúan cerca de la población de Cartaya, teniendo el sifón nº 4 202 m de longitud y el sifón nº 5 246 m de longitud.

3.- Obras

Una vez realizado el proyecto se procede a licitar las obras y tras el concurso promovido por la Demarcación Hidrográfica del Tinto-Odiel-Piedras de la Junta de Andalucía, se adjudican a la constructora Ferrovial por un presupuesto base de licitación de 2,6 millones de euros.

El esquema general de las obras, similar en ambos sifones, es el siguiente:

  • Anulación del paso del agua por el conducto a sustituir, mediante la colocación de una ataguía en las ranuras existentes en los tajamares de embocadura de este tubo, manteniendo en servicio a los dos restantes.
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  • Reposición provisional del sistema de comunicaciones del canal.
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  • Montaje de la nueva conducción de 2,50 m de diámetro.
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  • Reposición de servicios afectados y restauración del entorno de las obras.

En diciembre del 2018 se está ejecutando esta fase de la ejecución de la obra.

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  • Retirada de las ataguías y puesta en servicio del nuevo conducto.

Aún no se ha llegado a esta fase de la ejecución de la obra, pero se prevé que a principios de 2019 la obra esté totalmente ejecutada.

4.- Tipo de tubería

La tubería elegida para esta actuación es el tubo de hormigón con camisa de chapa y junta elástica doble. Las características técnicas del tubo son diámetro 2.500 mm, presión de trabajo 4 atm y altura de tierras de 1 a 4 m.

La tubería de hormigón armado con camisa de chapa y junta elástica doble de DN2500 consta de una longitud de 5 m, está formado por una pared de hormigón que contiene una camisa cilíndrica de chapa que le confiere estanqueidad, siendo parte de la armadura resistente situada lo más próxima al paramento interior, y una armadura transversal de acero corrugado dispuesta en dos capas, rigidizada mediante soldadura con otra longitudinal.

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Esta tubería cumple con la normativa UNE-639, UNE-641, UNE-642, así como la ‘Instrucción del Instituto Eduardo Torroja para tubos de hormigón armado o pretensado’ Edición-2007.

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En lo referente a las piezas especiales como tes, entrada-salida cámaras de hormigón del canal y codos tienen un diseño en acero inoxidable AISI 304 L de 10 mm de espesor reforzadas perimetralmente con anillos constituidos por pletinas de 100 mm de altura y 10 mm de espesor, de acero al carbono S 275 JR.

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Todas las piezas especiales (embocaduras, codos y derivaciones) se macizarán con hormigón en masa HM-20 hasta 0,30 m por encima de su generatriz superior. Con ello se consigue una protección efectiva y se consigue la transmisión a la pared de la zanja del empuje al que puede estar sometido cada una de estas piezas especiales.

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5.- Instalación y ejecución

  • Excavación y preparación de la zanja

Una vez realizado el replanteo de la traza señalando los puntos singulares de la misma, se procedió a la excavación de la zanja, en primer lugar a hacer el desbroce de la tierra vegetal teniendo en cuenta el ancho de la zanja y además del acondicionamiento del camino auxiliar para el montaje de la tubería.

En segundo lugar se procedió a realizar la excavación de la zanja de alojamiento. Existen dos zonas perfectamente diferenciadas en ambos sifones, la parte baja donde está el desagüe donde la tubería se instala en sus primeros metros con apoyo de hormigón y la segunda parte donde la tubería va alojada en apoyo granular.

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  • Montaje de la tubería

Esta tubería se ha instalado directamente del camión a la zanja, intentando evitar acopios intermedios. El tubo se ha montado aprovechando las pendientes del sifón, comenzando desde los puntos bajos del sifón (desagües) hasta los puntos altos (conexión con el canal). La alineación de la tubería ha sido lo más recta posible, pero tienen algún pequeño giro en vertical y horizontal que se han resuelto con los codos metálicos correspondientes.

El equipo de montaje ha consistido en un oficial montador, dos peones y una grúa de 400 toneladas que permitiera montar 6 tubos en una posición.

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La zona en apoyo de hormigón cercana al desagüe se ha efectuado con una pre solera con hormigón y los tubos se han instalado sobre unos monolitos de hormigón para dejarlos alineados y que les entrase el hormigón por debajo para cuando se efectuase el apoyo de hormigón del tubo.

Las zonas de apoyo granular se han ido preparando con una grava de tamaño adecuado para el reparto del peso del tubo y efectuar una buena cuna al tubo de DN2500 mm, al menos de 90º.

Una vez presentada la tubería en la base de la zanja se limpian los cabezales y se instala la doble junta elástica del cabezal macho. Se reparte la tensión a lo largo de las juntas y se impregnan de jabón neutro. A continuación por medio de 2 trácteles, uno a cada lado de la tubería, y aún suspendido el tubo por la grúa se embocan los tubos hasta la marca mínima realizada por el fabricante.

Lo siguiente es comprobar la alineación y una vez conseguida se procede a la prueba de presión de la doble junta.

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El relleno posterior de la zanja se realizará en tongadas con terreno seleccionado, realizándose la compactación del mismo con medios adecuados y sin vibración completándose hasta 60 cm por encima de la generatriz superior del tubo. Se completará el relleno previsto sobre el anterior con terreno adecuado con un tamaño máximo de 30 mm, y nunca con vibración hasta que el relleno alcance 2 m, sobre la generatriz superior del tubo.

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En las partes bajas de los sifones correspondientes al desagüe donde existen unos arroyos, los tubos se hormigonaron completamente para protegerlos de estos cauces, que tienen un caudal muy irregular y que con lluvias aumentan considerablemente su caudal.

6.- Junta elástica doble

La introducción de una junta doble para la tubería de hormigón con camisa de chapa y junta elástica ha sido una innovación que nos permite la inclusión de una doble acanaladura en el cabezal macho para el alojamiento de dos juntas de goma. Entre ambas juntas se puede disponer de una pequeña válvula para la comprobación del montaje de la tubería tubo a tubo.

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Cuando el enchufe de los tubos se ha ejecutado correctamente, entre ambas juntas elásticas y los cabezales queda una cámara de aire a lo largo de todo el perímetro del cabezal que es lo que comprobaremos con el aire introducido por la bomba.

Que el fluido sea aire en vez de agua nos permite tener mayor fiabilidad en lo que se refiere a detectar posibles fallos en el montaje (mayor sensibilidad) y también comodidad ya que no se precisa depósito alguno como en el caso de agua.

Alcanzado el valor de la presión impuesto en la prueba, se parará la bomba y se determinará el tiempo de espera tras el cual, se comprobará que dicho valor de presión no ha variado. De esta manera verificamos que las juntas nos ofrecen una total estanqueidad en la unión de esos dos tubos.

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Todo este sistema está provocando garantía de estanqueidad en tuberías de hormigón camisa de chapa de gran diámetro, con un ahorro muy importante en las posteriores pruebas de presión de la conducción, ya que estás asegurando que el sistema sea estanco a priori.

7.- Conclusión

Mostrar a la tubería de hormigón armado con camisa de chapa como una solución técnicamente idónea para cualquier conducción de tubería con presión y diámetros superiores a 2.000 mm.

Como ejemplo se ha descrito en las obras incluidas en el presente Proyecto de desdoblamiento de los sifones 4 y 5 del canal del piedras que consisten en el conjunto de actuaciones necesarias para dotar a los sifones 4 y 5 del canal del Piedras de la sección hidráulica suficiente para que circule con holgura por ellos un caudal de 11 m3/s. Incluye la instalación de una nueva tubería de hormigón armado con camisa de chapa, de 2,50 m de diámetro, en sustitución de la actualmente existente, cuyo diámetro es de 1,50 m.

La introducción de la junta elástica doble que facilita la instalación y control de la instalación de tubería de gran diámetro, asegurando la estanqueidad.

Para este tipo de actuación es muy importante la elección del material a instalar porque se necesitan las siguientes características, que en este caso se confirman:

  • Durabilidad.
  • Resistencia a las cargas exteriores e interiores.
  • Funcionalidad.
  • Solución competitiva.
  • Estanqueidad asegurada con la junta elástica doble.

Planos longitudinales Sifones DN2500

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