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Solución a la gestión del agua y mejora el resultado medioambiental

La desafiante instalación de tubería de gran diámetro HDPE mediante perforación direccional

Predrag Micic y Campbell Thomas, Qenos Pty Ltd18/07/2013

La tubería de polietileno de gran diámetro jugó un papel importante en garantizar la seguridad del suministro de agua a la región de Shortland, cerca de Newcastle, en Australia NSW. Después de 85 años de funcionamiento, el propietario de la tubería, Hunter Water, decidió sustituir los 7,4 km de tubería de metal de 900 mm que había sufrido varios escapes y había requerido regulares cortes para su mantenimiento. Entre los beneficios del proyecto no solo se incluían una mejorada seguridad del agua comunitaria, sino también la protección del medio ambiente, en concreto de los valiosos humedales.

El mayor reto fue encontrar una solución subterránea para sustituir el viejo puente de la tubería que cruzaba el río. Para lograrlo, debía mejorarse la estética del área de humedales y el acceso recreativo. La solución fue una sección de 300 m de tubería de polietileno Sdre11 de 1.000 mm instalada utilizando la perforación en sentido horizontal (HDD) dentro del río. Se eligió la tubería PE100 para esta sección ya que era el único material que ofrecía la flexibilidad y la resistencia para soportar la instalación HDD que se demandaba. Era una de las primeras veces que se instalaba una tubería de este tamaño y longitud en Australia empleando esta tecnología. HDD fue considerada la mejor opción por ser más rápida, más segura y dañar menos el medio ambiente del entorno local.

Introducción

Hunter Water está implementando actualmente en el este de Australia  un programa de trabajo de un billón de dólares de capital en cuatro años que incluye nuevos proyectos de infraestructura dirigidos a una utilización del agua más eficaz con el fin de mejorar la seguridad del agua regional.

Como parte del programa, Hunter Water decidió sustituir la Chichester Trunk Gravity Main que durante 85 años sirvió de unión crítica en la red de Hunter Water. Debido a la edad y a su situación, la 'antigua' que va sobre la tierra de 900 mm requería mantenimiento y reparación continuos. Los fallos regulares requerían desconexiones y causaron interrupciones para clientes locales. Algunas de estas cuestiones eran:

• El trayecto de la línea de la tubería 'antigua' tenía tendencia a inundarse, causando daños significativos a la estructura de la tubería

• La línea de la tubería pasaba por la reserva natural de Hexham Swamp, un entorno de humedales de gran valor

• La tubería antigua también empezaba a crear preocupaciones en cuanto a la seguridad y al medio ambiente, debido a la deposición de fragmentos en los solares cercanos a la línea de la tubería (de collares empleados para fijar juntas)

La decisión se tomó con el fin de sustituirla por una nueva línea de tubería para proporcionar una instalación de transferencia de agua segura y fiable para el siguiente decenio.

Proyecto

Se instaló una 'nueva' línea subterránea siguiendo una ruta de tubería diferente. Esta instalación proporcionó un sistema eficaz, libre de mantenimiento y a prueba de inundaciones, aumentando a la vez la presión del agua. Los beneficios medioambientales fueron un elemento importante en la etapa del diseño del proyecto para el entorno de los humedales de tanto valor, evitando la reserva natural de Hexham Swamp. La instalación subterránea de la nueva tubería mejoró los flujos localizados y aumentó la extensión de la inundación debido a la marea, en la parte occidental del humedal.

La mayor parte de la línea de la tubería fue fabricada en acero de Mscl 900 mm. Uno de los mayores retos del proyecto fue instalar la tubería debajo del río (el arroyo Ironbark). Se optó por una instalación de perforación direccional para esta parte del proyecto y el material elegido fue la tubería de 1.000 mm PN16 HDPE PE100.

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A la izquierda, un ejemplo de túnel a zanja abierta. A la derecha, una perforación direccional por debajo del arroyo.

Por qué se eligió para cruzar el río

La decisión de ir con una HDD estaba basada en la evaluación de que cruzar este río en particular causaría menos daños al medio ambiente y sería además más eficaz debido a la rapidez de la instalación. Además, la solución debajo del río sustituyó al puente de la antigua tubería para preservar la estética del área de los humedales y mejorar el acceso al río para las actividades recreacionales.

Durante la fase del diseño se reconoció que la parte HDD del proyecto puede representar la ruta crítica en el planning general del proyecto. HDD presentaba potencialmente el riesgo más alto de fallo del proyecto. Esta ha sido también una de las primeras ocasiones en las que una tubería de tal dimensión ha sido instalada en Australia mediante la técnica HDD.

HDD se ha convertido en el método preferido en muchas situaciones para la instalación de tuberías debajo del agua, líneas de raíles de carretera y otros obstáculos. Se trata de una técnica orientable donde primero se perfora un agujero piloto que después es ampliado utilizando una fresadora antes de la instalación de la tubería.

La instalación HDD es considerada como la técnica de instalación de tuberías sin cavar más demandada en términos de propiedades de tuberías y como consecuencia, en el material empleado en la fabricación de tuberías.

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En el gráfico se muestra un modelo de instalación HDD.

La demanda de instalaciones sin cavado y HDD incluye entre otros: equipamiento robusto, manejo duro, arrastre, doblado, retracción y carga dinámica. Los requisitos de aplicación requieren un sistema de tubería de la mayor calidad, estándar para que sea capaz de cumplir con las especificaciones de la instalación.

¿Por qué se ha elegido HDPE para el material de la tubería para HDD bajo el lecho del río?

Se eligió una calidad de tubería que cumple con HDPE PE100 para fabricar la tubería para la instalación HDD. Se cree que es el material que mejor satisface los requisitos de todas las aplicaciones. La presión de funcionamiento relativamente baja de 9 bar con la que se ha diseñado la tubería para funcionar también era correcta dentro de la capacidad de la tubería PE100.

Las propiedades básicas de PE100 como la dureza, la fuerza de impacto y la resistencia ante roturas lentas y rápidas han sido pensadas para garantizar la resistencia ante el abuso de la aplicación, o, en otras palabras, la integridad del sistema de tubería, incluso estando sujeta a una instalación dura. Las otras ventajas importantes de la tubería HDPE PE100 para una instalación eficaz fueron: peso ligero y flexibilidad para trabajar con grandes longitudes de tuberías soldadas, uniones por fusión para la estructura libre de fugas, superficie de tubería suave y fuerza de tensión incluidas las uniones por fusión para retraer parte de la instalación HDD, métodos de instalación desarrollados para conectar la tubería HDPE a la tubería de acero.

Garantizar 'el estándar superior' en la integridad estructural del sistema de tubería HDD HDPE

La resistencia contra el abuso de aplicación de la tubería PE100 es una especificación de rendimiento importante para la instalación HDD. Las fotos adjuntas muestran la tubería 1.000SDR11 (PN16) siendo manejada en la preparación para la soldadura así como el manejo de grandes longitudes de la cadena de tuberías soldadas.

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A la izquierda, manejo duro de la tubería en el lugar de instalación. A la derecha, introducción de grandes longitudes de cadena de tuberías soldadas a tope – 300 m de tubería 1000PN16 (78 toneladas de cadena de tuberías PE100).

Así quedan ilustrados algunos de los retos que tiene la tubería durante la instalación. El manejo de la tubería con equipamiento duro, la introducción y el arrastre de la tubería por el suelo y durante la fase de retracción en HDD pueden causar abolladuras en la superficie de la tubería, poniendo potencialmente en peligro la integridad de la misma.

Para garantizar la 'idoneidad' de la tubería incluso en caso de haber sido sometida a un tratamiento duro como la instalación HDD, es importante emplear una tubería PE100 de gran calidad. Para la parte HDD del proyecto, se eligió Qenos PE10 grade Centrene HDF145B. El robusto rendimiento del Centrene HDF145B para las propiedades básicas más importantes de la tubería/resina garantiza la 'idoneidad' incluso en caso de que la tubería esté sujeta a un uso abusivo durante la instalación. El gráfico inferior muestra el rendimiento de Centrene HDF145B para determinadas propiedades como la resistencia al crecimiento de roturas lentas, la resistencia a la propagación de roturas rápidas y la resistencia a la presión, en comparación con las especificaciones de la calidad PE100 para los estándares de producto establecidos.

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El gráfico muestra PE-100 Requirements / Requisitos PE-100.

Criterios importantes de rendimiento de la instalación HDD – Unión de calidad de los segmentos de la tubería

Uno de los criterios de rendimiento críticos para la tubería instalada mediante instalación HDD es la confianza absoluta en la integridad de la unión. Es incluso más importante para el proyecto actual debido al tamaño de la tubería que se está instalando. Se requiere una fuerza importante para tirar de la cadena de tuberías de 300 m, es decir, el equivalente a 80 toneladas a través del agujero de debajo del río. Debe haber una confianza absoluta en la integridad de la soldadura que ha sido considerada como la parte más débil de la cadena. Para este proyecto, se proporcionaron unas longitudes de tubería de 13 m a la planta y se requirieron 23 soldaduras. El proceso de soldadura empleó parámetros de unión trasera de presión baja individual estándar. Las fotos adjuntas muestran la preparación de la tubería 1.000PN16 fabricada en Centrene HDF145B para la soldadura y también algunas de las condiciones de planta que suponían el mayor reto durante la fase de soldadura.

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Para garantizar una soldadura de calidad y la eficacia de la soldadura de la instalación, era importante que la tubería contara con un espesor ideal de pared y permitiera el control de la ovalidad.

La resistencia a la fusión del polimero empleado en la fabricación de la tubería es una característica importante para garantizar el control de la anchura de la pared y la ovalidad de la tubería en tuberías de pared ancha o larga. Para la integridad 'correcta' de soldadura y un proceso de soldadura eficiente es importante disponer de unas tolerancias dimensionales ajustadas.

La calidad Qenos Centrene HDF145B PE100 utilizada para fabricar la tubería 1.000SDR11 ha sido diseñada con una excelente resistencia a la fusión para garantizar la producción delicada de tuberías de paredes anchas y asegurar también una instalación eficaz en el área. El gráfico de la parte inferior muestra los resultados de resistencia a la fusión para el Centrene HDF145B, en comparación con otras resinas comerciales PE100.

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El gráfico representa como la alta resistencia a la fusión de las resinas permite la extrusión de tuberías grandes y de pared gruesa garantizando una excelente ovalidad y la distribución del espesor de pared que se requiere para soldaduras a tope de alta calidad.

Criterios de rendimiento críticos de la instalación HDD – Unión de la tubería HDPE a la tubería de acero para una estructura integrada

Debido a que la mayor parte de la tubería del proyecto estaba fabricada en acero, era importante disponer de un método de unión fiable que conectase la tubería de acero a la tubería PE100 empleada para cruzar el río. Para esta parte se empleó una brida matriz PN16SDR11. La foto ilustra la unión entre la tubería PE100 emergente de debajo del río y la tubería de transición de acero, que se soldó al resto de la red de acero.

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Conclusiones

La gestión de los recursos de agua disponibles es, y continúa siendo, una cuestión importante a nivel mundial. La tubería HDPE 1.000SDR11 fabricada con una calidad Qenos PE100 Centrene HDF145B fue empleada para cumplir con los objetivos clave en este complejo proyecto de agua, que garantizaba el suministro seguro a largo plazo de agua potable a los clientes mientras se preservaba y fomentaba el medio ambiente. Centrene HDF145B, con su característica reológica única fue capaz de producir una tubería con las tolerancias dimensionales suficientes para permitir la formación de robustas soldaduras, una característica importante que permite perforar horizontalmente una cadena de tuberías de 80 toneladas. Debido a las propiedades únicas de PE100, tanto en términos de ingeniería como de la tubería, el PE100 sigue jugando un papel importante en el cumplimiento de los retos actuales y futuros de la gestión de los recursos de agua.

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