MANTENIMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA/ TECNOLOGÍA SIN ZANJA PARA LA REHABILITACIÓN DE TUBERÍAS / JOSEPH GÜECHA ROJAS Y ANA MARÍA BERNAL

de política relevantes y tome las medidas necesarias para mejorar su gestión del agua. Esta norma se centra en los consumidores finales y es aplicable a cualquier organización que desee lograr el uso eficiente del agua a través del enfoque de “reducir, reemplazar o reutilizar”; establecer, implementar y mantener la eficiencia del agua, y mejorar continuamente la eficiencia del agua.

Incluye prácticas de monitoreo, medición, documentación, reporte, diseño y adquisición de equipos, sistemas, procesos y capacitación del personal que contribuye a la gestión eficiente del agua.

Las normas y los estándares

En México se han desarrollado un conjunto de normas obligatorias y voluntarias emitidas por las dependencias gubernamentales y organismos de normalización, con base en la Ley Federal de Metrología y Normalización, hoy Ley de Infraestructura de la Calidad.

La Comisión Nacional del Agua (Conagua), dependencia que tiene como función administrar y preservar las aguas nacionales y sus bienes inherentes para lograr su uso sustentable, ha expedido diversas normas oficiales mexicanas (NOM) en las que se establecen las disposiciones, las especificaciones y los métodos de prueba que permiten garantizar que los productos y servicios cumplan con el objetivo de aprovechar, preservar la cantidad y calidad, así como el manejo y uso eficiente del agua.

Entre las NOM emitidas por la Conagua que impactan en el desarrollo urbano y las edificaciones, se encuentran las siguientes: • NOM-001-CONAGUA-2011. Sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario – Hermeticidad – Especificaciones y métodos de prueba • NOM-005-CONAGUA-1996. Fluxómetros – Especificaciones y métodos de prueba • NOM-006-CONAGUA-1997. Fosas sépticas prefabricadas – Especificaciones y métodos de prueba • NOM-008-CONAGUA-1998. Regaderas empleadas en el aseo corporal – Especificaciones y métodos de prueba • NOM-009-CONAGUA-2001. Inodoros para uso sanitario – Especificaciones y métodos de prueba • NOM-010-CONAGUA-2000. Válvulas de admisión y válvulas de descarga para tanque de inodoro – Especificaciones y métodos de prueba

De igual manera, la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat) ha elaborado NOM para la prevención y control de la contaminación del agua. Algunas de ellas son las siguientes: • NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales • NOM-002-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado • NOM-003-SEMARNAT-1997, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público • NOM-004-SEMARNAT-2002. Protección ambiental – Lodos y biosólidos – Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final

El uso y consumo humano del agua está relacionado con la transmisión de enfermedades gastrointestinales, entre otras. Dado lo anterior, la Secretaría de Salud (Ssa), en coordinación con la Conagua y otras entidades de gobierno, ha emitido, entre otras, las siguientes NOM: • NOM-127-SSA1-1994, Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano – Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. • NOM-179-SSA1-1998, Vigilancia y evaluación del control de calidad del agua para uso y consumo humano, distribuida por sistemas de abastecimiento público. • NOM-230-SSA1-2002, Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano, requisitos sanitarios que se deben cumplir en los sistemas de abastecimiento públicos y privados durante el manejo del agua. Procedimientos sanitarios para el muestreo.

En cuanto a las normas mexicanas (NMX), aun cuando por definición son voluntarias, una vez que se hallan referenciadas en un reglamento o código de construcción vigente tendrán una observancia obligatoria. Son emitidas por organismos de normalización para este sector, y son las siguientes: • NMX-C-039-ONNCCE-2015. Industria de la construcción. Fibrocemento. Tubos y accesorios para sistemas de alcantarillado. Especificaciones y métodos de ensayo.

ECESTATICOS.COM

Figura 1. En los últimos años, la calidad de los accesorios de bajo flujo ha aumentado y los nuevos productos están superando los diseños originales.

ECOINVENTOS.COM

Figura 2. Se ha promovido la reutilización del agua de lluvia y el reciclaje de agua recuperada, prácticas que han tenido una influencia significativa en el uso de los recursos hídricos.

• NMX-C-413-ONNCCE-2019. Industria de la construcción. Pozos de visita prefabricados de concreto.

Especificaciones y métodos de ensayo. • NMX-C-415-ONNCCE-2015. Industria de la construcción. Válvulas y grifos para agua. Especificaciones y métodos de ensayo. • NMX-C-401-ONNCCE-2020 y NMX-C-402-ONNCCE2020, que establecen especificaciones para tubos de concreto simple con junta hermética y para tubos de concreto reforzado respectivamente. Dichas normas se relacionan con la NOM-001-CONAGUA-2011, dado que ésta pide que los productos, en este caso los tubos, estén certificados para poder certificar el sistema de alcantarillado sanitario. • NMX-ES-003-NORMEX-2008. Energía solar. Requerimientos mínimos para la instalación de sistemas solares térmicos para calentamiento de agua. • NMX-ES-004-NORMEX-2010. Energía solar. Evaluación térmica de sistemas solares para calentamiento de agua. Método de prueba. • NMX-E-146-CNCP-2013. Tubos de polietileno de alta densidad (PEAD) para toma domiciliaria de agua.

Especificaciones y métodos de ensayo.

Existen asimismo otras normas o instrumentos normativos emitidos por las diversas dependencias del gobierno federal.

La infraestructura educativa se ciñe a las “Normas y especificaciones para estudios, proyectos, construcciones e instalaciones; Volumen 5. Instalaciones de servicio: Tomo II. Instalaciones hidrosanitarias”.

En el sector vivienda se ha desarrollado un marco normativo no solamente por las necesidades de la industria, sino también como parte de la política nacional de vivienda. Es el caso del Código de Edificación de Vivienda (3ª versión, publicada en 2017), que incluye en su parte 8 (capítulos 42 al 47) las disposiciones técnicas normativas relacionadas con las instalaciones hidráulicas y sanitarias, que incluyen las NOM y NMX existentes, donde se establecen los requisitos aplicables a la vivienda en general que han contribuido a establecer modelos de incentivos para diferentes esquemas de financiamiento a la vivienda de interés social.

La NMX-AA-176-SCFI-2015 –Instalaciones hidrosanitarias para la edificación de vivienda. Especificaciones y métodos de ensayo– establece los requisitos mínimos de estanqueidad y hermeticidad, así como los elementos que conforman la instalación hidrosanitaria a partir de la toma domiciliaria y el primer registro sanitario hacia el interior de la vivienda, a fin de asegurar su correcto funcionamiento en la vivienda nueva dentro del territorio nacional.

Comentarios finales

México cuenta con una base consistente de normas y estándares que tienen como objetivo fomentar el uso sustentable del agua y la calidad de los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento; sin embargo, es necesaria la participación tanto de la sociedad civil como del gobierno para alcanzar una gestión sustentable del agua. Es fundamental seguir avanzando en el desarrollo de esquemas y técnicas, así como de productos que permitan gestionar dicho recurso con mayor eficacia para satisfacer demandas crecientes.

Desde luego, hay muchos temas que aún están por normalizarse, de manera que aporten para identificar a una construcción sustentable, es decir, criterios técnicos que en otros países ya se consideran en una certificación de la construcción o edificación sustentable. En las prácticas globales, estas normas han servido para contar con indicadores de desempeño de la eficiencia en el uso de recursos acuíferos, su manejo, calidad y tratamiento, entre otros conceptos de energía, medio ambiente y residuos sólidos.

Para el sector de la construcción, es importante considerar que un instrumento de aplicación y cumplimiento obligatorio son los reglamentos o códigos de edificación locales; no siempre en ellos se encuentran actualizadas las referencias a las normas y estándares que hemos comentado, por lo que hay mucho trabajo técnico por desarrollar, así como la armonización entre los diferentes instrumentos normativos nacionales y locales.

Es necesario continuar promoviendo el conocimiento de la normalización y el involucramiento de la industria de la construcción, en general, en los grupos de trabajo para desarrollo de normas, así como un mayor conocimiento y responsabilidad ante la regulación de la construcción, sea código o reglamento de construcción. El diseñador, constructor, productor, comercializador y propietario, así como los gobiernos locales y los futuros profesionistas deberán involucrarse más intensamente y estudiar la regulación, pues son las bases para el diseño, construcción, mantenimiento y comercialización de la edificación sustentable

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Tecnología sin zanja para la rehabilitación de tuberías

La tecnología que aquí se expone para la rehabilitación de tuberías sin zanja no depende de la destreza manual, ya que su método constructivo es estandarizado; está diseñada para asegurar la rehabilitación, renovación, optimización o modernización de la red de drenaje o cualquier tubería a gravedad para diámetros desde 6 hasta 42 pulgadas a través del sistema de enrollado en espiral.

Cuando se detecta la necesidad de estructurar un proyecto de obra civil para rehabilitar la red de drenaje, seguramente lo primero que se piensa es en una vía intervenida a zanja abierta, con interrupción total del tráfico, limitación de acceso a zonas, exceso de maquinaria en el sitio, interrupción del servicio de drenaje, exceso de contaminación ambiental, contaminación auditiva, numeroso personal de obra en la ejecución, entre otros recursos que resultan necesarios para lograr el objetivo de esa rehabilitación. Al ser el método tradicional más conocido, muchas entidades y profesionales optan por diseñar, planear y estructurar proyectos asociados a estas obras civiles con método a zanja abierta, sin dar posibilidad de explorar soluciones sin zanja que aseguran, e incluso mejoran, el resultado esperado. Alternativas de rehabilitación como las tecnologías sin zanja son más favorables, ya que aseguran la optimización de recursos, menores costos en la instalación, menor impacto ambiental, menor impacto social, mayor eficiencia, mejor desempeño y capacidad en la tubería, entre otras bondades, que quedarán expuestas a lo largo de este escrito.

La tecnología para la solución sin zanja no depende de la destreza manual, ya que su método constructivo es estandarizado; está diseñada para asegurar la rehabilitación, renovación, optimización o modernización de la red de drenaje o cualquier tubería a gravedad para diámetros desde 6 (150 mm) hasta 42 pulgadas (1,050 mm) a través del sistema de enrollado en espiral SWLP (spiral wound lining pipe) de ajuste perfecto (véase figura 1), principal característica que permite acoplar la nueva tubería enrollada en espiral a la geometría del tubo anfitrión con una mínima disminución en el diámetro original, siendo este un factor inversamente significativo en relación con la capacidad hidráulica que generalmente se mantiene o aumenta respecto al tubo deteriorado. Según las especificaciones de diseño, los requerimien-

Nueva tecnología 8.20

283.6 300

8.20

8.20 283.6

300 8.20

Cortesía: Sekisui Chemical GMBH.

Figura 1. Ajuste perfecto al tubo anfitrión para un tubo de 12” (300 mm) genera al final un tubo rehabilitado con diámetro de 283.6 mm.

tos de rigidez y el diámetro a rehabilitar, se selecciona el perfil de PVC que mejor se adapte a la necesidad. Por ejemplo, para un tubo de 12” (300 mm), se aplica el perfil 85-7EX con una altura de 8.20 mm, que genera como diámetro final del tubo rehabilitado 283.6 milímetros.

Para la instalación de esta tecnología, se accede al pozo de inspección o registro, en el cual se ubica la máquina de bobinado que enrolla el perfil de PVC en forma de espiral, hasta completar la longitud de rehabilitación y llegar al siguiente pozo de inspección. El proceso de enrollado acopla la tira del perfil al interior del tubo deteriorado y se mantiene conformando un revestimiento

JOSEPH GÜECHA ROJAS Ingeniero civil con amplia experiencia en el sector de mantenimiento vial, transporte, inspección y mantenimiento de redes hidráulicas y supervisión de PTAR y equipos de manejo de residuos.

ANA MARÍA BERNAL Ingeniera industrial, máster en Dirección y administración de empresas con amplia experiencia en planeación estratégica, sistemas de gestión de calidad, gestión de proyectos y rehabilitación de tubería enrollada en espiral, entre otros.

CORTESÍA: SEKISUI CHEMICAL GMBH.

Figura 2. A la izquierda, máquina de bobinado en la base de un pozo de inspección con instalación en diámetro fijo hasta completar la longitud de rehabilitación. A la derecha, acople al tubo deteriorado con ajuste perfecto que se genera con el proceso de expansión a lo largo del revestimiento.

15 m

Generador Grúa portátil Trípode 5 m

2.5 m 2.5 m

Camión grúa

Unidad hidráulica

Pozo de inspección Carrete de perfil Carro de CCTV

Pozo de inspección

Cortesía: Sekisui Chemical GMBH. Figura 3. Diagrama del espacio requerido para la instalación de tecnología sin zanja y el monitoreo por CCTV durante el proceso de instalación.

continuo que se expande hasta lograr el ajuste perfecto con el tubo deteriorado a lo largo del tramo o sección rehabilitada, y que está diseñado originalmente como un revestimiento estructural independiente que asemeja su desempeño al de una tubería de plástico común (véase figura 2). Es relevante destacar que esta tecnología y su método constructivo están alineados con la ASTM F1741 - Práctica estándar para la instalación de tubería en PVC para revestimiento conformado helicoidalmente para rehabilitación de alcantarillas y conductos existentes.

Al intervenir la tubería con esta tecnología, no se requiere interrumpir completamente el servicio de drenaje o alcantarillado, ya que su versatilidad permite trabajar con flujo vivo en la tubería hasta un 25% y se genera un mínimo impacto en la comunidad. Además, la facilidad de manejo en los equipos requeridos para su instalación ocupan espacios moderados que no invaden más de un carril y, por consiguiente, no bloquean el tráfico en la zona de intervención, con lo que se generan planes de manejo de tráfico sencillos para el proyecto, que sin duda se traducen en menores costos asociados. En la figura 3 se ilustra la estimación de espacio requerido para la instalación en dos áreas de trabajo en el sitio de intervención: el pozo de inspección donde se inicia la instalación, que ocupa un área aproximada de 37.5 m2, y el pozo de inspección final donde termina la instalación, desde el cual se mantiene monitoreo del proceso de rehabilitación por medio de circuito cerrado de televisión CCTV con un área de ocupación de alrededor de los 12.5 m2 (véase figura 3).

Analizando las bondades que ofrece esta tecnología al trabajar con el sistema SWLP, existe una mejora en los factores estructurales e hidráulicos de las redes rehabilitadas; estas mejoras o comportamientos finales en la vida útil de la tecnología son congruentes con los cálculos realizados conforme a la normatividad, ya que el proceso de rehabilitación es mecánico, realizado por un equipo de bobinado certificado, y los perfiles provienen de un proceso productivo controlado con elevados estándares de calidad que aseguran el comportamiento de la tecnología y no resultan inciertos.

Tomando como caso de estudio la red a rehabilitar de 12” o 300 mm de diámetro y considerando que comúnmente el tubo anfitrión a rehabilitar proviene de tubería antigua de concreto, se realiza a continuación un análisis estructural e hidráulico que permite dar una referencia del comportamiento de la tecnología desde el punto de vista técnico.

A nivel hidráulico, se analiza el comportamiento de la tubería deteriorada y el de la tubería rehabilitada con la tecnología aquí expuesta, considerando condiciones de la tubería con una pendiente del 1% y al 100% de su capacidad con diámetro 300 mm, utilizando la fórmula de caudal Q = VA, y la velocidad, determinada con la fórmula de Manning: v = 1 n

Rh 2/3 J0.5

donde:

V = Velocidad (m/s) n = Coeficiente de rugosidad Rh = Radio hidráulico (m) J = Pendiente hidráulica

Para el caso de la tubería de concreto deteriorado, se asume un coeficiente de rugosidad n de 0.015, simulando una superficie rugosa y con desperfectos, que genera una velocidad de flujo de 1.19 m/s y un caudal en la tubería de 0.084 m3/s. Considerando el paso del tiempo y que se presentan filtraciones, obstrucciones, defectos estructurales y colapsos que afectan la rugosidad del tubo a rehabilitar (véase figura 4), el coeficiente de rugosidad más apegado a esas condiciones determinaría un valor mayor, lo que llevaría a un gasto incluso menor al antes señalado.

En el caso de la tubería rehabilitada, el coeficiente de rugosidad n corresponde a 0.010 y el diámetro de la tubería final de 288 mm, debido al espesor que tiene el perfil aplicable, define una velocidad de flujo estimada de 1.71 m/s y un caudal final de 0.108 m3/s, lo que evidencia un incremento de por lo menos el 29% de la capacidad hidráulica respecto al conducto deteriorado.

El aumento de la capacidad hidráulica estimado representa una ventaja en esta tecnología incluso frente a otras soluciones sin zanja que se ven afectadas por variaciones inherentes al método constructivo y las condiciones de instalación.

A nivel de comportamiento estructural, la tecnología tratada aquí va más allá de un revestimiento que puede aportar capacidad estructural a la tubería deteriorada, ya que sus propiedades mecánicas aseguran que, una vez instalada, tenga el comportamiento de una tubería independiente dentro de la tubería anfitriona, característica que aporta un mayor soporte estructural en los eventos de cargas aplicadas. Esta capacidad estructural se verifica por medio de la rigidez anular y la rigidez de tubería que presenta la tecnología, que pueden ser determinadas por medio de ensayos de laboratorio y cálculos. La rigidez anular se determina mediante la siguiente fórmula:

SN = E I

D3 m

donde:

SN = Rigidez anular (N/mm2) E = Módulo de elasticidad (N/mm2) I = Momento de inercia (mm4/mm) Dm = Diámetro medio (mm)

Considerando que el perfil de PVC de esta tecnología maneja un módulo de elasticidad de 2.738 N/mm2 y el perfil aplicable para tubería con diámetro de 12” es el 858EX, con una inercia de 26.98 mm4/mm, se obtiene una rigidez anular de 0.00307 N/mm2 o MPa, que equivale a 0.45 psi. Con esta rigidez anular, al multiplicar por el factor 53.77 se estima la rigidez de la tubería, que en ese caso corresponde a 24.01 psi, superior en más del 120% frente a otras tecnologías, y por tanto se confirma que ésta aporta un mejor desempeño estructural a la tubería.

Además de evidenciar un óptimo desempeño hidráulico y estructural, el mecanismo de sello de la tubería rehabilitada asegura la estanqueidad según la normativa ASTM F17412. En un análisis realizado a los perfiles de PVC, éstos fueron sometidos a ensayos de estanqueidad acordes con la ASTM F1697-181 en dos escenarios críticos que plantea este estándar: con perfiles sometidos a una desviación axial de 10 grados y con perfiles sometidos a una deformación de 5% del diámetro interno de la tubería a rehabilitar, experimentando una prueba de vacío de 74 kPa durante 10 minutos, con una variación de 17 kPa y una prueba de presión interna de 74 kPa durante 10 minutos; se evidenció que no se presentaron fugas en los ensayos.

Como caso real de este resultado en el comportamiento de estanqueidad o hermeticidad de la tubería, en 1990 se ejecutó el proyecto de West Lake, al sur de Australia. A los nueve años en 1999 y a los 19 años en 2009 se aplicó la prueba de estanqueidad acorde con esta normatividad y quedó claro que el tramo rehabi-

Tecnología sin zanja

Cortesía: Sekisui Chemical GMBH y Constructora Ozul SAS.

Figura 4. Mejora del rendimiento estructural de la tubería deteriorada. La tecnología está diseñada como revestimiento estructural independiente que se apoya de los restos de la tubería deteriorada, utilizando la resistencia del suelo.