Materiales y Propiedades de Tuberías para Redes de Saneamiento

Parámetros para la Selección de Materiales

La elección del material adecuado para una tubería de saneamiento depende de varios factores:

• Pendiente: A mayor pendiente, se requiere un material con mayor resistencia a la abrasión debido a las velocidades de flujo más altas.
• Resistencia mecánica: Es crucial considerar la profundidad de instalación y las cargas externas (presión del terreno, tráfico). A mayor profundidad y cargas, se necesita mayor resistencia.
• Resistencia química: Depende de la naturaleza de los vertidos (industriales, domésticos, aguas agresivas) que circularán por la tubería.
• Características térmicas: Relevantes según la zona geográfica (ciclos hielo-deshielo) y la temperatura de los vertidos.

Tipos de Materiales para Tuberías

Gres

Material cerámico compuesto por arcilla y arena, cocido a altas temperaturas. Son reciclables y pueden tener una vida útil de hasta 200 años. Se utilizan frecuentemente en acometidas particulares.

Propiedades:

• Buenas propiedades generales, aunque es un material relativamente caro.
• Excelente resistencia a la abrasión.
• Buena resistencia mecánica.
• Alta impermeabilidad.
• Excelente durabilidad y resistencia química.

Fibrocemento

Su uso está prohibido en muchos países debido a que históricamente contenía fibras de amianto, un material perjudicial para la salud.

Hormigón en Masa

Es una opción económica para colectores de gran diámetro.

Características:

• Buena resistencia mecánica.
• Buena resistencia a la abrasión.
• Rugosidad superficial de regular a mala, lo que afecta la capacidad hidráulica.
• Baja resistencia a ataques químicos (especialmente problemático en presencia de sulfatos, como en zonas yesíferas, o con aguas residuales sépticas que generan ácido sulfhídrico).
• Mala resistencia a los ciclos de hielo-deshielo si no está adecuadamente formulado.

Hormigón Armado

Hormigón con armadura de acero interior, lo que mejora significativamente sus propiedades mecánicas.

Características:

• Mayor resistencia mecánica y estructural que el hormigón en masa.
• Buena impermeabilidad (aunque puede ser susceptible a la corrosión de la armadura si hay fisuras y el ambiente es agresivo).
• Disponible en una gran gama de diámetros.
• Se puede incorporar una camisa o chapa metálica interior (ej. en tuberías de hinca) para mejorar la impermeabilidad, la resistencia química y a la abrasión.

PE (Polietileno)

Termoplástico obtenido por polimerización del etileno. Comúnmente se usa el Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE).

Características:

• Flexible y menos frágil que otros plásticos como el PVC.
• Superficie interior muy lisa (baja rugosidad), lo que favorece el flujo.
• Baja rigidez comparado con materiales tradicionales (gres, hormigón).
• Presenta fluencia (creep): deformación bajo carga sostenida a lo largo del tiempo, lo que debe considerarse en el diseño estructural.
• Ligero y de fácil montaje (uniones por termofusión o electrofusión).
• Buena resistencia química.

PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio)

Material compuesto (composite) muy utilizado en conducciones en impulsión (a presión) y también en colectores por gravedad, aunque resulta más caro que otras alternativas para este último uso. Está formado por múltiples capas de fibra de vidrio, áridos (arena de sílice) y resinas (generalmente poliéster).

Características y Fabricación:

• Muy alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión.
• Coste relativamente elevado.
• Disponible en grandes diámetros.
• Ligero en comparación con hormigón o gres.
• Métodos de fabricación:
  • Centrifugado: Los materiales (resina, fibra cortada, arena) se introducen en un molde cilíndrico que gira a alta velocidad. La fuerza centrífuga compacta los materiales contra la pared del molde. Se deja fraguar la resina.
  • Enrollamiento continuo (Filament Winding): Se enrollan filamentos continuos de fibra de vidrio impregnados en resina sobre un mandril o molde interior. Se pueden añadir capas de arena entre las capas de fibra y resina.

Características Generales de las Tuberías

• Diámetro: Parámetro fundamental para determinar la capacidad de caudal (Q). Generalmente se refiere al diámetro interior (útil), excepto en algunos materiales plásticos como el PVC, donde a veces se especifica el diámetro exterior y una clase de presión o rigidez (SN).
• Longitud: Varía según el material y el fabricante. Los tubos se suministran en longitudes estándar para facilitar el transporte y montaje.
• Rigidez Circunferencial (S o SN): Indica la capacidad del tubo para resistir la deformación bajo cargas externas sin llegar al colapso. Es un parámetro clave en tuberías flexibles (plásticos, PRFV). Se define de diferentes maneras según la normativa, pero conceptualmente relaciona el módulo de elasticidad del material (E), el momento de inercia de la pared (I) y el diámetro (D). Una fórmula conceptual es S ∝ (E * I) / D³. En normas europeas, se usa la Rigidez Anular Nominal (SN) en kN/m².
• Fluencia (Creep): Deformación que experimenta un material (especialmente los plásticos) bajo una carga constante a lo largo del tiempo. Es importante para el cálculo a largo plazo de la deformación y la estabilidad estructural de la tubería enterrada.

Clasificación de Colectores según Geometría

• Circulares: La sección más común y eficiente hidráulicamente cuando funciona a sección llena o semillena.
• Ovoidales: Adecuadas para colectores con caudales muy variables o instalados con poca pendiente. Su forma (más estrecha en la base) concentra el flujo a bajos caudales, manteniendo una mayor velocidad y calado (radio hidráulico), lo que favorece el arrastre de sólidos y minimiza la sedimentación. La velocidad (V) se puede estimar con la fórmula de Manning: V = (1/n) * Rh^(2/3) * i^(1/2) (donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning, Rh el radio hidráulico e i la pendiente de la lámina de agua, aproximada a la del colector).
• Visitables con cuna: Secciones de gran tamaño (circulares, ovoidales, rectangulares con base curva) diseñadas para permitir la inspección y mantenimiento interior. La cuna es la parte inferior del colector, a menudo con una sección hidráulica definida para conducir caudales bajos. Son comunes en colectores principales o emisarios ubicados a gran profundidad.

Actividades para la Conservación del Alcantarillado

Implican trabajos tanto en superficie como en el interior de la red para evaluar su estado y planificar el mantenimiento:

Inspección Superficial

Consiste en el reconocimiento del trazado de los colectores en superficie para:

• Verificar la ubicación de pozos de registro y otros elementos.
• Identificar posibles problemas visibles (hundimientos del pavimento, tapas rotas o hundidas).
• Confirmar la correspondencia con la cartografía existente.

Inspección Interior y Topografía de Pozos

Se realiza desde los pozos de registro para obtener información detallada de la red:

• Medición de la cota de la tapa y la cota de la rasante (fondo del pozo) para determinar la profundidad.
• Medición de los diámetros de entrada y salida de los colectores que acometen al pozo.
• Identificación y localización de conexiones existentes (acometidas domiciliarias, sumideros, otros colectores).
• Determinación de orientaciones y ángulos de las conducciones mediante equipos topográficos (como una estación total o GPS) para cartografiar la red con precisión geométrica.
• Inspección visual o mediante CCTV del estado interior de los tubos y pozos.