Rehabilitación de tuberías de agua potable sin zanja

En las últimas décadas, el envejecimiento de las tuberías se ha convertido en una realidad en la mayoría de los países desarrollados, principalmente debido a las insuficientes tasas de renovación. El deterioro generalizado de las tuberías provoca fugas y averías frecuentes y, por tanto, importantes pérdidas de agua potable, críticas sobre todo con el aumento de los periodos de escasez hídrica atribuidos a las consecuencias del cambio climático. Como resultado, administraciones y empresas han intensificado los esfuerzos para minimizar la pérdida de agua potable durante su transporte.

La inmensa extensión de la red hace que la sustitución progresiva de las tuberías represente un reto muy importante. La sustitución no solo es una solución costosa, sino que también requiere tiempo y recursos significativos. En las últimas décadas, las tecnologías sin zanja han surgido como una alternativa viable y sostenible a la sustitución de una tubería deteriorada, con costes reducidos y tiempos de instalación más cortos, dado que aprovechan el conducto de la tubería deteriorada (anfitriona) para crear una nueva en su interior, siendo solo necesario acceder al punto inicial y final del tramo a rehabilitar. De este modo, la afectación a la dinámica urbana es mínima, ya que, mientras se efectúan los trabajos de rehabilitación, se permite tanto el tránsito rodado como de peatones por encima del tramo en obras.

En los últimos años, el Cured-In-Place Pipe (CIPP) ha experimentado un aumento de la demanda. Aun siendo una técnica consolidada en rehabilitación de tuberías de alcantarillado,  en agua potable presenta un desafío técnico mayor a causa de las presiones de trabajo más elevadas. En estos casos, el mínimo defecto puede tener un impacto significativo en el rendimiento de la manguera instalada, generando averías en poco tiempo. Así pues, es necesario ampliar el nivel de conocimiento del CIPP, sobre todo aplicado a tuberías de agua potable.

Es en este contexto en el que el Dr. Ferran Gras Travesset ha realizado su tesis doctoral en IQS, titulada Contributions to the Development of Cured-in-Place Pipe Composite Liners for Pressure Water Pipes rehabilitation. La tesis se ha llevado a cabo dentro del Plan de Doctorados Industriales de la Generalitat de Catalunya, em modalidad de cofinanciación entre la empresa Aigües de Barcelona e IQS School of Engineering (Universitat Ramon Llull). La tesis ha sido codirigida por el Dr. Marco Antonio Pérez, coordinador del Group of Applied Mechanics and Advanced Manufacturing (GAM) de IQS, y por el Dr. Antoni Andreu de Aigües de Barcelona.

En su tesis doctoral, el Dr. Gras Travesset ha aportado contribuciones significativas en la técnica CIPP, y concretamente en el campo de tuberías de agua a presión. El objetivo de la tesis ha sido contribuir al avance de esta tecnología, abordando las incertezas asociadas a la rehabilitación de tuberías de agua potable a presión, que surgen tanto en el diseño como después de la instalación de la manguera CIPP. Se han llevado a cabo mejoras en el diseño de la manguera, el desarrollo de nuevos ensayos mecánicos para evaluar el comportamiento mecánico de la manguera CIPP instalada en obra y la aplicación de mejoras en los procedimientos de control de calidad específicos para CIPP.

Derivado de esta investigación, se ha establecido un protocolo de control de calidad para la instalación de mangueras CIPP en tuberías de presión, para identificar posibles defectos en las distintas etapas del proceso de instalación, con ensayos tanto en la dirección longitudinal como en la circunferencial. El nuevo protocolo ha sido incorporado en la reciente normativa (2022) UNE 53929: Rehabilitación de conducciones de abastecimiento y alcantarillado con tubos continuos curados in situ (CIPP). Diseño, cálculo e instalación.

En segundo lugar, se ha propuesto un nuevo método de ensayo llamado IBPT- Inner Balloon Pressure Test, con el objetivo de abordar y superar las deficiencias detectadas en los procedimientos actuales, para evaluar la resistencia a la tracción en la dirección circunferencial de una manguera instalada en obra. Por otro lado, el Dr. Gras también ha obtenido en esta tesis datos experimentales de un ensayo a escala real en campo en una tubería deteriorada de hormigón armado, par transporte de agua potable a presión.

Finalmente, se ha desarrollado un modelo matemático basado en aproximaciones de Machine Learning que permite optimizar el diseño de mangueras semi-estructurales para tuberías a presión deterioradas. Este modelo matemático, a diferencia de las ecuaciones analíticas de diseño actuales, considera orificios en la tubería anfitriona, tanto circulares como irregulares, tratándose así de una contribución relevante en el diseño de mangueras CIPP semi-estructurales.

En palabras del Dr. Antoni Andreu, “la estrecha colaboración entre IQS y Aigües de Barcelona ha sido fundamental para abordar de manera efectiva y con garantías el reto tecnológico que implica la rehabilitación y conservación de las redes de transporte de agua potable”. “Gracias a esta sinergia, hemos podido combinar los conocimientos técnicos y la experiencia en investigación de IQS con la experiencia operativa y las necesidades prácticas de Aigües de Barcelona, alcanzando objetivos que nos han permitido profundizar en este conocimiento de la técnica del CIPP”.

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Gras-Travesset, F., Andreu Torras, A. & Pérez, M. A., A novel test procedure to assess the performance of composite cured-in-place-pipe liners for rehabilitation of water pressure pipes, Case Studies in Construction Materials, 19, e02381, 2023.

Gras-Travesset, F., Andreu Torras, A. & Pérez, M. A., Optimizing thickness for semi-structural CIPP liners in pressure pipes: A mathematical modeling approach. Tunnelling and Underground Space Technology. On press, 2024.

Esta tesis ha recibido financiación de la Agencia de Gestió d’Ajuts Universitaris i Recerca – AGAUR y del Plan de Doctorados Industriales del Departamento de Recerca i Univeristats de la Generalitat de Catalunya, proyecto DI 2019 0045.