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Cómo aumentar la vida útil de las infraestructuras hidráulicas

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  • Cómo aumentar vida útil infraestructuras hidráulicas
    Vigas colocadas.
  • Autores: Julio A. Pérez, Jesús Sánchez, Mª Pilar Corteguera, Jesús Fajardo, Clara Huerta  y Remedios Lopez Pacetti.; y por parte de Acciona Construcción: Alberto Rodríguez Martinez.

Sobre la Entidad

Acciona Agua
ACCIONA Agua es una empresa líder con capacidad para diseñar, construir y operar plantas de tratamiento de agua potable, depuradoras de aguas residuales, tratamientos terciarios para reutilización y plantas desalinizadoras por ósmosis inversa.
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Temas

Introducción

La gestión de una EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) incluye la preservación de la infraestructuras hidráulicas que la conforman mediante el mantenimiento y la rehabilitación de las mismas, para lo cual se hace necesario conocer los impactos ocasionados por el ejercicio de su actividad y las afecciones asociadas, de forma que se puedan cortar de raíz las causas que los originan.

El gran enemigo de la obra civil en las EDARs es la carbonatación. Un fenómeno consecuencia de la reacción del hidróxido cálcico del cemento con el dióxido de carbono, favorecido por el medio acuoso y que provoca la bajada del pH (ácido), lo que supone que las armaduras pasivas de acero queden desprotegidas y por tanto sean susceptibles de sufrir el otro gran perjuicio en este tipo de infraestructuras: la corrosión.

Laboratorio de hormigones del Centro Tecnológico de ACCIONA Construcción.

En función de donde se encuentre localizada la patología, la gravedad de la afección aumenta, pudiendo comprometer la integridad de la estructura. Un ejemplo de ello es la viga canal de los decantadores secundarios, directamente expuesta al contacto con estas aguas de carácter agresivo que transitan por ella constantemente. El efecto prolongado de este tipo de ataque a la matriz de hormigón que lo conforma promueve una degradación lenta pero constante, provocando en última instancia la completa sustitución de la viga para garantizar el correcto funcionamiento del servicio.

Los ensayos revelaron que la resistencia a compresión del hormigón mejorado casi duplicaba la exigencia de la norma

Conscientes del impacto económico que supone esta problemática al año en el conjunto de instalaciones hidráulicas, y movidos por el impulso de la mejora en los procesos de explotación de sus infraestructuras, ACCIONA Agua está llevando a cabo dos nuevas líneas experimentales cuyo objetivo es el aumento de la vida útil de la infraestructura civil correspondiente a una de las plantas depuradoras que actualmente gestiona: el desarrollo de un hormigón reológicamente mejorado que resista mejor las agresiones externas propias de este tipo de instalaciones, y la implementación de una mejora TICs (Tencologías para la información y comunicación) que permita monitorizar el estado real de los elementos de hormigón y el grado de avance de la corrosión. La implementación de ambos proyectos de investigación ha sido llevada a cabo en coordinación con la Dirección de Innovación Tecnológica de ACCIONA Construcción. Estas mejoras tienen un carácter preventivo, ya que se anticipan a la aparición de los fenómenos que degradan la estructura, y coercitivo, pues con su implantación se pretende aumentar la vida útil y reducir las labores de mantenimiento y sustitución.

Ensayo de migración de cloruros.

Actuando desde dentro

El primero de los dos proyectos de investigación que tiene por objeto este artículo involucró la sustitución de la viga canal en uno de los decantadores secundarios en la estación depuradora de aguas que actualmente gestiona ACCIONA Agua. El proyecto de rehabilitación de la misma prescribía la retirada de todos los elementos que conformaban el anillo de hormigón por presentar patologías irreparables debidas a los fenómenos descritos antes. Aprovechando que estos elementos debían ser fabricados, se decidió investigar en la forma de mejorar el hormigón que los conformaría, de manera que las nuevas vigas resistieran más eficientemente los efectos de las aguas tratadas.

La carbonatación es un fenómeno interno. Por tanto, el enfoque a seguir para resolver la aparición de este fenómeno es actuar en la propia matriz del hormigón. La reología (esqueleto) de este material puede presentar discontinuidades, es decir, puntos débiles frente a los agentes externos que pueden suponer el inicio de fracturas o defectos estructurales.

La incorporación de la adición fruto de este estudio mejoró el acabado superficial de la pieza, en comparación con otros hormigones convencionales

La creación de un hormigón mejorado con una mayor capacidad de resistencia al tipo de ambiente presente en una estación depuradora pasaba por el desarrollo de una formulación que tuviera en cuenta esto y que completara la continuidad de la reología con una nueva adición.

El objetivo de este proyecto de investigación versó sobre la elección y caracterización de dicha adición, su incorporación a la mezcla, el control y estudio de sus efectos beneficiosos sobre la misma –a nivel estructural y químico–, y su implementación al proceso constructivo.

Tras una exhaustiva labor de análisis que tuvo en cuenta diferentes opciones de residuos procedentes de procesos de producción, se seleccionaron finalmente las cenizas volantes y humo de sílice, por sus efectos beneficiosos en la durabilidad y la permeabilidad del hormigón. Con la formulación obtenida, se realizó una batería completa de ensayos de caracterización mecánica en los Laboratorios del Centro Tecnológico de ACCIONA Construcción en Madrid. También se ensayó su resistencia a la permeabilidad y su coeficiente de migración de cloruros. Los resultados demostraron que el hormigón satisfacía con creces las prescripciones por norma. En algunos casos, como el de la resistencia a compresión, llegaba casi al doble de lo exigido.

Con los resultados favorables de laboratorio, se procedió a dar el salto a producción. Había que replicar la fórmula en la planta de prefabricados donde se manufacturaron las vigas canal y vigilar que durante el proceso no hubiera inconvenientes de ningún tipo. Al tratarse de un hormigón mejorado con adiciones, se requería una mayor labor de supervisión para controlar los parámetros involucrados.

La colocación de las vigas canal fue una operación delicada, ya que la conexión de los segmentos se conseguía a través de un machihembrado entre las piezas

La experiencia fue un éxito, ya que la trabajabilidad del hormigón no se vio afectada y la incorporación de la adición fruto de este estudio mejoró el acabado superficial de la pieza, en comparación con otros hormigones convencionales. Así mismo, no hubo dificultades para representar la geometría de la pieza –la sección en forma de “u” de la viga requería de una mayor atención en el vibrado del hormigón de las patillas– y las prestaciones mecánicas de las vigas fueron validadas de acuerdo a la normativa vigente.

El proceso de montaje en obra se llevó a cabo bajo la supervisión del personal de ACCIONA Agua, corroborando que la instalación se realizara de acuerdo a los requisitos que le son exigibles a este tipo de infraestructuras. La colocación de las vigas canal fue una operación delicada, ya que la conexión de los segmentos se conseguía a través de un machihembrado entre las piezas. Finalmente el anillo se completó con las más de cuarenta piezas de hormigón mejorado, listo para su puesta en servicio.

  Acopio de las vigas canal en el lugar de producción.

La monitorización como prevención

Paralelamente a la incorporación de estos hormigones mejorados, se puso en marcha un segundo proyecto de investigación que tenía por objeto establecer un factor de seguridad adicional en caso de que el hormigón colapsara y la armadura en su interior quedara desprotegida: registrar el avance de la corrosión.

Para ello, se estudiaron las diferentes posibilidades que permitían los condicionantes de esta instalación. Finalmente, el equipo investigador de ACCIONA se decantó por la instalación de una sonda “tipo escalera” que quedaría embebida dentro de la viga canal que había sido confeccionada con el hormigón mejorado.

La implantación de estas mejoras pretende aumentar la vida útil y reducir las labores de mantenimiento y sustitución

Durante el proceso de manufactura de la misma, la sonda fue alojada y asegurada en el emparrillado de acero que suponía el refuerzo de la viga. Este fue uno de los puntos sensibles a resolver en esta etapa, ya que para su correcto funcionamiento la sonda debe quedar inclinada respecto de la superficie del hormigón de referencia. Solo así, los escalones que la conforman quedan alineados en orden. A medida que la corrosión penetra y avanza hacia el interior, los nodos de sacrificio de la sonda se van oxidando y avisando de la aparición de este fenómeno, de forma que sólo alcanza nuestra armadura cuando llega al último nodo. Esto nos da tiempo de sobra para analizar y reparar antes de que la situación sea irreversible.

Para medir la efectividad del hormigón reológicamente mejorado, se dejó embebida otra sonda similar en la viga canal del decantador secundario aledaño. Su anillo también fue reemplazado pero con un hormigón convencional. Por tanto, los datos registrados por esta sonda patrón sirven de referencia para evaluar la mejoría en cuanto a protección del hormigón modificado.

Como la corrosión no es un fenómeno que se presente de manera inmediata, la monitorización de la estructura está programada para un periodo de 24 meses. Un tiempo mínimo considerado para poder empezar a establecer conclusiones.

Las conclusiones derivadas de estos proyectos permitirán a Acciona Agua extrapolar los resultados al resto de las plantas de tratamiento que gestiona en la actualidad así como a futuros proyectos de construcción de nuevas infraestructuras, pues no sólo habrá sido validado a escala piloto en laboratorio sino en una EDAR en servicio.

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