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Tecnología

Innovación subterránea

Una manta aplicada sobre las cañerías de agua o de alcantarillado genera ahorro en la instalación

Desde los tiempos de los antiguos romanos, los primeros que utilizaron estructuras enterradas, la ingeniería siempre invirtió en el desarrollo de materiales para su uso en el subsuelo. Actualmente, bajo nuestros pies, funcionan una serie de servicios tales como agua, desagües, telefonía y electricidad, entre otros. Son miles de kilómetros de tuberías, y es fácil de imaginar el grado de importancia económica y social de sus funciones. Con todo, la técnica de ejecución empleada para ejecutar estas obras ha hecho pocos avances a lo largo de la historia.

Si se tiene en cuenta todo lo que falta enterrar, en el ámbito de la infraestructura subterránea, en las telecomunicaciones e incluso en la eliminación de postes y el consiguiente enterramiento de cables, es bienvenida la noticia de un nuevo tipo de instalación de cañerías, más barato y ubicado más cerca de la superficie, desarrollado en el Laboratorio Geosintéticos del Departamento de Geotecnia de la Escuela de Ingeniería de São Carlos de la Universidad de São Paulo (EESC/USP).

El objetivo de este grupo de investigadores, coordinados por el profesor Benedito de Souza Bueno, consistió en reducir al máximo las cargas sobre las cañerías, permitiendo la colocación de instalaciones más cerca de la superficie, sin el peligro de un peso excesivo y con la posibilidad de utilización de caños más flexibles.

Resistencia y durabilidad
Esta técnica, llamada proyecto Geovala, utiliza materiales geosintéticos – productos manufacturados a base de poliéster o polipropileno, formados por mantas y parrillas de alta resistencia y durabilidad – sobre los fosos subterráneos, creando así un espaciovacío en donde se instala la tubería. Así, todo el peso se distribuye hacia afuera del área del foso, que permanece libre del exceso de carga.

La propuesta no es desarrollar nuevos tipos de tuberías, sino modificar la manera en que éstas son instaladas, mediante la utilización de los mismos geosintéticos utilizados en la construcción de estructuras de apoyo en suelo reforzado, lagunas de contención de residuos, impermeabilizaciones y drenajes. Benedito Bueno, que es ingeniero civil, confía en que esta técnica se convertirá en una importante e innovadora solución para la instalación de los conductores subterráneos. Bueno es director de tesis del doctorado intitulado Foso para la Acomodación de Estructuras Enterradas y Proceso de Acomodación de Estructuras Enterradas, desarrollada en la EESC/ USP por el investigador Paulo Márcio Viana, con beca de la FAPESP.

La técnica es apropiada tanto para su uso en tuberías hechas con metales más específicos, como es el caso de las aplicadas en oleoductos y gasoductos, como en cañerías elaboradas en policloruro de vinilo (PVC) y polietileno de alta densidad (PEAD), indicadas para uso general. El material empleado en la cañería puede ser de cualquier naturaleza, puesto que la innovación en este caso se encarga de minimizar o incluso eliminar las cargas verticales en la región del foso, que es cubierto por el geosintético antes de ser rellenado.

El peso de la tierra sobre la manta, que absorbe las cargas verticales como si fuera una membrana traccionada, pero permite el paso de elementos líquidos, tales como el agua de lluvia, hace que el producto cree una curvatura sobre el vacío en el foso, librando a la tubería del exceso de peso. Libres de tal exceso, las tuberías pueden ser mayores, de menor grosor y consecuentemente más flexibles. Si por un lado los tubos, al ser más anchos, ganan en flexibilidad, por el otro aumentan también los riesgos de deterioro del material. Empero, cuanto menores son las cargas sobre la tubería, más seguro es el sistema, ya que al tener mayor resistencia a la presión de las cargas en los tubos, el foso puede ser menos profundo – de 1,5 metros, se reduce su profundidad a 0,5 metro -, lo que torna menos onerosa a la instalación: su costo cae entre un 30% y un 40%, de acuerdo con los cálculos de Bueno. Puede observarse también el beneficio ambiental, pues esta técnica ayuda a disminuir la posibilidad de filtraciones y de contaminación del suelo.

Una técnica elaborada
La elevada capacidad de los materiales geosintéticos para soportar cargas de tracción fue lo que inspiró a los investigadores de la Escuela de Ingeniería de São Carlos a emplear el producto, que está siendo cada vez más utilizado en obras de contención por parte de las empresas de ingeniería civil y geotécnica. Posee un excelente desempeño, aliado a un costo-beneficio considerado extremadamente favorable, sobre todo cuando se lo aplica en gran escala. La posibilidad de aumentar la vida útil de los fosos, aliada a una mayor rapidez en la ejecución de obras de conductos enterrados, y a costos menores, es una combinación que Bueno espera sea suficiente como para suscitar el interés de las empresas por el Geovala.

Durante cuatro años, todas las variantes de presiones de suelo fueron ensayadas y registradas por los investigadores, con variaciones en los tipos de tubos empleados, tipos de suelo y de cargas, en un modelado físico en magnitud real. Los resultados fueron compilados por medio de una simulación por computadora, en software de modelado numérico.

También se realizaron ensayos en grandes dimensiones: sobre una losa de reacción, en una caja de acero de 2 metros de altura por 1,8 metros de ancho, se enterró un tubo de 400 milímetros de diámetro y 2 metros de longitud, y se reprodujeron una serie de situaciones que simulaban las condiciones reales de uso. Una vez rellenado el foso y instalado el geosintético, se aplicó también una sobrecarga, simulando pesos extras, que representaban vehículos u obras sobre la superficie. Una vez hecho el dimensionamiento de las cargas y la variación del peso del propio suelo, se pudo seleccionar el tipo de geosintético más adecuado para cada caso.

La Geovala se aplica a cualquier tipo de uso: colectores de desagües, gas, y petróleo o cableado eléctrico y de telefonía. Las profundidades pueden determinarse de acuerdo con las condiciones ambientales y con la capacidad del geosintético utilizado, que puede variar, dependiendo del tipo de suelo y del material empleado en las tuberías. Otra ventaja apuntada por los investigadores de Geovala, en los casos de caños monitoreados internamente para detectar filtraciones o problemas de corrosión, es la posibilidad de hacer ese monitoreo externamente, lo que ampliaría también la seguridad de las estructuras enterradas. Como ese proceso permite la creación de un vacío en donde reposa el tubo, pueden instalarse sensores con registro remoto en ese espacio, para medir las características mecánicas del caño.

A escala industrial
La técnica de este nuevo tipo de enterramiento de tuberías generó el depósito de una patente en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI), que contó con la financiación del Núcleo de Patentes y Licencias de Tecnología (Nuplitec) de la FAPESP.

Según Bueno, la técnica es inédita en el mundo y ya ha suscitado el interés de empresas de los sectores público y privado, que actualmente negocian el derecho de aplicación de la técnica. Como los productos empleados son actualmente producidos en escala industrial, y están disponibles comercialmente, la expectativa de los inventores indica que el aumento del uso de esos materiales con la tecnología Geovala hará caer el precio del geosintético y de las tuberías.

LOS PROYECTOS
Conductos Enterrados: Reducción de Esfuerzos sobre la Estructura

MODALIDAD
Línea regular de auxilio a la investigación
COORDINADOR
Benedito de souza Bueno – EESC/ USP
INVERSIÓN
R$ 151.218,97

Geovala – Una Solución Técnica para Reducir Tensiones Verticales en Cañerías
Modalidad

Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual

Coordinador
Benedito de Souza Bueno – EESC/ USP
Inversión
R$ 6.000,00

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