Infraestructura pública de agua y alcantarillado

Los Comités de ASTM International ejercen influencia

Por Cicely Enright

Más de la mitad del cuerpo humano es agua. Y aunque no está completamente claro cuánto se debe beber cada día (ocho vasos es una respuesta fácil pero no necesariamente definitiva), la mayoría de nosotros esperamos tener agua limpia para beber.

Esa agua limpia sale del grifo gracias a los sistemas de infraestructura pública, sistemas que transportan el agua desde lagos, aguas subterráneas y ríos hasta las plantas de tratamiento. Después del tratamiento de desinfección y filtración, otro componente del sistema distribuye el agua a hogares y empresas.

Las tuberías son una parte esencial de dicha infraestructura, que durante décadas ha usado madera, ladrillo, acero, hierro dúctil, cobre, arcilla, concreto y otros materiales. Más recientemente, el plástico ha sido una opción para el agua potable. Desde 1973, un Comité de ASTM International sobre Sistemas de tuberías plásticas (F17) ha desarrollado estándares para los componentes del sistema: tuberías, accesorios, uniones, e instalación.

"Los estándares F17 son de fundamental importancia para el servicio público del agua", dice Bryan Hauger, Ph.D., presidente de Bryan Hauger Consulting Inc. y miembro de ASTM y F17 desde el año 2002. E indica que los ingenieros de diseño y especificaciones de todo el mundo usan los estándares F17, pero son particularmente citados en América del Norte. La ausencia de corrosión y la resistencia a las fallas contribuye a que estos sistemas sean atractivos para aplicaciones de infraestructura de agua.

Hauger señala que los servicios públicos de los Estados Unidos se basan en los estándares de la Asociación Estadounidense de Obras Sanitarias (American Water Works Association - AWWA), y a su vez, "esos estándares se basan en gran medida de los estándares de ASTM para todo tipo de detalles, desde los requisitos dimensionales y de desempeño de tuberías y accesorios hasta las pruebas utilizadas para demostrar la conformidad con esos estándares". Un ejemplo: el estándar C906 de la AWWA para ciertos tamaños de accesorios y tuberías de presión de polietileno hace referencia a más de 20 estándares de ASTM.

Un estándar F17 significativo especifica tuberías de plástico de poli(cloruro de vinilo) y sus requisitos dimensionales, de desempeño y de prueba (D1785). Otro trata sobre sistemas de tuberías de polietileno reticulado (F877). Estos son solo dos de los casi 240 estándares que el comité ha desarrollado; también se aplican muchos otros a las tuberías de plástico para agua, además de otros usos como gas y materiales diversos, ya sean a base de compuesto, vinilo u olefinas.

Tuberías para fines sanitarios

La otra parte crítica de la infraestructura del agua es la sanitaria, que separa los desechos humanos del contacto humano, del agua potable y, más recientemente, de las aguas públicas.

En un artículo de 2004 para SN, Edward Sikora, entonces presidente del Instituto Nacional de Tuberías de Arcilla de los EE. UU. (National Clay Pipe Institute), escribió: "las alcantarillas sanitarias pueden no ser el tema de discusión más popular, pero si un alcantarillado deja de funcionar durante unas horas, verá qué tan esenciales son nuestros sistemas de alcantarillado sanitario".

Dos de los Comités de ASTM International, sobre Tuberías de arcilla vitrificada (C04) y Tuberías de concreto (C13), se concentran en el uso de estos materiales en alcantarillados sanitarios.

El Comité sobre Tuberías de arcilla vitrificada se organizó en 1904 en respuesta a la falta de estándares sobre tamaños, resistencia, pruebas de calidad y métodos de instalación. El primer estándar del grupo, actualizado y aún publicado y en uso hoy, apareció por primera vez en 1915 como C12, Práctica recomendada para el tendido de tuberías de alcantarillado.

Las tuberías de arcilla vitrificada, hechas de arcilla y pizarra que se hornean a más de 2000 °F, son un producto de siglos de antigüedad para las tuberías de alcantarillado municipal de flujo por gravedad. Las tuberías de arcilla fabricadas hoy en día aprovechan las nuevas tecnologías y procesos. "El proceso esencial para fabricar la tubería no ha cambiado en 6000 años", dice Jeffrey Boschert, ingeniero acreditado, actual presidente del Instituto Nacional de Tuberías de Arcilla de los EE. UU. "Pero los avances de los últimos 40 años han llevado a cuerpos más resistentes y uniones herméticas." Agrega que las ciudades están demandando arcilla vitrificada otra vez, y cita a Seattle, Washington y Portland, Oregón como dos ejemplos recientes.

Químicamente inertes y totalmente resistentes a la corrosión, las tuberías de arcilla vitrificada (VCP) son adecuadas para el trabajo de transporte de aguas residuales comerciales, industriales y residenciales a las plantas de tratamiento. La tubería resiste rigurosos procedimientos de limpieza, incluidas presiones de chorro de más de 5000 psi, así como los métodos de limpieza mecánica más utilizados. Por último, "el VCP es un producto hecho básicamente de tierra y dura para siempre; por eso tiene una sostenibilidad inigualable, tanto ambiental como fiscal", agrega Boschert.

El estándar C700 de ASTM especifica las tuberías y accesorios VCP estándar y extrarresistentes en cuanto a sus materiales, fabricación, propiedades físicas, conexiones y otros aspectos. Los métodos de prueba para tuberías contenidos en el estándar C301 abordan su resistencia a soluciones ácidas, cargas de tierra, fuerzas hidrostáticas y absorción. Un tercer estándar (C1208/C1208M) rige las tuberías de arcilla vitrificada para hincar, que se utilizan normalmente para los métodos de instalación sin zanja.

Otra opción para las aplicaciones de alcantarillado sanitario es la tubería de concreto. De acuerdo con la Asociación Estadounidense de Tuberías de Concreto (American Concrete Pipe Association), puede resistir cualquier carga requerida y no depende de la instalación para soportar cargas. Además, la tubería de concreto dura mucho tiempo: muchas instalaciones están en funcionamiento desde hace más de 100 años.

"Los estándares han sido la columna vertebral de la industria de tuberías de concreto" dice Josh Beakley, ingeniero acreditado, vicepresidente de ingeniería de la Asociación Estadounidense de Tuberías de Concreto. "Sin estándares, no tenemos realmente una industria."

Los ingenieros especifican cinco clases de tuberías de concreto según la especificación para alcantarillas, desagües de aguas pluviales y tubos de alcantarillado de concreto reforzado (C76). "C76 es la especificación básica", indica Beakley. "Es la que la mayoría de las personas tiende a usar."

Separación del interior y el exterior

Para mantener el agua potable separada de las alcantarillas y otras aguas, y para conservar el agua en general, los comités de ASTM también han desarrollado estándares relacionados con las uniones de tuberías y las aguas pluviales. También están trabajando en aplicaciones sin zanja, además de estudiar nuevos materiales.

Mantener el agua fuera de la tubería resalta la importancia de las uniones del sistema. Y, según el Informe de infraestructura 2017 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (American Society of Civil Engineers), todos los días se pierden casi 23 000 millones de litros a través de fugas en tuberías, muchas de las cuales se tendieron en los siglos XIX y XX. Un Subcomité de ASTM sobre Uniones para estructuras de concreto prefabricado (C13.08) especifica las uniones que se utilizan en tuberías, pozos de inspección y secciones en cajón. El comité sobre VCP especifica las uniones de compresión aplicadas en fábrica (C425), lo que garantiza tanto la estanqueidad como la flexibilidad de las uniones. Y para las tuberías de plástico, estándares como la práctica de fusión por calor para la unión de tuberías y accesorios de poliolefina (D2657) respaldan los sistemas libres de fugas.

Con el aumento de la variabilidad en los patrones climáticos, la gestión de aguas pluviales se ha vuelto más crítica. En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency) publicó el año pasado una guía preliminar, "Soluciones comunitarias para la gestión de aguas pluviales: una guía para la planificación voluntaria a largo plazo” (Community Solutions for Stormwater Management: A Guide for Voluntary Long-Term Planning). La guía pretende ayudar a los gobiernos estatales y locales a gestionar las aguas pluviales, que pueden ser una fuente de contaminación y una amenaza para la salud pública. Un subcomité del Comité de ASTM sobre Productos de concreto prefabricado (C27) ha desarrollado tres métodos estándar que respaldan este esfuerzo. Uno describe el desempeño de los dispositivos en una amplia variedad de condiciones (C1745/C1745M); otro proporciona detalles sobre el flujo, viscosidad y distribución del tamaño de las partículas de los separadores subterráneos y de los dispositivos de sedimentación (C1746/C1746M); y el tercero aborda la capacidad hidráulica de los dispositivos de filtración de aguas pluviales (C1814/C1814M).

Y a medida que se desarrollan tecnologías en áreas innovadoras, como las aplicaciones sin zanja, continuarán desarrollándose estándares de estos y otros comités. El comité F17 ha desarrollado varios estándares para la colocación de revestimientos plásticos en tuberías existentes a través de la formación de revestimientos en el lugar o de tracción. El Comité sobre Tuberías de arcilla vitrificada tiene un estándar sobre tuberías para hincar, que implica la colocación de la tubería a medida que se perfora el túnel. El Comité sobre Tuberías de concreto tiene en desarrollo estándares sobre tuberías para hincar.

La industria de tuberías de concreto ha estado considerando el agregado de fibras al material para posibilitar una resistencia y ductilidad adicionales, así como productos con paredes más delgadas. "Creemos que tenemos un producto realmente sostenible", dice Beakley. "El desafío es avanzar con uno aún mejor." Esto es cierto respecto de todas las áreas de infraestructura cubiertas por los estándares de ASTM International.