Acequias y Tuberías: Diseño e Ingeniería para la Conducción de Agua

Las conducciones de agua pueden ser forzadas o libres, según que en el interior de la tubería haya o no presión. Las primeras se realizan por tuberías, y las segundas, además de por tuberías, se pueden realizar por canales y acequias.

Las tuberías para conducción de agua pueden ser: metálicas, de hormigón y de plástico; los dos últimos materiales son los de uso más frecuente en el campo, ya que ayudan a reducir el rozamiento del agua. Las pendientes más frecuentes en acequias revestidas son del 1-2 por 1.000.

La velocidad del agua ha de mantenerse dentro de ciertos límites; si es excesiva, se producen erosiones en las paredes y el agua se puede salir al exterior en las curvas; si es pequeña, se depositan en el fondo limos y fangos que entorpecen la circulación del agua y reducen la sección.

Sección de las Acequias

Las secciones más ventajosas, porque ofrecen la mínima resistencia al paso del agua, son las siguientes:

• Semicircular: Se emplea esta forma para acequias prefabricadas.
• Rectangular con la base de doble longitud que la altura (forma semicuadrada): Esta forma es de uso frecuente por la facilidad de su construcción.
• Trapecial con los taludes de 60 grados (forma semihexagonal): En la práctica, cuando se construyen acequias de forma trapecial apoyadas sobre el terreno, el talud de la acequia debe adaptarse al talud natural del terreno, para que los cajeros o muros laterales trabajen de una forma más conveniente.

Tipos de Acequias

1. Acequias autorresistentes con la solera apoyada sobre el terreno

En estas acequias, la solera y los muros laterales soportan el empuje del agua. Generalmente se construyen de hormigón; haciendo el hormigonado sobre el terreno o empleando bloques prefabricados cogidos con mortero de cemento.

Cuando se hace el hormigonado «in situ» se emplea normalmente la sección rectangular con la solera alojada en el terreno. Se construyen de hormigón en masa de 250 kilos de cemento por metro cúbico. El hormigonado de la solera y de los cajeros se hace simultáneamente, para evitar las juntas en la unión de ambos, las cuales pudieran producir fugas de agua. Se empleará la misma dosificación para solera y cajeros, con objeto de que no se formen juntas de trabajo, debido a la diferente retracción de dos hormigones de diferente dosificación.

Cuando se emplean bloques completos de hormigón prefabricado, éstos se apoyan sobre una solera de hormigón y se unen unos a otros mediante un mortero rico en cemento.

2. Acequias apoyadas sobre el terreno

La construcción de estas acequias requiere la formación previa de un terraplén compactado. La explanación del terreno debe hacerse en otoño o invierno, para que el terraplén se consolide con la lluvia; si se hace en verano conviene dar algún riego que favorezca la compactación. Posteriormente se abre la acequia en la tierra compactada y se reviste de hormigón.

La sección de la acequia puede ser rectangular, semicircular o trapecial. Cuando la sección es trapecial, la inclinación de las paredes se adaptará al talud natural del terreno, para que el revestimiento no tenga otra misión que impermeabilizar la acequia de tierra. Si los taludes de las paredes tienen una inclinación mayor que el talud natural del terreno, o si la acequia es de sección rectangular, habría que considerar el revestimiento como un muro de sostenimiento que, estando vacío en canal, hubiera de resistir el empuje de las tierras.

Cuando los taludes de las paredes se adaptan al talud natural del terreno y la compactación del mismo se hace convenientemente, la misión del hormigón consiste únicamente en forrar la acequia y hacerla impermeable; pero si la compactación no está muy bien hecha, como ocurre frecuentemente, el hormigón soporta, en parte, el peso del agua. Por tanto, el espesor de la capa de hormigón variará según las circunstancias.

Puede hacerse el hormigonado directamente sobre el terreno, o emplear planchas prefabricadas de hormigón de 300 kilos de cemento por m³. Para revestir las acequias con planchas prefabricadas se coloca en el fondo de la acequia una capa de grava apisonada y, a continuación, se extienden dos tiras de mortero de cemento, que servirán de base a los paneles laterales que revisten la acequia; estos paneles se colocan apoyados sobre el mortero, procurando que el apoyo sea lo más perfecto posible, sin dejar huecos, y, finalmente, se reviste el fondo de la acequia vertiendo sobre la grava una capa de hormigón de la misma dosificación que la de los paneles.

3. Acequias prefabricadas elevadas sobre el terreno

Estas acequias han de soportar su propio peso y el del agua. Se construyen de hormigón vibrado, con armadura o sin ella. Los tramos tienen una longitud de 3 a 5 metros y quedan apoyados sobre un soporte.

Los soportes se construyen de hormigón en masa de 200 kilos de cemento por m³; si tienen altura superior a 1,50 metros conviene utilizar un hormigón más rico e introducir una armadura de hierro.

Estas acequias presentan las siguientes ventajas sobre las apoyadas en el terreno:

• Una ejecución esmerada, con las superficies interiores lisas. Por tanto, transportan mayor caudal para una misma sección y pendiente.
• Ahorran longitud de acequia cuando cruzan por terrenos ondulados.
• Montaje rapidísimo.
• Fácil sustitución de piezas deterioradas.
• Se pueden aprovechar para instalar en otros sitios.
• Son insustituibles cuando han de cruzar por terrenos yesíferos que atacan al hormigón; en este caso, solamente habrá que proteger la base de los soportes.

Desde el punto de vista económico, cuando el terreno es llano, son más baratas las acequias apoyadas en tierra. Cuando haya que hacer desmontes y terraplenes u obras de fábrica es posible que sean más baratas las acequias prefabricadas apoyadas sobre soportes.

De muy reciente utilización son las acequias de poliéster reforzado con fibra de vidrio. Estas acequias son muy ligeras y la rugosidad de las paredes es prácticamente nula, con lo que se aumenta el caudal de agua. El precio de estas acequias es superior a las construidas con materiales clásicos y, por otra parte, presentan el problema del envejecimiento de los plásticos.

Juntas de Dilatación

Tienen por misión absorber las dilataciones y hacer estancas las uniones. En las acequias construidas sobre el propio terreno, las juntas de dilatación se hacen cada 4 ó 5 metros, intercalando una tabla en el hormigón al mismo tiempo que se hace el hormigonado. Una vez que el hormigón ha fraguado se quita la tabla y se rellena el hueco con «mástic», betún asfáltico u otros productos similares.

En acequias prefabricadas, los bloques se unen con un betún asfáltico.

Zanjas para Tendido de Tuberías

Las zanjas han de tener anchura suficiente para que el operario pueda trabajar en buenas condiciones. La sección de la misma depende de la naturaleza del terreno. Siempre que sea posible se harán las paredes verticales, pero, si el terreno no ofrece suficiente cohesión, las paredes serán inclinadas, ensanchándose por encima del tubo para evitar desprendimientos de tierra.

La tubería se coloca a una profundidad adecuada, con objeto de que las cargas móviles que pasan ocasionalmente por el terreno se distribuyan a través del relleno de tierra que recubre el tubo. Se recomiendan las siguientes alturas de relleno por encima del tubo:

• 60 centímetros, cuando la tubería se coloca en terreno no cultivado.
• 80 centímetros, cuando la tubería se coloca en terreno cultivado o en calles sujetas a cargas ligeras.
• 100 centímetros, o más, cuando la tubería va colocada en calles o terrenos sujetos a cargas pesadas.

Base de Apoyo de los Tubos

Una buena base de apoyo aumenta considerablemente la resistencia de la tubería a las cargas exteriores. Esta base estará formada por una capa de arena, de unos 10 centímetros de espesor. Si la arena fuese muy cara puede sustituirse por tierra suelta compactada y desprovista de piedras. Se ha de procurar que la base quede uniformemente apretada, para que la tubería descanse en toda su longitud, en vez de hacerlo sobre puntos aislados, con peligro de rotura.

Cuando el fondo de la zanja está muy nivelado y no tiene piedras se puede colocar la tubería directamente sobre el terreno.

Después de montar los tubos sobre la base de apoyo se hace el relleno de la excavación, procurando que la tierra no lleve piedras en unos 20 centímetros por encima de la parte superior de la tubería. Este relleno se hace en franjas sucesivas de unos 10 centímetros de espesor y se apisonan con un pisón de cabeza plana. Si se emplea compactador mecánico de bandeja, el espesor de la capa puede aumentar a 30 centímetros. El relleno posterior, hasta el nivel del terreno, se hace sin apisonar, evitando que caigan piedras demasiado gruesas.

Para facilitar el montaje de las uniones conviene profundizar la zanja en dichos puntos o bien apoyar los tubos sobre montículos de arena.

Durante las pruebas de la tubería se dejan descubiertas las uniones para comprobar su impermeabilidad. Después de verificadas las pruebas se completa el relleno de la misma forma que se indicó anteriormente.

Eliminación del Aire en el Interior de la Conducción

En una conducción que presente puntos angulosos dirigidos hacia arriba, el aire acumulado en el interior de la tubería ocupará las partes altas de la conducción y ocasionará una reducción más o menos importante de caudal. Además, el aire acumulado se comprime por efecto de la presión del agua y al ser expulsado bruscamente puede originar sobrepresiones que originan la rotura de los tubos.

Para que no se produzcan estos inconvenientes conviene tomar las siguientes precauciones:

• Eliminar el aire que encierra la conducción después de terminado el montaje de la tubería.
• Tomar las medidas adecuadas para que, una vez eliminado el aire que encierra la tubería, no penetre nuevamente cuando la conducción cuando esté en servicio.
• Colocar algún dispositivo (ventosas automáticas o grifos accionados a mano) que permita la eliminación del aire que pudo introducirse accidentalmente, así como el que el agua lleva en disolución, cantidad que, en muchos casos, es más importante de lo que parece.

Acoplamiento de los Tubos

La unión «Gibault» consta de un manguito troncocónico de hierro fundido, dos anillas de goma, dos bridas de hierro fundido y tres o más tornillos.

La elasticidad de los anillos de goma permite adaptar la tubería a las curvas cuando éstas no son pronunciadas. Cuanto menor es el diámetro del tubo, mayor será la desviación que se puede obtener. Así, para tubos de 4 metros de longitud y 25 centímetros de diámetro se puede hacer una desviación de 80 centímetros, mientras que para tubos de la misma longitud con 5 centímetros de diámetro se puede conseguir una desviación de 140 centímetros. Para mayores desviaciones se utilizan codos de 45 o de 90 grados sexagesimales.

Actualmente se emplea bastante la unión supersimplex, que consiste en un manguito del mismo material que la tubería, provista de unas acanaladuras interiores en donde se alojan unos anillos de goma. Esta unión es más barata y tan eficaz como la unión «Gibault».

Montaje de Piezas Accesorias

Cuando en una tubería circula agua a presión y tiene un extremo cerrado, en ese extremo se produce un empuje, cuya intensidad depende de la presión del agua y de la sección de la tubería. Esfuerzos análogos aparecen en otros accesorios: codos, tes, reducciones, etc. En general, estos empujes se producen siempre que la línea de tubería cambia de dirección, se reduce el diámetro de la misma o tiene los extremos cerrados.

Para el montaje de piezas accesorias es necesario usar longitudes cortas de tubería en cada uno de los extremos de la pieza.

Si la presión del agua y el diámetro de la tubería no son grandes el empuje se contrarresta apisonando muy bien el material de relleno comprendido entre el tubo y la pared de la zanja que forma el ángulo agudo con relación a la tubería. Si la presión es alta y el diámetro considerable se necesitan construir bloques de anclaje de hormigón entre el tubo y la pared de la zanja, de tal forma que no afecten a las uniones «Gibault» ni a los tubos cortos que van unidos a éstas.

Tuberías de Plástico

Los materiales más empleados son el polietileno (PE) y el policloruro de vinilo (PVC). Las tuberías de estos materiales ofrecen las siguientes ventajas:

• Facilidad de transporte y manejo, debido a su poco peso (La densidad del polietileno es 0,9 y la del policloruro de vinilo es de 1,4.)
• Resistencia a la corrosión.
• Paredes interiores totalmente lisas, lo que permite aumentar la velocidad del agua conducida. No se forman incrustaciones de carbonatos u otras materias disueltas en el agua, que disminuirían la capacidad de la tubería.
• No son afectadas por posibles derivaciones de líneas eléctricas, debido a sus magníficas propiedades dieléctricas, que evitan las posibles corrosiones de la tubería por electrólisis.
• Estos materiales son termoplásticos, es decir, se reblandecen hacia los 120 grados centígrados y se pueden trabajar para hacer abocardados, curvas, etc.

Con respecto a las presiones que pueden soportar estas tuberías hay que considerar:

• Presión nominal: que sirve para tipificar, clasificar y timbrar los tubos.
• Presión de trabajo, que es la máxima presión interna a la que puede ser sometido un tubo en servicio a la temperatura de utilización.

Tubería de Polietileno

El polietileno es un material flexible que tiene un elevado coeficiente de dilatación lineal, pero este inconveniente no ofrece problemas en el tendido de esta tubería, a condición que se dejen ondulaciones que absorban los alargamientos provocados por las dilataciones.

Para evitar la degradación producida por efecto de la luz solar se añade negro de humo en el proceso de fabricación, lo que permite utilizarlo en conducciones a la intemperie.

Se fabrican tres tipos de tubo de polietileno:

• De baja densidad: Con una densidad igual o inferior a 0,93 kg/dm³. Se designa así: LDPE, PE-32 y PEBD.
• De media densidad: Con una densidad comprendida entre 0.931 y 0,94 kg/dm³. Se designa así: MDPE, PE-50B y PEMD.
• De alta densidad: Con densidad superior a 0,94 kg/dm³. Se designa así: HDPE, PE-50A y PEAD.

Las cualidades mecánicas son directamente proporcionales a su densidad. En cambio, el más flexible es el de baja densidad, que es el que suele utilizarse en riego por goteo.

Las tuberías de polietileno están reguladas por las normas UNE, que establecen presiones nominales de 4, 6 y 10 atmósferas y diámetros nominales comprendidos entre 10 y 500 mm. Algunos fabricantes utilizan polietileno regenerado para la fabricación de tubería no normalizada para presiones iguales o inferiores a 2,5 atmósferas, que se utilizan en riego por goteo y que venden a un precio muy inferior al de la tubería normalizada. Esta tubería no normalizada es muy irregular en su calidad, ya que depende de la materia prima utilizada. En general, presenta defectos de porosidad, una gran rugosidad interior y un reparto irregular del negro de humo, por lo que es probable que se deteriore al cabo de 2-3 años. No es recomendable, en modo alguno, la utilización de tubería no normalizada, ya que para obtener las ventajas del riego por goteo hay que trabajar con materiales de buena calidad que se atengan a las normas internacionales de control.

Tendido de tubería: La tubería de polietileno es muy flexible, lo que permite suministrarla en forma de rollos y adaptarla perfectamente a las irregularidades del terreno, sin necesidad de codos ni empalmes.

Pueden instalarse directamente sobre el terreno o enterrada. En el primer caso, no son de temer las heladas, puesto que la elasticidad del material permite soportar sin rotura la dilatación del agua al helarse. Tampoco le afectan los cambios normales de temperatura ambiente.

El polietileno incoloro, expuesto a la luz del sol se degrada paulatinamente hasta volverse frágil. Por este motivo, la tubería de este material lleva una protección de pigmento negro, generalmente a base de negro de humo.

En instalaciones enterradas, para tendidos cortos, la tubería se coloca directamente sobre un surco o zanja de a mas de 40 centímetros de profundidad, que se tapa posteriormente con tierra.

Para hacer instalaciones de mayor importancia se pueden emplear tractores y arados topo, que manejan rollos de tubería de 100 o más metros de longitud y colocan la tubería en el surco excavado por el arado a la profundidad deseada.

En las zonas de paso de vehículos conviene proteger la tubería mediante una caja de fábrica de ladrillo o de hormigón.

El polietileno tiene un gran coeficiente de expansión lineal del 0,36%. Una tubería de polietileno de 100 metros de largo experimenta una variación de longitud de 36 centímetros cuando la temperatura varía 20 grados centígrados. Sin embargo, no suele haber problemas, porque en el tendido de estas tuberías siempre quedan ondulaciones que absorben los alargamientos o acortamientos debidos a las dilataciones.

Para cortar la tubería se emplea una simple sierra. El curvado se hace calentando el tubo y manteniéndolo en la posición deseada hasta que se enfríe.

Empalmes de tubería: Para hacer los empalmes de tuberías pueden emplear los métodos siguientes:

• Empalme a rosca: Recomendable para tuberías de paredes gruesas. Los manguitos o piezas de unión se colocan exteriormente, previo el roscado de la tubería. Una ventaja de este sistema es poder usar las uniones corrientes utilizadas para tuberías metálicas. Hay que tener en cuenta que al disminuir el diámetro de la tubería con el roscado disminuye también la resistencia a la presión.
• Soldadura térmica, mediante una plancha calentada con llama o electricidad. Se requiere una cierta práctica para tener éxito con este sistema.
• Empalme a presión. Para ello se emplean dos abrazaderas exteriores y un manguito interior de bronce. Este tipo de empalme es el más aconsejable para aplicaciones agrícolas.
• Empalme por medio de piezas especiales de metal.

Tubería de Policloruro de Vinilo (PVC)

El policloruro de vinilo tiene un peso específico de 1,4 kg/dm³ y un coeficiente de dilatación elevado (7 x lO^-5). La tubería utilizada habitualmente es rígida, ya que no lleva aditivos plastificantes. No puede utilizarse a la intemperie porque la acción de los rayos solares descompone los polímeros del PVC.

La tubería de PVC está regulada por las normas UNE, que establecen presiones nominales de 4, 6, 10 y 16 atmósferas. Se fabrican diámetros nominales para tubería normalizada desde 10 hasta 630 mm. e interiores desde 8,0 mm hasta 536,6 mm.

Los tubos y accesorios de PVC deben llevar marcado lo siguiente:

• Marca comercial.
• Sigla PVC.
• Diámetro nominal.
• Presión nominal.
• Referencia a la norma UNE (53-112).

Uniones de tubería: Para el empalme de tubos y accesorios se emplean diferentes procedimientos:

• Uniones con adhesivo. En tubos de pequeño diámetro, el empalme se efectúa utilizando manguitos; para mayores diámetros se utilizan tubos ensanchados o abocardados en un extremo y biselados en el otro. Los extremos del tubo se limpian muy bien con un disolvente y a continuación se extiende el adhesivo. Las uniones pegadas se mantienen inmóviles hasta que haya transcurrido, como mínimo, una hora después del pegado.
• Uniones mediante accesorios provistos de rosca.
• Empalmes mediante uniones «Gibault», como se indicó para la tubería de fibrocemento.
• Uniones mediante abocardado y anillo de goma. Este sistema, de rápida ejecución, proporciona una unión estanca, a la vez que se absorben las dilataciones y contracciones de la tubería. Para facilitar el montaje se emplea un jabón que actúa de lubricante.

Hay que tener en cuenta las variaciones de longitud que experimenta la tubería cuando se modifica la temperatura; si la unión de los tubos se hace a rosca o con adhesivo se precisa hacer una unión con accesorio provisto de anillo de goma por cada tramo de 40-50 metros, con el fin de absorber las dilataciones y contracciones.

La unión de tubos de PVC con otros de fibrocemento o fundición se hace mediante unión «Gibault». Previamente hay que reforzar el extremo del tubo de PVC mediante un manguito, con el fin de que ambas tuberías tengan el mismo diámetro exterior.

Para reparar tubos con diámetro igual o inferior a 50 mm se utilizan manguitos pegados y ajustados por calentamiento. Los tubos con diámetro mayor se reparan con uniones «Gibault» y manguitos elásticos.

La tubería de PVC es relativamente frágil, por lo que conviene retirar las piedras del material de cubrición que se apoye sobre ella.

Los codos unidos mediante encolado admiten tracciones muy severas y sólo necesitan un anclaje muy somero en la bisectriz del ángulo. En cambio las uniones elásticas y mediante unión «Gibault» no admiten tracciones y hay que hacer un buen anclaje para evitar que las uniones se desacoplen.

Los tramos de tubería recta con una gran pendiente ascendente o descendente necesitan ser anclados cuando las uniones se hayan hecho mediante junta elástica, ya que la lisura del material puede originar resbalamientos. El anclaje se hace cada 3 ó 4 tramos, fijando una garra con abrazadera a un dado de hormigón.

Los tubos suelen presentarse en longitudes de 3 ó 6 m. El PVC es más barato que el PE para diámetros iguales o superiores a 50 mm.

Conducciones enterradas: Las zanjas tendrán anchura suficiente para que los operarios puedan trabajar en buenas condiciones, Se recomienda una anchura mínima de 40 centímetros además del diámetro del tubo.

En la apertura y relleno de zanjas se deberán observar las mismas recomendaciones que se indicaron para las tuberías de fibrocemento.