Procedimiento y máquina para revestir un tubo.

Procedimiento para reforzar un tubo cilíndrico empotrado (1) mediante la aplicación de un refuerzo estructural compuesto en el interior del tubo a través de una estratificación in situ de por lo menos una banda (3) de fibras de refuerzo y una resina o una matriz que incluye resina,

que comprende las etapas siguientes:

- aplicar dicha banda sobre un área de contacto (4) en una cara interior (2) de dicho tubo por medio de un elemento de contacto (40);

- desplazar dicho elemento de contacto (40) a lo largo de una trayectoria helicoidal, de tal modo que dicha área de contacto siga dicha trayectoria;

- desplazar un elemento de presión principal (50) por detrás de dicho elemento de contacto (40) a lo largo de dicha trayectoria, para aplicar presión a dicha banda (3) en un área de presión principal (5) separada de dicha área de contacto (4); y en el que:

- se alimenta con dicha banda (3) el área de contacto (4) de la cara interior (2) de dicho tubo a una primera velocidad de funcionamiento, V1;

- dicha banda (3) es presionada contra la cara interior (2) de dicho tubo en el área de presión principal (5) a una segunda velocidad de funcionamiento, V2; siendo dicha segunda velocidad de funcionamiento, V2, menor que dicha primera velocidad de funcionamiento V1 y por lo menos el 90% de V1.

Procedimiento y máquina para revestir un tubo.

La presente invención se refiere a procedimientos para reforzar tubos y en particular para la reparación de tubos empotrados.

Estos tubos pertenecen por ejemplo a una red de distribución de agua. En su forma más común estos tubos están constituidos por un montaje extremo con extremo de segmentos de tubo fabricados de hormigón pretensado y provistos de un diámetro relativamente grande de típicamente 0, 5 m hasta más de 6 m. El agua fluye a través de dichos tubos bajo una presión de hasta alrededor de 20 bar. Estos segmentos de tubo de hormigón pueden incorporar un cilindro de metal interior (recubrimiento) . El último, sin embargo, no está diseñado para soportar la tensión en términos de presión debido al fluido que fluye a través del mismo. Esta tensión es soportada por un refuerzo pasivo (una jaula de refuerzo cilíndrica prefabricada) o por el pretensado del hormigón. Este último se realiza por medio de cables enrollados en una espiral fuera del núcleo de hormigón del segmento de tubo. Durante la fabricación de este segmento su núcleo de hormigón es girado alrededor de su eje para recibir el cable el cual se verifica a fin de que esté bajo presión. Este cable se protege entonces contra la corrosión mediante la proyección de una capa complementaria de hormigón o mortero por encima de los veinte hasta los treinta milímetros.

La pared del tubo generalmente comprende:

- un núcleo de hormigón que incorpora un recubrimiento estanco constituido por un cilindro dúctil fabricado a partir de acero delgado (el denominado tubo cilindro empotrado) . El hormigón del núcleo se distribuye entre una capa interior de unos pocos centímetros de grosor la cual se sitúa en el lado al interior del tubo y una capa exterior más gruesa la cual en la mayor parte de los casos no está reforzada;

- el pretensado de los cables enrollados en una o dos capas alrededor del núcleo de hormigón;

- un mortero anticorrosión protector que rodea los cables a fin de neutralizarlos;

- una pintura o resina opcional y mejora la protección anticorrosión.

Los tubos de este tipo lo más frecuentemente están empotrados. Están expuestos a un riesgo de corrosión según la agresividad del entorno. La forma más común de degradación ocurre como sigue:

- migración de iones agresivos a través del mortero protector;

- corrosión de los cables pretensados;

- rotura de los cables pretensados y exfoliación local;

- exfoliación general del mortero exterior;

- desnaturalización de los cables y aceleración de la corrosión.

El proceso entonces se puede acelerar y puede conducir a la rotura del tubo. Procedimientos de detección magnética o acústica permiten que sean localizadas roturas en el cable y establecer el estado del tubo. Dependiendo del estado establecido se puede adoptar la decisión de la reparación.

La reparación en general se lleva a cabo desde el exterior. Nuevos refuerzos, pasivos o pretensados, se colocan alrededor del tubo a fin de zuncharlo. Véase por ejemplo la solicitud de patente internacional publicada como WO 03/014614.

Las reparaciones también se pueden llevar a cabo desde dentro incorporando en el interior del tubo un núcleo resistente para el propósito de restablecer la resistencia perdida a través de la rotura de los cables pretensados. Las reparaciones llevadas a cabo desde dentro generalmente son más caras. Las reparaciones de este tipo se llevan a cabo cuando los trabajos de excavación son imposibles o difíciles.

Las reparaciones desde dentro generalmente consisten en la colocación de un recubrimiento de metal en el interior del tubo. El intersticio entre el nuevo recubrimiento resistente y el tubo se llena con una lechada de cemento. Una dificultad es que un error local en la realización puede conducir a infiltraciones de agua en el intersticio inyectado. Esta penetración de agua puede causar que el núcleo de hormigón del tubo se vea sometido a presión y pueda hacer ineficaz el nuevo recubrimiento resistente. Esto resultará en un riesgo de rotura en el tubo fuera del nuevo recubrimiento.

Otra dificultad es que el nuevo recubrimiento de metal debe ser soldado in situ, tanto longitudinalmente como transversalmente. Unas soldaduras de este tipo son difíciles de realizar y controlar y pueden fallar conduciendo a una explosión del tubo reparado.

Cuando se repara desde dentro los refuerzos añadidos no se pueden pretensar. Cuando el tubo se somete a presión estos refuerzos sufren una cierta deformación elástica (incremento en su diámetro) la cual causa el agrietamiento del hormigón del núcleo del tubo. El hormigón se rompe atracción por una deformación muy pequeña, sin material que tenga la capacidad de soportar ninguna tensión significante para una extensión de este tipo. El agrietamiento del hormigón causa dos desventajas. Empeora la resistencia a la flexión del tubo y de ese modo su capacidad de resistir empujes asimétricos de la tierra. También permite que progrese la corrosión desde el entorno exterior hacia el interior del tubo. También permite que la corrosión progrese desde el exterior hacia dentro del tubo. Este riesgo causa una corrosión temprana del nuevo refuerzo si es de metal. Este problema a menudo conduce a abandonar las soluciones de reparaciones desde el interior con una base de recubrimientos de metal.

El documento de patente DE 2160144 da a conocer una máquina para el refuerzo de un lado al interior de un tubo según el preámbulo de la reivindicación 10.

Una solución alternativa da a conocer en el documento US 2005/0246995 A1 en donde se aplica un refuerzo estructural compuesto, a través de una estratificación in situ de por lo menos una banda de fibras de refuerzo y una matriz de resina, la banda siendo instalada según una trayectoria sustancialmente helicoidal a lo largo del lado interior del tubo.

Cuando el tubo se lleva de vuelta a servicio la presión del líquido aprieta las fibras de la banda la cual, si tiene las dimensiones apropiadas, será capaz de soportar la mayor parte de la tensión radial. La estructura compuesta evita los riesgos de corrosión que aparecen con las soluciones que utilizan recubrimientos de metal. La capa helicoidal permite que sea llevada a cabo la estratificación in situ del compuesto lo cual facilita la implantación y evita los problemas de la conexión estanca, la banda cubriéndose ella misma en cada vuelta.

Aunque este procedimiento para reforzar un tubo cilíndrico empotrado es muy eficaz, se ha observado que la aplicación de la banda de fibras de refuerzo puede ser difícil y consumir tiempo cuando se utilizan procedimientos normales tales como la aplicación manual de dicha banda.

Se ha observado por ejemplo que la banda se puede desprender localmente o arrugar cuando las condiciones de funcionamiento no son satisfactorias.

Un objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento perfeccionado y eficaz de aplicación de una banda de fibras de refuerzo en donde las condiciones de aplicación son seguras y se pueden controlar durante el proceso completo.

Este objetivo se alcanza por medio del procedimiento de la reivindicación 1 y la máquina de la reivindicación 10.

La invención por lo tanto propone un procedimiento para reforzar un tubo cilíndrico empotrado mediante la aplicación de un refuerzo estructural compuesto en el interior del tubo a través de una estratificación in situ de por lo menos una banda de fibras de refuerzo y una resina o una matriz que incluye resina que comprende las etapas siguientes:

- aplicar dicha banda sobre un área de contacto en una cara interior de dicho tubo por medio de un elemento de contacto;

- desplazar dicho elemento de contacto a lo largo de una trayectoria helicoidal de modo que dicha área de contacto siga dicha trayectoria;

- desplazar un elemento de presión principal por detrás de dicho elemento de contacto a lo largo de dicha trayectoria, para aplicar presión a dicha banda en un área de presión principal separada de dicha área de contacto.

Es posible de ese modo controlar cuidadosamente la condición de aplicación de la banda sobre la cara interior de un tubo.

Debido a las etapas sucesivas de contacto y presión de la banda, es posible en particular controlar el nivel de tensión en la banda durante el proceso de aplicación y evitar ventajosamente el desprendimiento o el arrugado local de la banda sobre la cara interior del tubo. La estratificación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para reforzar un tubo cilíndrico empotrado (1) mediante la aplicación de un refuerzo estructural compuesto en el interior del tubo a través de una estratificación in situ de por lo menos una banda (3) de fibras de refuerzo y una resina o una matriz que incluye resina, que comprende las etapas siguientes:

- aplicar dicha banda sobre un área de contacto (4) en una cara interior (2) de dicho tubo por medio de un elemento de contacto (40) ;

- desplazar dicho elemento de contacto (40) a lo largo de una trayectoria helicoidal, de tal modo que dicha área de contacto siga dicha trayectoria;

- desplazar un elemento de presión principal (50) por detrás de dicho elemento de contacto (40) a lo largo de dicha trayectoria, para aplicar presión a dicha banda (3) en un área de presión principal (5) separada de dicha área de contacto (4) ;

y en el que:

- se alimenta con dicha banda (3) el área de contacto (4) de la cara interior (2) de dicho tubo a una primera velocidad de funcionamiento, V1;

- dicha banda (3) es presionada contra la cara interior (2) de dicho tubo en el área de presión principal (5) a una segunda velocidad de funcionamiento, V2;

siendo dicha segunda velocidad de funcionamiento, V2, menor que dicha primera velocidad de funcionamiento V1 y por lo menos el 90% de V1.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la banda (3) está compuesta principalmente de fibras de carbono.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, en el que la banda (3) es un tejido, por ejemplo un tejido unidireccional.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de desplazamiento de un elemento de revestimiento (80) a lo largo de dicha trayectoria helicoidal y de revestimiento de la cara interior

(2) de dicho tubo con una resina o una matriz que incluye resina en un área de revestimiento por delante de dicha área de contacto (4) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de desplazamiento de un elemento de revestimiento (80) a lo largo de dicha trayectoria helicoidal y de revestimiento de la banda (3) previamente aplicada en dicha cara interior (2) de dicho tubo con una resina o una matriz que incluye resina en un área de revestimiento (8) por detrás de dicha área de contacto (5) y de aplicación de presión a través de un elemento de presión secundario (80) a dicha banda (3) en un área de presión secundaria (8) situada por detrás de dicha área de presión principal (5) .

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dicha segunda velocidad de funcionamiento, V2, es por lo menos el 95% de V1.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que V2 es del 98% al 99% de V1 y/o la velocidad de desplazamiento de avance a lo largo del eje del tubo, VF, del proceso de estratificación es gobernada por dicha segunda velocidad de funcionamiento, V2.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicha velocidad de desplazamiento de avance, VF, es aproximadamente:

VF = V2 * W/ (2n * R * N)

en la que W es el ancho de la banda;

R es el radio del lado interior de dicho tubo;

N es el número de capas de banda del refuerzo estructural compuesto.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de contacto (40) incluye un rodillo (41) , accionado por una rueda (42) que está en contacto con la cara interior (2) de dicho tubo antes de la

aplicación del refuerzo estructural compuesto y en el que la velocidad periférica (V1) de dicho rodillo (41) se incrementa en comparación con la velocidad periférica (V2) de dicha rueda (42) .

10. Máquina para el refuerzo de un lado interior (2) de un tubo cilíndrico empotrado (1) con un refuerzo estructural compuesto, comprendiendo dicho refuerzo estructural compuesto por lo menos una banda (3) de fibras de refuerzo y una resina o una matriz que incluye resina, comprendiendo dicha máquina:

- un elemento de contacto (40) capaz de aplicar la banda (3) a la cara interior (2) de dicho tubo;

- un elemento de presión (50) capaz de aplicar presión a dicha banda (3) contra la cara interior (2) de dicho tubo;

- un elemento de desplazamiento (20, 90) capaz de desplazar dicho elemento de contacto (40) y dicho elemento de presión (50) a lo largo de una trayectoria helicoidal;

estando dicho elemento de contacto (40) y dicho elemento de presión (50) desplazados angularmente (

() uno del otro; caracterizada porque dicha máquina está configurada de modo que:

- se alimenta con la banda (3) el área de contacto (4) de la cara interior (2) de dicho tubo a una primera velocidad de funcionamiento, V1;

- la banda (3) es presionada contra la cara interior (2) de dicho tubo en el área de presión principal (5) a una segunda velocidad de funcionamiento, V2;

y en la que dicha segunda velocidad de funcionamiento, V2, es menor que la primera velocidad de funcionamiento V1 y por lo menos el 90% de V1.

11. Máquina según la reivindicación 10, en la que dicho elemento de desplazamiento comprende un elemento giratorio (20) cuyo eje de giro (21) es desplazable, de modo que se corresponde con el eje longitudinal de dicho tubo, y un elemento de desplazamiento de avance (90) .

12. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en la que dicho elemento de contacto (40) y dicho elemento de presión (50) forman parte de una unidad giratoria individual (30) , comprendiendo dicha unidad giratoria

(30) un árbol (31) unido a un elemento giratorio (20) .

13. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende asimismo un elemento de revestimiento (80) , que comprende, por ejemplo, un rodillo de revestimiento (81) , capaz de revestir la cara interior (2) de dicho tubo, unido al elemento de desplazamiento y que está angularmente desplazado tanto del elemento de contacto (40) como del elemento de presión (50) .

14. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en la que dicho elemento de contacto (40) y/o dicho elemento de presión (50) están fijados a un árbol (31) a través de un brazo o brazos que se extienden radialmente (60) .

15. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, que incluye un elemento de desplazamiento de avance (90) el cual incluye una rueda de accionamiento (91) apta para entrar en contacto con la cara interior (2) de dicho tubo, siendo desplazada dicha rueda de accionamiento (91) por un motor (93) a través de un elemento de estabilización (95) .