La
sobrecarga
La tubería fue sujetada a 13 eventos
transitorios de la presión
entre el 6 y 11 de septiembre 1999 como resultado del cierre
rápido de las válvulas.
La presión del máximo y del mínimo de las
sobrecargas a lo largo de la tubería de agua tratada
de éstos se muestra en la
figura 1. El cierre rápido de válvulas fue causado
por un contador de tiempo que fue
fijado incorrectamente en un valor
prefijado de un minuto del cierre. El ingeniero había
especificado el tiempo correcto del cierre. El subcontratista que
proporcionó el contador de tiempo lo tenía fijado a
un minuto del cierre, esperando que el fabricante de la
válvula o el contratista fije el contador de tiempo
correctamente. En el apresuro para terminar el trabajo, el
reajuste del contador de tiempo fue olvidado.
Las posiciones de las válvulas, como funciones del
tiempo, registradas por el sistema de SCADA
fueron utilizadas para realizar el análisis hidrodinámico de los 13
acontecimientos transitorios. Los resultados indican que la
presión máxima a lo largo la mayor parte de la
tubería ocurrió durante acontecimientos durante las
11:09 y las 14:01 el 7 de septiembre de 1999 y el acontecimiento
de las 18:05 el 10 Septiembre de 1999. La presión de la
cual la tubería falló en el acontecimiento de la
sobrecarga el 11 de septiembre de 1999 estuvo acerca del 10%
más bajo que la presión máxima en el sitio B
y el 13% más bajo que en los sitios de falla del sitio
A.
Figura 1 del – diagrama
esquemático de las tuberías
Figura 2 – comparación de
la presión máxima de todas las sobrecargas y del
diseño
en trabajo
más la presión transitoria a lo largo de la
tubería tratada del agua.
La presión máxima estaba hasta cerca del
74% más alta que el diseño
que en trabajo más la presión transitoria cerca de
los tanques. La presión de la sobrecarga disminuyó
generalmente con distancia de los tanques. El aproximadamente 81%
de la tubería de agua tratada fueron aflojados más
allá del diseño en trabaja más el
límite transitorio de la presión de la
tubería. El subsiguiente cierre de la reexaminación
de los datos de SCADA
reveló que la presión registrada de la sobrecarga
por SCADA contuvo errores serios mientras que se confió en
la transmisión de radio de datos de
RTU a las jefaturas de SCADA. La transmisión de radio no
ocurrirá en caso de radio interferencia, y el sistema de
SCADA no pondrá al día la nueva posición de
la válvula. Por lo tanto, cuando la frecuencia de la
transmisión no es alta, los datos de SCADA dé un
aspecto de más longitud se rezagan tiempo en una
posición y un índice más alto del
cierre.
La tubería de agua cruda fue sujeta a los
acontecimientos transitorios de la presión como resultado
de disparar de las bombas numero 4 y
5 del 4 de agosto de 1999, y del análisis
hidrodinámico de éstos acontecimientos indicaron
que la presión transitoria máxima excedió el
funcionamiento del diseño en trabajo más la
presión transitoria de hasta el 54%.
Las lecciones aprendidas son que un esfuerzo se debe
ejercitar por los ingenieros para asegurar que las
tuberías no serán aflojadas durante el proceso de
corrosión. Confianza en los datos de
SCADA para el análisis del acontecimiento del poste pueden
dar lugar a las conclusiones incorrectas debido a
probabilidades de error en la transmisión de las
señales
de radio.
Evaluación
estructural de los efectos de la sobrecarga
Nuestra evaluación
estructural de la tubería aflojada fue realizada usando un
programa
comercialmente disponible de computadora
desarrollado por SGH para el diseño del concreto
pretensado la tubería de cilindro, y modificado para
computar estados límites de
presión no de fabrica que corresponde al límite de
las grietas de la base, límite de grietas en la capa,
límite elástico del alambre pretensado,
límite de la producción del alambre, producción
de acero del
cilindro, y límite de la compresión de la base.
Primero, el estado del
límite de presión no de fabrica fueron comparados
con la presión máxima de la sobrecarga
experimentado durante los acontecimientos del 6 al 11 de
septiembre de 1999 todos a lo largo de la tubería, y de
todos los segmentos de la tubería a lo largo de la
tubería donde una presión del estado en
límite fue excedida y están identificadas (figura
3). La condición prevista de la tubería en
cualquier momento a lo largo de la tubería estaba
determinada de los estados excedidos del límite. El
análisis similar fue realizado para la tubería de
agua cruda. La tubería interurbana de la distribución no fue aflojada.
Figura 3 – Radio de la
presión máxima de todos los acontecimientos de la
sobrecarga y diferente
presiones del estado
límite
De acuerdo con los resultados de la evaluación
estructural, cada tubería fue asignada una prioridad de la
reparación a partir de la uno a la cuatro. Las
tuberías de la prioridad 1 eran ésas aflojadas
más allá de su límites permisibles del
diseño y su capa de grietas límites. Si tales
tuberías fueran puestas en un ambiente
corrosivo, los alambres de pretensión se corroerían
y se romperían con el tiempo, y afectarían
así por el contrario la durabilidad de la tubería.
La protección catódica fue recomendada para tales
tuberías. Las tuberías de la prioridad 2 eran
aflojadas más allá de su diseño permisible
los límites, y con la presión alcanzaron muy cerca
del límite de capa para agrietarse. Si tales
tuberías hubieran estado aflojadas más allá
de sus límites permisibles del diseño, pero no lo
suficiente como para causar grietas en la capa. La capacidad de
la capa de proteger la pretensión de los alambres de la
corrosión no había sido comprometida. Las
tuberías de la prioridad 4 eran no aflojadas más
allá de sus límites permisibles. Los resultados del
análisis estructurales demostraron a eso cerca de 80.6% de
la tubería que se afloja más allá de sus
límites permisibles del diseño, en de los cuales
31.9% están Prioridad 1, 7.3% en la prioridad 2 y 40.6% en
la prioridad 3.
Inspección
y prueba
La inspección interna de las tuberías fue
realizada consistiendo en una inspección visual y prueba
de sonido de cada
tubería en las tres tuberías. Cada segmento de cada
tubería fue subdividido en sub segmentos, y un equipo de 3
a 4 personas examinó las tuberías en cada sub
segmento, y registrado las localizaciones y las dimensiones
relativas de sonidos huecos en áreas de la base interna,
grietas en la base interna, grietas y aberturas en los empalmes,
y otras anomalías. Los resultados de la inspección
interna indicaron lo siguiente:
− Aproximadamente 30% de la tubería de agua
tratada demostró las grietas internas, muchas
tuberías con grietas múltiples. Las grietas
internas decrecieron con distancia de los tanques, donde estaba
la presión de la sobrecarga en su máximo. Las
grietas internas estaban también observadas en la
tubería de agua cruda y en un grado inferior en el tronco
de la distribución tubería.
− Un total de 137 tuberías sonaron, 108 en
aguas tratadas, 17 en agua cruda (incluyendo una que tenía
una base interna rota con almádena, un área de
sonido hueco, y un cilindro de acero que en el inverso encontrado
reclinado sobre una roca), y 12 en la distribución del
tronco. Las áreas hueco-sonoras de estas tuberías
estaban bajo la forma de las vendas circunferenciales en 82
tuberías (del 62%), las áreas rectangulares
cercanas invierten o coronan adentro 34 tuberías (del
26%), y áreas rectangulares en otras partes alrededor de
la circunferencia de la tubería en 17 tuberías (del
13%).
− Las tuberías del sonido hueco se
distribuyen aleatoriamente entre las tres tuberías, con
ninguna correlación con el grado de la presión de
la sobrecarga más allá del diseño en trabaja
más la presión transitoria de la
tubería.
− Cerca de 1.40% de las tuberías en la
tubería tratada del agua, 1.35% de las tuberías
en
la línea de agua cruda, y 0.71% de las
tuberías en la línea de tronco de
distribución con sonido hueco.
La inspección externa fue realizada para
determinar la condición de la capa del mortero de la
tubería del punto del soporte de las grietas y
delaminación y la condición de la pretensión
de los alambre del punto del soporte de la corrosión y de
la pérdida de áreas representativas. La
inspección externa fue realizada en 110 tuberías en
la tubería de agua tratada sujetada a diversas presiones
máximas durante los acontecimientos de la sobrecarga de
del 6 al 11 de septiembre de 1999 y con diversas anomalías
observadas durante la inspección interna (2
tuberías con fallas, el 24 tuberías con sonidos
huecos con diversos niveles de las presiones de la sobrecarga y
grietas internas, y 84 tuberías de sonido hueco), 20
tuberías en la tubería de agua cruda, y 12
tuberías en la tubería interurbana de la
distribución. Durante estas pruebas, las
muestras de alambre pretensado fueron tomadas para las pruebas, y
las muestras de la capa del mortero fueron tomados para una
reexaminación petrográfica. Los resultados
demostraron las grietas de capa en una mayoría y una
delaminación en algo de sonido hueco del las
tuberías que se pusieron a prueba y la capa de grietas
(pero ninguna delaminación) fueron observados en algunas
de la tuberías con sonido hueco aflojadas más
allá de su presiones de capa del límite de la
grieta. Las grietas de capa y la corrosión del alambre
fueron observadas en la tubería que fallo y la
tubería adyacente en la falta del sitio A.
La prueba de presión hidrostática en una muestra de 15
tuberías fue realizada para determinarse su funcionamiento
cuando está sujetado al diseño en trabajo y trabajo
más niveles transeúntes de presión (figura
4). Las tuberías de muestra incluyeron las tuberías
aflojadas a diversos niveles concerniente a su diseño en
trabaja más las presiones transitorias (hasta 1.74 veces
el diseño en trabajo más la presión
transitoria), las tuberías con diversas grietas internas,
y tuberías sin anomalías con y sin historia de la sobrecarga.
De acuerdo con los resultados de estas pruebas, se determino que
las tuberías que fueron aflojadas más allá
de sus límites de diseño y tuberías con
grietas de capa internas y externas no desarrollen las grietas
anchas cuando está sujeto a su diseño en trabajo
más límites transitorios de la presión, y
puede permanecer así en la tubería si los efectos
nocivos de grietas de capa que existen pueden ser
evitados.
Figura 4 – prueba de
presión hidrostática de tubería de alto
afloje
La tensión del alambre fue medida por las pruebas
de la tensión del alambre en ambas tuberías de
sonido hueco y no-hueco. La tensión del alambre fue medida
en 16 tuberías (4 no aflojados y 12 se aflojaron por hasta
1.74 veces su diseño que trabaja más el
límite transitorio de la presión) que no exhibieron
el sonido hueco en la inspección interna de la
tubería, y determino que la tensión era adecuada en
todas las tuberías que fueron aflojadas más
allá de su límite del diseño. La
tensión del alambre también fue medida en 12
tuberías del sonido del hueco de las tres tuberías
(6 adentro Tubería de agua tratada, 4 en la tubería
de agua cruda, y 2 en tubería interurbana de la
distribución). De las 12 tuberías de sonido huecas,
7 no fueron aflojadas más allá de su diseño
que trabajaba más presión transeúnte (3 en
agua tratada, 2 en agua cruda, y 2 en tuberías
interurbanas de la distribución), cuatro fueron aflojados
por el hasta 14% más allá de su diseño que
trabajaba más la presión transitoria, y uno fue
aflojado hasta el 71% más allá de él es
diseño que trabajaba más la presión
transitoria (tubería C del desmontaje). Las pruebas de la
tensión del alambre se realizaron en toda la
demostración de las tuberías de sonido hueco con
tensión perceptiblemente más baja en las
áreas que suenan hueco, pero igual al diseño
tensión en las áreas de sonidos huecos, excepto en
una tubería (el desmontaje de la tubería C
discutido abajo).
La inspección de desmontaje de tres
tuberías de sonido-hueco removidas de la línea de
agua cruda en febrero y marzo del 2000 fue realizada en junio y
agosto de 2000 para ayudar a determinar la causa del sonido
hueco. En las tuberías del sonido hueco, un boquete de
aire fue
observado en el interfaz del cilindro de acero y de la base
concreta. En dos de tres tuberías con sonido hueco bajo la
forma de venda, muy de baja tensión en los alambres fueron
medidos de las pruebas de la tensión del alambre y de los
empalmes también observados cerca de los finales de la
venda de sonidos huecos. De hecho, una tubería
demostró un empalme en cada final del sonido hueco de la
venda. La tercera tubería de sonido hueco (tubería
C) no demostró bajo tensión en el alambre, pero
tenía una abolladura grande en el cilindro de acero, antes
de revestirla de concreto alrededor de esta para hacer la
base.
La prueba de la capa del mortero, alambres pretensados,
el cilindro de acero, y la base fue realizada en las muestras
recuperadas de los sitios de falla y en las tuberías
examinadas externamente y tuberías del desmontaje. Los
resultados de estas pruebas demostraron que la calidad del los
materiales
constituyentes probados eran de hecho adecuados.
Examen de la
condición
La tubería de agua tratada experimentó las
presiones de la sobrecarga que excedieron perceptiblemente el
diseño en trabajo más las presiones transitorias de
la tubería sobre ciertas piezas de las tuberías
durante el período entre el 6 y 11 de septiembre de
1999.
La ruptura de la tubería en el sitio B era debido
a una alta presión de la sobrecarga en una tubería
con a error de la fabricación en la forma de una falla en
el etiquetamiento una tubería de la clase 75 como
tubería de la clase 125 y instalándola en una zona
que requirió la clase tubería de 125 psi. En la
ausencia de los acontecimientos de la sobrecarga de del 6 al 11
de septiembre de 1999, esta tubería no se habría
quebrado inmediatamente debajo del diseño con
presión transitoria, aunque serían ciertos
daños (digamos grietas en la capa) probablemente. Las
grietas de capa habrían reducido perceptiblemente
durabilidad de la tubería. Las sobrecargas de
presión máximas experimentaron en el sitio A
durante los acontecimientos de 6 a 11 El septiembre de 1999 no
fueron lo suficiente altas para causar una ruptura en la
tubería. Por lo tanto, o hubo un error en la
fabricación o un daño al
mortero que cubría durante la instalación y eso dio
lugar a la falla de la tubería. Ni materiales del
diseño ni del componente de la tubería, incluyendo
la capa y los alambres, contribuyeron a las rupturas de estas
tuberías.
Además de las faltas en los
sitios A y B, los acontecimientos de la sobrecarga de del 6 al 11
de septiembre 1999 dieron lugar a presiones para sobrepasar el
límite de presión de la capa para agrietarse de la
pieza excesiva de la tubería. De acuerdo con resultados
hidrostáticos de la prueba de presión se
demostró que la tubería aflojada puede controlar
sus anchuras de la grieta cuando está sujeta a un
diseño en trabajo más presiones transitorias, un
plan
catódico de la protección fue diseñado para
prevenir la corrosión del alambre en áreas donde el
suelo sea
corrosivo y la tubería sea probable a tener grietas en la
capa.
Durante el curso de la inspección, muchas
tuberías con sonidos huecos fueron encontradas dentro de
la tubería. Las pruebas se realizaron en tales
tuberías que indicaron una muy baja tensión en los
alambres de pretensión en todos los casos pero uno, y
aquél fue asociado a una más grande que aceptable
abolladura en el cilindro de acero que existió a la hora
de la fabricación. Bajo la tensión fue medida con
probabilidad
casi igual en las tuberías se sonido hueco que no fueron
aflojados, las tuberías que fueron aflojadas ligeramente
en menos el de 14% más allá del diseño en
trabajo más los límites transitorios de la
presión de la tubería, y las áreas altamente
aflojadas de la tuberías. Por lo tanto, los
acontecimientos de la sobrecarga solamente no habrían
podido ser la causa de la tubería de sonido hueco, y de
baja tensión que existiría muy probablemente en los
alambres a la hora de fabricación.
La inspección del desmontaje demostró los
empalmes del alambre en los extremos de las tuberías del
sonido del hueco. Las localizaciones de estas especias sugieren
que el de baja tensión de los alambres en sonido hueco de
las áreas se habrían podido causar por las roturas
del alambre durante el proceso que de envoltura y la falla del
operador de la maquina del proceso de envoltura para reestablecer
la tensión completa en abrigos existentes del alambre.
Además, las áreas de sonido hueco rectangulares
fueron encontrados a relaciónese con las abolladuras o las
hebillas en su cilindro de acero, causando las grietas de capa y
separación en el interfaz del cilindro de acero y de la
base concreta.
Las lecciones aprendidas son las
siguientes:
− La tubería concreta pretensada
no es sensible a las sobrecargas. La tubería conserva
su capacidad de controlar las grietas de capa aun cuando
aflojadas más allá del diseño en trabaja
más límites de presión transitorios
del diseño. La capa de la grieta y la envoltura gruesa del
alambre del límite de la Tensión (es decir,
la presión que resulta en el límite elástico
de la tensión del alambre) como son calculados por
el UDP son bastantes conservadores. La delaminación de
capa no era observada. Por otra parte, las grietas
internas parecen ser más frecuente que lo calculado
por el UDP. Observe que no hay efecto deletéreo de grietas
internas.
− El sonido hueco, que se encuentra
típicamente en tuberías corroídas en estados
avanzados de degradación, pueden ocurrir debido a
las anomalías de la fabricación. Una tal
anomalía es pérdida de pretensión en el
alambre que resulta de roturas del alambre durante el
proceso de envoltura, y la otra anomalía es el cilindro de
acero abollado. Los procedimientos
actual de control de calidad y la práctica de la
industria que
prevalece en el concreto americano ejerza presión
sobre las plantas de
manufacturación limitan el tamaño de la abolladura
y requieren la reenvoltura de las tuberías que han
experimentado una quebradura del alambre durante el proceso de
envoltura.
− Las fallas anteriores de la mortalidad de las
tuberías son debidas sobre todo a la fabricación y
al error de instalación, tal como etiquetado
incorrecto.
Reparación
Un procedimiento de
reparación fue seleccionado para cada tubería de la
reparación basada en la protección catódica
de ánodos sacrificados del cinc en áreas donde el
suelo es corrosivo. La corrosión del suelo era determinada
por la prueba de resistencia del
suelo, las pruebas potenciales de la mitad de la célula,
y el análisis químico del suelo a lo largo de la
tubería. Los resultados de estas pruebas fueron utilizados
para identificar el área de corrosión donde es
necesaria la protección catódica si la capa de la
tubería tuviera grietas. Este procedimiento es más
rentable y el menos costoso para la reparación de la
tubería.
Para reparar las tuberías de sonido hueco,
diversas opciones de la reparación fueron evaluadas,
incluyendo post-tensionamiento, y el reemplazo (figura 5). La
opción menos costosa de el post-tensionamiento fue
seleccionado. Donde no estaba post-tensionamiento factible para
las tuberías de sonido hueco debido a la limitación
del espacio, ejemplo., excavación en roca o cerca de las
carreteras donde no había bastante sitio para la
reparación post-tensionamiento o debido a las limitaciones
en cuanto al tiempo, las tuberías fueron substituidas con
una pieza del cierre. Un total de 129 tuberías en La
tubería de agua tratada fueron reparadas o substituidas: 2
tuberías rotas fueron substituidas; 76 tuberías
sonido hueco fueron reparado por post-tensionamiento; 32
tuberías de sonido hueco fueron reparados por el
reemplazo; de las tuberías removidas de la tubería
para hacer pruebas, 17 fueron substituidas y 2 fueron reparadas
por post-tensionamiento. En el tronco de la distribución,
12 las tuberías de sonido hueco fueron reparadas por
post-tensionamiento. En la tubería del agua cruda, 16
tuberías de sonido hueco fueron reparadas por
post-tensionamiento y 1 fue reemplazada.
Figura 5 – Reparación de
la tubería con post-tensionamiento de los filamentos y
reemplazo de la tubería con una pieza de
cierre
Durante la inspección interna de la
tubería, los empalmes separados fueron encontrados, sobre
todo debido al efecto del empuje de la presión de la
sobrecarga cerca donde se dobla en empalmes incorrectamente
instalados mecánicamente. Estos empalmes fueron reparados
soldando la campana y los anillos de espita comunes
juntos.
− La lección aprendida de esto es
que las tuberias aflojadas de PCCP pueden ser rehabilitadas
con eficacia usando
protección catódica en áreas donde el suelo
sea corrosivo.
− La instalación incorrecta de los
empalmes mecánicamente hacen los empalmes susceptibles a
la falla en acontecimientos de la sobrecarga. Procedimientos de
instalación para empalmes de correaje mecánicamente
deben acompañar procedimientos estrictos de control de
calidad.
Reconocimiento
Los autores reconocen la ayuda de Advantica en el
análisis de la sobrecarga de esta tubería de la
corrosión de Russell en diseño del sistema de
protección catódico, y de M.J.
Schiff y asociados en las encuestas
sobre la corrosión.
Giuliana Myrick
Mehdi S. Zarghamee,
F. ASCE1
Rasko P. Ojdrovic,
M. ASCE2
1 Senior Principal, Simpson Gumpertz & Heger Inc.,
calle de 41 Seyon, construyendo 1,
Habitación500, Waltham, mA02453; PH (781) –
907-9000; FAX (781) –
907-9009, email:
2 asociado Principal, Simpson Gumpertz & Heger
Inc.,
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