Flotación de tubería de PEAD: ¿por qué se levanta una línea y cómo evitarlo?
Llega la lluvia por la noche, la zanja se inunda y a la mañana siguiente el tramo instalado está desalineado o literalmente flotando. Es uno de los incidentes más comunes en obra de drenaje, principalmente en época de lluvia, y casi siempre se le echa la culpa al material. La flotación de tubería no distingue materiales: todos los tubos flotan, sean de acero, concreto o plástico. Lo que los distingue es la forma de impedirlo: con el peso del relleno colocado a tiempo, con lastre sobre el lomo y, en diámetros grandes, perforando las corrugas para inundarlas.
Datos clave
- Qué la provoca: el empuje vertical ascendente del agua por debajo del tubo, que es más liviano que el agua que desplaza, por el principio de Arquímedes e independientemente del tipo de material
- No requiere manto freático: una lluvia intempestiva o fallas en algunas descargas bastan para inundar la zanja
- Qué lo impide: el peso del relleno colocado sobre la línea, no el peso del tubo, o un buen lastre en el tubo
- Regla de obra: nunca termine la jornada con la instalación ensamblada y sin atracar
- Preparación con manto freático: achique primero si es posible, lastre la tubería y acostille con grava en capas vibradas hasta 30 cm mínimo sobre el lomo del tubo, o hasta superar el nivel del manto freático, lo que sea mayor
- Preparación sin manto freático: acostille con el material especificado en el proyecto, compactando en capas de 20 a 30 cm, hasta 30 cm mínimo sobre el lomo del tubo
El origen de la flotación de tubería de PEAD: el principio de Arquímedes
La flotación de tubería de PEAD se explica con el principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido recibe un empuje vertical igual al peso del volumen de fluido que desplaza. Dicho en obra: el tubo es más liviano que el agua que desplaza. Si ese empuje supera al peso del tubo más el del material que tiene encima, la línea sube.
La cuenta es implacable. El peso propio de un tubo, de cualquier material, es una fracción pequeña del peso del agua que desplaza. Por eso lo que sostiene la línea nunca es el tubo: es el lastre, con las corrugas inundadas, o un relleno suficiente. Un tramo sin acostillar ni atracar no tiene con qué oponerse al empuje vertical ascendente.
Hay un segundo factor de la flotación de tubería de PEAD, propio del perfil corrugado: el aire atrapado en las corrugaciones. Ese volumen de aire funciona como flotador y suma empuje al del tubo. De ahí que en diámetros grandes se perforen las corrugas: no es para drenar, es para inundarlas y quitarles esa flotabilidad adicional.
El mito: “flota porque es de plástico”
Es la explicación más repetida en obra sobre la flotación de tubería de PEAD, y la más equivocada. El Manual de Instalación de Tododren lo señala sin rodeos: la flotabilidad no es exclusiva de los materiales plásticos ni de las instalaciones con mantos freáticos elevados.
Un tubo de concreto pesa más, sí, pero también desplaza más agua. La relación entre peso propio y volumen desplazado no cambia lo suficiente como para que el material resuelva el problema. La recomendación del manual es tajante y aplica a todos: se debe atracar la línea para cualquier tipo de tubería, no importa su peso, todos flotan. Y aun en el caso de que una tubería de concreto no llegara a flotar, el exceso de agua puede desalinearla y desensamblarla.
Y hay un segundo mito encadenado: creer que sin manto freático no hay riesgo. El manual advierte que se pueden tener problemas serios de flotabilidad incluso sin presencia de manto freático, por lluvias intempestivas que se precipitan sobre el sitio de instalación, o por descargas no selladas. Esa es la causa que más obras sorprende, porque no aparecía en el estudio geotécnico: apareció en un aguacero.
Relleno mínimo para evitar la flotación de tubería de PEAD
La protección contra la flotación de tubería de PEAD no se improvisa, se calcula. A modo de ejemplo, estos son rellenos mínimos calculados con una densidad de suelo de 2,080 kg/m³:
| Diámetro nominal mm (pulg) | Relleno mínimo de referencia (cm) |
|---|---|
| 300 (12″) | 35.5 |
| 375 (15″) | 45.6 |
| 450 (18″) | 55.7 |
| 600 (24″) | 71.0 |
| 750 (30″) | 91.2 |
| 900 (36″) | 106.6 |
| 1050 (42″) | 121.7 |
| 1200 (48″) | 137.0 |
| 1500 (60″) | 170.0 |
Conviene leer estos datos por lo que son: valores de cálculo bajo un supuesto de densidad de suelo, que van a variar de acuerdo con las características del material que se emplee. Si el relleno disponible es más ligero, si hay presencia de agua permanente o si las condiciones del sitio difieren, la cifra cambia. De requerirse, consulte a nuestro departamento de Ingeniería para realizar los análisis específicos de su proyecto.
Dicho eso, la lectura práctica es muy útil para planear el frente de trabajo: un colector de 36″ necesita poco más de un metro de cobertura para quedar seguro, y uno de 60″ necesita 1.70 m. Es decir, mientras más grande el diámetro, más tiempo permanece vulnerable el tramo instalado, porque tarda más en alcanzar su cobertura de seguridad.
No confunda tres tipos distintos de relleno
- Contra la flotación de tubería: el de la tabla anterior. Responde al empuje del agua.
- Bajo cargas de tráfico: corresponde a las cargas vivas a las que estará expuesto el sistema. Es otro criterio y otro número.
- Máximo y mínimo: el máximo corresponde a la carga muerta; el mínimo, al espesor necesario para dispersar las cargas vivas. Se recomienda siempre realizar el análisis de deflexión inicial o estructural del sistema, para lo cual puede consultar a nuestro departamento de Ingeniería.
Son tres verificaciones independientes que deben cumplirse a la vez. Cumplir una no exime de las otras dos.
Cómo evitar la flotación de tubería de PEAD, paso a paso
1. Atraque el mismo día que ensambla
Es la medida que resuelve la mayoría de los casos de flotación de tubería de PEAD, y es de gestión de obra más que de ingeniería: toda la línea instalada debe quedar debidamente atracada con material de relleno antes de dejar el frente. No se termina la jornada con tubo suelto en zanja abierta.
2. Tenga habilitados de antemano costales rellenos de arena o de producto de excavación
Cuando por tiempo no sea posible atracar el último tubo, coloque los costales en el interior y sobre el lomo del tubo. La palabra clave es prevención: ese lastre funciona si ya estaba preparado. Si hay que salir a conseguirlo al momento, puede ser demasiado tarde.
3. Abra zanja solo en la longitud necesaria
Lo suficiente para colocar uno o dos tramos, según las condiciones del terreno. Cada metro de zanja abierta de más es superficie expuesta a inundarse.
4. Coloque costaleras en la entrada y la salida de la línea
Esto no es contra la flotación, es para evitar el azolve. Una línea que se inunda arrastra tierra, y limpiar un colector azolvado antes de la prueba de hermeticidad cuesta días de obra.
5. Achique antes de lastrar
Si hay agua, la primera opción siempre es sacarla, no compensarla. Bombeo de achique, tablestacado y costaleras para detener el flujo. El lastre es el recurso cuando el nivel del agua no se puede bajar lo suficiente.
6. Verifique antes de retirarse del frente
Recorra la línea instalada y confirme que no queda tramo descubierto. Es un minuto de revisión que evita una jornada de reinstalación.
Instalación bajo manto freático o línea viva
Cuando el proyecto contempla nivel freático alto o instalación en línea viva, el riesgo de flotación de tubería de PEAD deja de ser eventual y el escenario cambia. El manual establece un procedimiento específico.
Reducir el nivel es siempre la primera opción
La forma más eficiente y recomendable de instalar una tubería es sin presencia de agua. Se emplea tablestacado y costaleras para detener el flujo o al menos reducir los niveles durante la instalación, y bombeo de achique para mantenerlos bajos.
Lastre con costaleras de arena
Si la presencia de agua es inevitable y los niveles no son lo bastante bajos, de tal manera que la tubería flota y dificulta el proceso de instalación, se recomienda usar costaleras de arena a modo de lastre, ya sea por el interior, sobre el lomo, o en ambas ubicaciones.
Perforación de corrugas en diámetros grandes
Es la forma de preparar el tubo contra la flotación de tubería de PEAD, haciendo que pese más: al perforar la corruga, el agua la inunda y ese volumen deja de comportarse como flotador. El objetivo es inundar la corruga, no drenarla.
En diámetros grandes se pueden perforar las corrugas en un patrón uniformemente distribuido en el perímetro de la sección transversal, a una distancia aproximada de 120°. Las perforaciones son circulares de mínimo 6.35 mm (1/4″) y se distribuyen de la siguiente manera:
- Una perforación en la parte superior del eje vertical.
- Una perforación en la parte inferior del eje vertical.
- Dos perforaciones laterales, a la altura del nivel del agua del manto freático.
Se debe tener cuidado de no perforar la pared interior. De esta manera, el agua entra por las perforaciones inferiores y expulsa el aire por la perforación superior, generando el lastre que contrarresta el empuje vertical ascendente del agua. El barreno atraviesa únicamente la corruga exterior, de modo que la hermeticidad de la conducción no se ve comprometida.
Acostillado con grava, en capas vibradas
Bajo presencia de agua, el material de protección en el acostillado debe ser un agregado manufacturado, con un tamaño máximo tal que quepa en el valle de las corrugas. Se acomoda simétricamente a ambos costados del tubo, en capas no mayores a 20 cm. Cada capa se vibra simultáneamente en ambos lados hasta lograr el reacomodo del material, evitando que los tubos se muevan.
Sujeción con varillas
Para la inserción del tubo puede ayudarse con el bote de la excavadora apoyado sobre el lomo, para mantenerlo bajo el agua hasta que termine el ensamble y se sostenga por sí solo sin flotar. Una vez insertado, se pueden colocar varillas —si el suelo lo permite— a cada lado de la tubería aproximadamente cada 2 m, flejando de extremo a extremo de las varillas con torzales de alambre recocido, para iniciar el acostillado con grava hasta completar el relleno inicial.
Si el suelo no permite la colocación de varillas verticales, también se puede recurrir a polines transversales colocados sobre el lomo del tubo y anclados en las paredes de la zanja.
La excepción del sentido de ensamble
Aquí hay un punto que sorprende a instaladores con experiencia. En condiciones normales el ensamble avanza de aguas abajo hacia aguas arriba y la espiga se inserta en la campana. En línea viva ocurre lo contrario: la colocación se hace de aguas arriba hacia aguas abajo, procurando que las campanas queden apuntando siempre hacia aguas arriba, de modo que por excepción la campana se inserta hacia la espiga.
Tranquiliza saber que la presencia de agua no afecta la hermeticidad de la unión, siempre y cuando se asegure que en la parte baja de la campana no se asienten lodos, piedras u otro material. El lubricante empleado es base agua, por lo que no genera ninguna reacción al contacto con el agua.
Emboquillado en pozos de visita
Debe hacerse con un mortero aditivo taponeador de fraguado instantáneo. De no contar con él, puede hacerse de manera provisional con yeso y posteriormente emboquillar con mortero base cemento, considerando que el yeso puede originar infiltraciones: aunque seca dentro del agua, absorbe humedad.
Productos Tododren para instalación bajo agua
TDR Ultra
TDR Ultra es la tubería corrugada de PEAD de doble pared, interior liso y exterior corrugado, diseñada para uniones 100% herméticas:
- Campana: bicapa, 10% más larga que la del mercado, con anillos externos de refuerzo co-extruidos.
- Un solo anillo elastomérico: sin aditamentos internos ni externos adicionales.
- Interior naranja: facilita la inspección de la línea, incluso en condiciones de baja visibilidad.
- Diámetros: 4″ (100 mm) a 60″ (1500 mm).
- Normas de fabricación: NMX-E-241-CNCP-2013, N CMT 3 06/10, AASHTO M 252 y M 294.
- Hermeticidad: conforme a NOM-001-CONAGUA-2011, de observancia obligatoria en México.
Lubricante base agua
La instalación bajo agua depende de un detalle que suele pasarse por alto:
- El lubricante marca Tododren es base agua: no reacciona al contacto con el agua de la zanja.
- Se prohíbe grasa automotriz o vegetal: perjudica el ensamble y degrada el empaque.
- Se aplica alrededor del empaque y en el interior de la campana, con las extremidades limpias.
Pruebas de hermeticidad en campo
Una vez atracada y rellenada la línea, corresponde verificarla:
- Prueba hidrostática a 0.5 bar o neumática a 0.3 bar, según los métodos establecidos en la NOM-001-CONAGUA-2011.
- Se realiza en tramos entre dos pozos de visita, con el concreto ya solidificado.
- La tubería se cubre con relleno en los centros y las juntas se dejan descubiertas.
- Equipos con certificados de calibración y cobertura a nivel nacional.
Qué se evita al prevenir la flotación de tubería de PEAD
- Reinstalación completa del tramo. Una línea que flotó pierde alineación y pendiente; no se corrige alineándola por palanqueo.
- Uniones abiertas. El desplazamiento vertical desacomoda la espiga dentro de la campana y compromete la hermeticidad.
- Azolve. La zanja inundada arrastra tierra al interior de la línea y obliga a limpiarla antes de la prueba.
- Retraso en el programa. Reinstalar y volver a probar un tramo cuesta días, no horas.
- Riesgo al personal. Trabajar en zanja inundada aumenta el peligro de derrumbes y socavaciones, con accidentes que pueden llegar a ser fatales.
Fabricación y garantía de calidad
Tododren fabrica tubería corrugada de PEAD en sus plantas de Huinalá, en Apodaca, Nuevo León, y de Colón, Querétaro. La producción cumple NMX-E-241-CNCP-2013 y N CMT 3 06/10, además de las especificaciones internacionales AASHTO M 252, AASHTO M 294, ASTM D3350, ASTM F667, ASTM F405, ASTM F477 y ASTM D3212.
Conviene distinguir dos planos normativos: NMX-E-241-CNCP-2013 y N CMT 3 06/10 rigen la fabricación del tubo, mientras que la NOM-001-CONAGUA-2011, Norma Oficial Mexicana de observancia obligatoria, rige la hermeticidad del sistema instalado. El cumplimiento de los lineamientos de instalación marcados en ASTM D2321 y AASHTO Sección 30 avala el correcto funcionamiento de la tubería.
Conclusión
La flotación de tubería de PEAD no es un defecto del material ni una fatalidad del terreno: es la consecuencia previsible de dejar una línea sin el peso que la sostenga. El agua no distingue entre PEAD, concreto u otros materiales, y no espera a que haya manto freático para aparecer. Basta con una lluvia o con descargas no selladas.
La medida que resuelve el noventa por ciento de los casos de flotación de tubería de PEAD no cuesta dinero: atracar el mismo día que se ensambla. El resto es procedimiento, y está documentado.
Preguntas frecuentes
¿Hay más flotación de tubería de PEAD que de concreto?
No en términos prácticos. La flotabilidad no es exclusiva de los materiales plásticos: un tubo de concreto pesa más pero también desplaza más agua. La recomendación de atracar la línea aplica a cualquier tipo de tubería, sin importar su peso.
¿Puede flotar la tubería sin manto freático?
Sí. Se pueden tener problemas serios de flotabilidad incluso sin presencia de manto freático, por lluvias intempestivas que inundan la zanja durante la noche. Es la causa que más obras sorprende, porque no aparece en el estudio geotécnico.
¿Cuánto relleno necesito para evitar la flotación de tubería de PEAD?
Los valores de referencia van de 35.5 cm en 12″ a 170 cm en 60″, calculados con una densidad de suelo de 2,080 kg/m³. Son valores de cálculo bajo un supuesto, no una limitante normativa: si el material disponible es más ligero o hay agua permanente, la cifra cambia y conviene consultar al área de Ingeniería.
¿Qué hago si no alcanzo a atracar el último tramo?
Coloque costales de arena o del producto de excavación en el interior y sobre el lomo de la tubería. Deben estar habilitados de antemano, porque la medida solo sirve si se aplica antes de retirarse del frente.
¿Para qué se perforan las corrugas?
Para inundarlas. El aire atrapado en las corrugaciones actúa como flotador y suma empuje; al perforarlas, el agua las llena y esa flotabilidad adicional desaparece. Se hacen perforaciones circulares de mínimo 6.35 mm distribuidas a 120° en el perímetro: una en la parte superior del eje vertical, una en la inferior y dos laterales a la altura del nivel del manto freático. El agua entra por las inferiores y expulsa el aire por la superior. Nunca se perfora la pared interior: el barreno atraviesa solo la corruga exterior.
¿El agua afecta la hermeticidad de la unión?
No, siempre y cuando se asegure que en la parte baja de la campana no se asienten lodos, piedras u otro material. El lubricante empleado es base agua y no genera ninguna reacción al contacto con el agua de la zanja.
¿Cambia el sentido de ensamble en línea viva?
Sí, y es la única excepción documentada. En línea viva la colocación se hace de aguas arriba hacia aguas abajo, con las campanas apuntando hacia aguas arriba, de modo que la campana se inserta hacia la espiga.
¿Qué material de acostillado se usa bajo agua?
Agregado manufacturado, gravas de 3/4″, acomodado simétricamente a ambos lados en capas no mayores a 20 cm, vibrando cada capa simultáneamente a ambos lados hasta lograr el reacomodo entre las corrugaciones.
¿Su proyecto tiene riesgo de flotación de tubería de PEAD?
El área de Ingeniería de Tododren brinda la asesoría específica según las condiciones de su obra: nivel freático, tipo de suelo, diámetros y programa de instalación. Escríbanos a soportetecnico@tododren.com o llame al 818 131 0100.
Conozca más sobre el tubo corrugado de PEAD TDR Ultra o lea nuestra guía sobre el ancho de zanja para tubería de PEAD.