Integridad estructural de tuberías para agua, gas y petróleo.

Las tuberías de plástico desempeñan un papel fundamental en las infraestructuras modernas y son esenciales para la distribución de agua, gas y petróleo. Su uso ha crecido exponencialmente debido a su resistencia a la corrosión, facilidad de instalación y larga vida útil. Sin embargo, para garantizar su funcionamiento seguro y fiable es necesario conocer a fondo los mecanismos de falla que pueden afectarlos. Nuestro grupo de investigación desarrolla metodologías experimentales y computacionales para estudiar los principales problemas de integridad estructural de las tuberías de plástico, como el crecimiento lento de grietas (SCG), la propagación rápida de grietas (RCP), el colapso por pandeo de los revestimientos termoplásticos y los parámetros óptimos de instalación.

Caracterización al crecimiento lento de fisuras y la propagación rápida de fisuras.

Las tuberías y componentes plásticos para distribución de gas natural se han utilizado de forma segura y exitosa en el mundo por varias décadas. Principalmente existen tres aspectos clave que se consideran para diseñar tuberías plásticas enterradas de gas natural a 50 años: fractura dúctil, crecimiento lento de fisuras -``Slow Crack Growth'' (SCG)- y propagación rápida de fisuras -``rapid crack propagation'' (RCP)-. La tendencia actual es generar nuevos grados de materiales que resistan 100 años. Esto exige la aplicación de metodologías de evaluación acordes.

Las metodologías de diseño utilizadas para prevenir las fallas asociadas sobrecargas de presión interna a corto plazo están normalizadas y muy estudiadas. Los dos mecanismos de falla primordiales sobre los que se trabajará en este proyecto son SCG y RCP sobre tuberías de polietileno (PE) incluyendo la influencia de soluciones tensioactivas -``eviromental stress cracking'' (ESC)-.

El SCG está asociado a la falla a largo plazo. Es un mecanismo de características cuasi-frágiles que ha sido la causa de la ruptura de muchas cañerías de PE en el pasado: la fisura se inicia en un punto de concentración de tensiones como un hueco, entalla o partícula de polvo y crece subcríticamente bajo los niveles bajos de tensiones que se producen durante el servicio.

Las fallas por RCP son muy poco frecuentes pero representan un riesgo potencial catastrófico. Este mecanismo se inicia con un impacto intenso y repentino sobre la tubería presurizada. Las fuentes pueden ser diversas: una excavadora, un pulso de presión, un error de manipulación, etc. Si las condiciones de operación y las características del material no son las adecuadas, esto puede derivar en una propagación rápida de fisuras (RCP) que puede alcanzar velocidades de hasta 300 m/s.

Los métodos típicos para caracterizar el comportamiento de las tuberías plásticas respecto a estos tipos de falla implican costos económicos altos y tiempos de ensayo muy elevados. Actualmente, dos de nuestras líneas de investigación más importantes se concentran en el desarrollo de metodologías simplificadas para la caracterización de tuberías plásticas según su resistencia al SCG y RCP.

Colapso por pandeo en liners termoplásticos.

La utilización de 'liners' termoplásticos es una técnica ampliamente difundida como método de protección anti-corrosión tanto en el transporte de agentes químicos agresivos como para la rehabilitación de cañerías existentes dañadas. La tecnología fue introducida hace más de 30 años tanto para el transporte de agua como de gas y petróleo y ha madurado hasta la actualidad mediante el uso de diferentes materiales, diseños y métodos de instalación.

Los ``liners'' pueden ser afectados significativamente en servicio por los hidrocarburos. Los componentes gaseosos presentes en el petróleo (CH₄ o CO₂) tienden a permear a través de la pared del polietileno en un tiempo relativamente corto. Esto resulta en un equilibrio entre la presión interna del 'liner' y el ánulo definido por la cara interna de la tubería metálica receptora y la cara externa del 'liner'. Estos esfuerzos radiales pueden generar un colapso por pandeo, un modo de falla muy habitual en 'liners' poliméricos.

El grupo cuenta con métodos y equipamiento propios desarrollados en el marco de una tesis doctoral para la caracterización avanzada y prevención de este tipo de fallas. El equipamiento emula el colapso por pandeo a escala laboratorio y funciona complementariamente con modelado numérico y constitutivo avanzados

Longitud admisible de instalación de liners

Dentro de los métodos de rehabilitación o protección de tuberías con 'liners' termoplásticos más frecuentes, pueden distinguirse dos grupos característicos: el 'sliplining' y el 'close fit lining'. El 'sliplining' es una técnica que consiste en la inserción de una sección de 'liner' de un diámetro externo menor al diámetro interno de la tubería receptora. Las ventajas de esta técnica son la simplicidad, bajo costo y corto tiempo de ejecución. Una vez realizada la excavación hasta la tubería metálica, las técnicas de inserción del 'liner' pueden ser tanto por empuje ('push') como por tirado ('pull').

Por otro lado, existen varias técnicas dentro de la categoría 'close fit lining'. Este término hace referencia a todas aquellas técnicas a partir de las cuales el ajuste resultante entre el 'liner' y la tubería receptora es estrecho.

Una línea de investigación en este campo es la determinación de la longitud admisible y los parámetros de instalación para evitar el deterioro de la línea. El grupo desarrolla métodos de medición experimental a escala laboratorio para obtener datos de fuerza de inserción, velocidad y grado de inserción. De forma complementaria se utiliza simulación numérica mediante el método de elementos finitos acoplada a modelos viscoplásticos constitutivos complejos