Página 1 Libro E-2-01-1 HISTORIAS DE CASOS DE POLÍMERO aplicaciones concretas en LOS EE.UU.: tuberías, pozos de visita, ESTRUCTURAS Gerhard Lang Dr.-Ing., MBA Amiantit Polycrete Meyer en EE.UU. Amitech RESUMEN: Mantener el ambiente limpio y sano es una tarea desafiante de los gobiernos y municipios de todo el mundo. La población mundial está aumentando y poniendo presión adicional sobre los inge- ingenieros y planificadores de agua potable y aguas residuales, especialmente en zonas de alta población. Solo la población de EE.UU. se estima que se duplique en los próximos 50 años. Los Estados Unidos está gastando enormes esfuerzos para cumplir con regulaciones ambientales más rígidas para el bien de las generaciones futuras. La crítica situación de los sistemas de alcantarillado en algunas zonas ha llevado a la replanteamiento del proceso de selección de materiales, especialmente para proyectos de alcantarillado. La protección del medio ambiente Agency (EPA), que ha hecho investigaciones intensivas está desempeñando un papel destacado en este proceso. Servicio estimaciones de por vida y enterrado cálculos de gestión de activos son cada vez más importante que minimización de los costos de construcción de miope. De larga duración, la corrosión y resistente a la abrasión materiales como el Hormigón Polímero son cada vez más del enfoque de los diseñadores e ingenieros. Hormigón Polímero es un producto inerte que se puede convertir en casi cualquier forma. Productos como las tuberías por el hombre agujeros y las estructuras se utilizan para las instalaciones de un nuevo colector y el revestimiento segmentaria para la rehabilitación pro- proyectos. hormigón polímero ha probado con éxito durante los últimos 30 años en todo el mundo. La primera aplicación en los EE.UU. fue en 1996, en Fremont California. Desde entonces, más de 80.000 pies de Polímeros tubos de hormigón se ha instalado en el mercado de EE.UU. de alcantarillado. El enorme interés de los propietarios y ingenieros sentó las bases para una planta de producción que se construirá en los EE.UU. a principios de 2003. 1. LA HISTORIA DE Hormigón Polímero de hormigón polímero se han utilizado durante décadas en la construcción de ingeniería como la máquina fundaciones, en el sector de la construcción de los productos de fachadas y piezas sanitarias, en ingeniería eléctrica de dispositivos de aislamiento y, sobre todo en la industria química para todo tipo de conductos, debido a su favorable

propiedades, especialmente su resistencia a la corrosión, así como su fuerza y elasticidad. El desarrollo de productos de hormigón polímero, en su mayoría de tuberías, se remonta a principios de los años 1960 `s. El ob- jetivo era lograr un aumento sustancial de la resistencia al ataque químico desde el interior y hacia fuera- lado y la fuerza con respecto a las tensiones internas y de las cargas externas, pero conserva el eco- nomico ventajas de la tubería como parte terminó prefabricados. Con el desarrollo de tecnologías sin zanjas (microtunneling y el tubo de apoyo para el gato) en 1970 `s, de polímeros tubos de hormigón se hizo popular en especial por los propietarios y los ingenieros de sistemas de alcantarillado en Europa. En 1996 hormigón polímero fue usado por primera vez en los EE.UU. Hasta la fecha, más de 80.000 pies de hormigón polímero tuberías han sido instaladas en los Estados Unidos. En los últimos años los procesos para la producción y fabricación de productos de hormigón polímero, como tuberías, pozos de visita y las estructuras han sido divertido- damentally mejorado, y ahora están disponibles como una alternativa económica a los productos como RCP espe- especialmente en aplicaciones de alcantarillado. Sociedad Americana del Norte para la Tecnología sin zanja (NASTT) NO DIG-2005 Orlando, Florida 24-27 abril, 2005

Página 2 Libro E-2-01-2 2. EL MATERIAL Y SUS BENEFICIOS hormigón polímero termoestable consiste en resina de poliéster insaturado, relleno de sílice, arena de cuarzo y agregados con una gradación de 0-2mm, 2-8mm y 16mm-8. Todos los materiales son inertes y resistentes a la ataque químico. La resina poliéster es el agente de unión entre los agregados minerales. A diferencia de cemento portland en los productos de hormigón de cemento, resina de poliéster constituye un fuerte vínculo constante con los agregados clasificados de manera uniforme. La curva granulométrica es cuidadosamente ajustado para maximizar el material característica. Figura 1: curva granulométrica del árido Durante el proceso de mezcla, la resina de alta viscosidad penetra en los poros capilares del secado al horno cuarto minerales. Los agregados incorporar la resina para formar una unión duradera. En cemento con-

crete estos vacíos capilares están llenos de agua y por lo tanto el cemento en forma consistente de bonos no con los agregados. hormigón de cemento sin refuerzo sólo puede soportar fuerzas de compresión. La tensión, doble- y fuerzas de cizallamiento ción tiene que ser transferido por el refuerzo de material como las barras de acero o de fibras de acero. En Para iniciar el refuerzo de un movimiento relativo entre la matriz de hormigón y la rienda- forcement bar tiene que tener lugar. Este movimiento lleva a minuto grietas en el hormigón. Estos grietas son puntos de acceso para el ataque corrosivo sobre el refuerzo. El tamaño y el importe de la grietas son una función de la carga, material de refuerzo, el espaciamiento y las dimensiones. hormigón de cemento está diseñado para tener grietas. Cada sola grieta comprende una zona de falla potencial en hidrógeno sul- o solución salina ataque fe. hormigón polímero no está diseñado para tener grietas. Debido al mecanismo de unión de la resina y el agregados de cuarzo se evitan las grietas. Este mecanismo de unión de polímero proporciona productos de hormigón su comportamiento material superior. Figura 2: Características físicas y mecánicas del hormigón polímero Propiedad Valor Método de ensayo Strength13 compresión, 000 psi 90 N / mm 2 ASTM C 579, Método B Módulo de flexión de Elasticity4.0 x 10 ^ 6 psi 28.000 N / mm 2 ASTM D 790 Resistencia a la tracción 870 psi 6,0 N / mm 2 ASTM D 638 Anillo de resistencia a la flexión a la tracción 2.900 psi 16,0 N / mm 2 ASTM D 790 Coeficiente de dilatación térmica lineal 10 y 20x10-6 en / ° C DIN 53752

Resistencia a la abrasión 6,56 x 10-3 m 0,2 mm Darmstadt Procedimiento (100.000 ciclos) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.075 0,15 0,3 0,6 1,18 2,36 4,75 9,5 19 25 Diámetro [mm] perc enta ge por wei GHT pas s yo ng t h e t est tamiz conf orm yo ng [ % ]

Página 3 Libro E-2-01-3

de resina de poliéster es un plástico termoestable que esté completamente curado después de la polimerización química proc- ess. Durante este proceso de curado tres rejillas molécula tridimensional se forman. A diferencia de los termoplásticos como por ejemplo PE y PVC, poliéster de resina reacciones dentro hormigón polímero no puede ser revertida. En función de ción sobre el grado de ataque químico, vinilo éster o resina epoxy puede ser utilizado en lugar de poliéster resina. La vinculación y mecanismo de falla es idéntico. Debido a la alta resistencia química, especialmente la resistencia contra el sulfuro de hidrógeno, polímeros con- productos de hormigón han hallado gracia en la rehabilitación de alcantarillado y proyectos de instalación. Las propiedades físicas incluyendo la elevada rigidez y resistencia a la compresión hace que los valores de los tubos de hormigón polímero ideal de tubería de elevación y las operaciones microtunneling. Pasos de hombre y las estructuras de completar la línea de productos para nuevas instalaciones de alcantarillado y el polímero segmento revestimiento de hormigón prefabricado con fines de rehabilitación (ver el capítulo 5) y grandes aplicaciones de túneles. 3. EL PROCESO DE PRODUCCIÓN de hormigón polímero son productos prefabricados que se producen de acuerdo con las siguientes proceso de producción. Figura 3: Proceso de producción Las materias primas de resina de poliéster, relleno, arena, áridos, aditivos y se mezclan de acuerdo con pre- recetas determinado en la planta de producción. La receta y la mezcla es controlada por ordenador y específi- mente ajustada a las necesidades concretas de polímeros. Después de mezclar el polímero lote concreto es trans- portado en tolvas especiales de la estación de moho en la zona de moldeo, donde se estudió minuciosamente preparada en el molde. Dependiendo del tamaño del polímero producto concreto tolvas se necesitan varios. Durante el llenado del molde, controlado vibradores equipo en los diferentes niveles del molde garantizar la compactación adecuada del material. Pocos minutos después el molde se llena la primera fase de la curación comienza el proceso. Es un proceso endotérmico que dura sólo unos minutos. Durante estos minutos, el las ganancias producto de la aplicación. 70% de su resistencia final. Una hora después de comenzar a verter, dependiendo del tamaño de la molde, el producto se retira del molde y envió al horno túnel. En el horno túnel de la segunda

proceso de curado se inicia. Es un proceso endotérmico en la vinculación transversal del proceso químico- reacción de cal se ha completado. Este proceso dura más de 5-6 horas. A las pocas horas un completo concretas de productos de polímero se produce con todas sus propiedades físicas y químicas final. Dependiendo de la línea de productos de trabajo de acabado adicional tiene que llevarse a cabo. En la producción de tubos proceso, por ejemplo, el tubo de extremos superiores se muelen en una máquina de fresado después del horno túnel. El cuadratura logrado de los extremos del tubo es especialmente necesaria para las operaciones de apoyo para el gato de tuberías. Adicional empaque e instalación de acoplamiento se sigue ante la tubería se prepara para su envío. Pasos de hombre y Las estructuras son epóxido y unidas entre sí según las necesidades del cliente. (Véase el capítulo 5) El proceso de producción es monitoreada de cerca para garantizar la calidad del producto. Este proceso se inicia con el ingreso de materia prima controles y termina en el control de calidad final antes del envío. Numerosas pruebas necesarias para recabar el máximo nivel de calidad. 4. Instalaciones de producción en Europa y EE.UU. Meyer Rohr und Schacht GmbH de Alemania es uno de el primer productor de hormigón polímero pro- ductos en todo el mundo. Hasta la fecha más de 250 mil toneladas de Meyer Polycrete ® Los productos se han pro- ducidos y suministrado con éxito en todo el mundo. Fundición Casting y y Curación Curación Embalaje Envases y y envío envío Moldpreparation Moldpreparation Acabado y y asamblea asamblea Templado El temple y

y después de curado curación Calidad Control de calidad control Mezcla Mezcla Fundición Casting y y Curación Curación Embalaje Envases y y envío envío Moldpreparation Moldpreparation Acabado y y asamblea asamblea Templado El temple y y después de curado curación Calidad Control de calidad control Mezcla Mezcla

Página 4 Libro E-2-01-4 Desde el año 2003 un adicional Polycrete Meyer ® planta de producción se ha establecido en los Estados Unidos Los Estados. Es propiedad de Amitech EE.UU. a un miembro del Grupo Amiantit. 5. LOS PRODUCTOS hormigón polímero se puede convertir a casi cualquier forma. Debido a la creciente demanda de productos químicos resistentes productos en los sistemas de alcantarillado en todo el mundo los siguientes productos se han convertido en el principal motor

en el mercado de hormigón polímero. 1. Tuberías para microtunneling y zanja las aplicaciones abiertas 2. Pasos de hombre 3. Estructuras 4. revestimiento segmentario con fines de rehabilitación 5. Atornillada y sellada segmentos para un pase de efecto túnel (de desarrollo) Para fines de rehabilitación de sistemas de alcantarillado existentes, forro segmentaria ha demostrado su eficacia en Europa. 5,1 TUBOS DE ZANJA Y APLICACIONES MICROTUNNELING ABIERTO Pipes se puede convertir en diferentes formas, diámetros, espesores y longitudes según el sitio de trabajo re- requisitos. Las más comunes son circular, la forma de huevo y los perfiles de forma cometa. Los tubos pueden ser utilizados en entierro directo o aplicaciones sin zanja. La compresión de propiedad de alta resistencia de hormigón polímero beneficios de la tubería gato operaciones. La superficie exterior lisa y no absorbente comportamiento del agua minimiza y maximiza las fuerzas de apoyo para el gato gato longitud. Un elemento nuevo es la forma de cometa de perfil que combina los beneficios del huevo y la forma circular perfiles. Proporciona velocidades de flujo más alta debido a la radio más pequeño en la línea de flujo de la tubería que disminuye el riesgo de los depósitos y minimiza el esfuerzo de mantenimiento para el propietario. Figura 4: forma Kite tubería Para la aplicación zanja abierta, además de la de tubo circular, la forma de huevo y los tubos forma de arco se encuen- cados. Figura 5: forma de huevo enterrar tubería directa

Página 5 Libro E-2-01-5 5,2 Pozos de visita El concepto de diseño cuando pozos de registro de fabricación en hormigón polímero es la construcción de un completo la corrosión y resistente a prueba de fugas del sistema junto con los tubos de hormigón polímero para el drenaje de de aguas residuales. El beneficio de un sistema completamente prefabricados es que tanto trabajo como sea posible se transfiere de la obra de construcción de la planta de fabricación. Pozos de visita son fácilmente transportables y capaces de se está instalando en una sola pieza y son suministrados al contratista con dimensiones correspondientes a las re-

longan las adquiridas a la obra. Hoy incluso complicados con muchos pozos de visita variadas conexiones de las tuberías, paredes verticales configuraciones, curvas del canal, internos y externos gotas inferior se puede entregar en el lugar listo para la instalación, en pocos días. La parte inferior de la boca de inspección consta de una sola pieza y la parte que sobresale sirve como un porcen- resistencia a la flotabilidad determinados. Todos los tipos de tuberías con los accesorios adecuados para el tipo respectivo de tubo puede estar conectado a ella. pasos de hombre o de las escaleras se pueden instalar fácilmente en la pared en la boca de inspección la planta. Figura 6: Ejemplo de un diseño de pozo de visita 5,3 ESTRUCTURAS Estructuras tales como cajas rectangulares con las mismas propiedades y los requisitos de pozos de visita redonda se pueden diseñar fácilmente. Los elementos de diseño antes se componen de paredes rectangulares o cuadradas y placas base. Para efectos de transporte de la estructura diseñada se divide en unidades transportables. Estas unidades son epóxido y unidas entre sí para convertirse en un agua fuerte estructura más ajustada en el lugar de trabajo. Figura 7: Ejemplo de un diseño de estructura

Página 6 Libro E-2-01-6 5,4 POLÍMERO FORRO dovelas con fines de rehabilitación La rehabilitación de líneas de alcantarillado existentes es un mercado creciente y significativo en los EE.UU. y en todo el mundo. Varias tecnologías se han desarrollado para proteger la estabilidad estructural, pero corroído severamente alcantarillas contra la destrucción en su mayoría por ataques de sulfuro de hidrógeno. Una solución viable como es la instalación posterior de los paneles de hormigón polímero en la superficie interna de la alcantarillado. Después de la limpieza del alcantarillado de la forma exacta del perfil de la alcantarilla está determinado por tres dimensiones topografía a través de mediciones con láser teodolito. Utilizando esta tecnología, una imagen exacta de lo real situación en la alcantarilla puede estar predeterminado. Sobre la base de que los datos de la superficie interna de la rehabilitación la cloaca se divide en secciones transversales de rehabilitación. Por cada sección especial de hormigón polímero paneles están diseñados y producidos. y el transporte equipo de manipulación de túnel se utiliza para colocar el

paneles en la posición predeterminada, antes de cada panel es epóxido el uno al otro. El resultado final es una de larga duración resistente a la capa de protección contra la corrosión de la tubería de drenaje de acogida. Figura 8: ejemplo de rehabilitación Circular epóxido lengua y ranura de segmentos se han utilizado para la sustitución de un ladrillo alcantarillado en Alemania (suelo condiciones estables). Figura 9: Circular Hormigón resina epóxido lengua y ranura segmentos 5,5 Y SEGMENTOS ATORNILLADA sellada para el segmento en construcción de túneles Un desarrollo reciente es la atornilladas y con juntas de polímero segmento concreto para pasar un túnel aplicaciones. Reconociendo la debilidad de hormigón de cemento en sulfuro de hidrógeno ataque, el cemento portland segmentos de concreto sólo puede ser utilizado como estructura de apoyo para el segmento de construcción de túneles en los no condiciones del suelo cáustica (solución salina, de azufre). La construcción tradicional se divide en dos fases. La primera fase es la construcción del túnel de dovelas. La segunda fase de construcción es el más in- lación de un revestimiento resistente a químicos o la aplicación de una capa separada, así como la instalación de oleoductos secundarios para el transporte de los tubos de desagüe y para proteger la estructura básica.

Página 7 Libro E-2-01-7 Con segmentos túnel de hormigón polímero de estos costes y el consumo de las medidas de tiempo se pueden evitar. Figura 10: Hormigón resina sellada y segmentos atornillados para el segmento de construcción de túneles Los beneficios adicionales son los túneles distancias ilimitadas en comparación con el limitado apoyo para el gato dis- distancias y reducir el riesgo de los asentamientos debido a la instalación inmediata y detrás de la lechada Tuneladora. 6. HISTORIA DEL CASO DE POLÍMERO aplicaciones concretas EN LOS EE.UU. 6.1 LA PRIMERA Hormigón Polímero GATOS aplicaciones de tuberías EN LOS EE.UU. tubería de hormigón polímero fue usado por primera vez en los Estados Unidos en California en 1996, en el Boule-Peralta Vard Alcantarillado del proyecto de sustitución, en Fremont California. hormigón polímero fue utilizado con éxito para

completar el trabajo después de dos intentos fallidos para impulsar el uso de microtúneles paredes de barro vitrificado de espesor tuberías. No en ese momento se atribuyó a una longitud de campaña sin precedentes de más de 320 pies y el presencia de guijarros y cantos rodados en las secciones de la unidad. El tamaño de la tubería de 24 pulgadas hecho el uso de estaciones interjacking y lubricación adicional a través de la bentonita pipas de arcilla imposible. Después de un amplio proceso de colaboración entre el propietario (Unión del Distrito Sanitario), ingeniero de diseño (Montgomery Watson), contratista general (Cascade Inc. Montaña), Microtunneling Contratista (Nada Pacífico), coordinador del proyecto (ciudad de Freemont), consultor de gestión de la construcción (O `Brien Kreitz- berg), junto con Jacobs asociados que proporcionan asistencia técnica y servicios de ingeniería de campo- vicios, tubos de hormigón polímero fueron elegidos para el resto de crítica MTBM unidad N º 4. Después de la llegada de las tuberías de hormigón polímero de Meyer Rohr und Schacht fuera de Alemania el 25 de julio º la primera unidad de 362 pies se completó en tan sólo 2 días sin ningún problema. El exitoso prueba de presión sentó las bases para un mayor éxito en los EE.UU.. 6,2 RECIENTES APLICACIONES DE HORMIGÓN POLÍMERO PIPE EN LOS EE.UU. Hasta la fecha más de 80 000 pies de tubos de hormigón polímero se instalan en los sistemas de alcantarillado de América. o .... o Troncal de Alcantarillado Alvarado CA, fase 1: 4720 pies de 24 ", de 400 pies de 21", tubo de apoyo para el gato o Troncal de Alcantarillado Alvarado CA, fase 2: 1280 pies de 36 "gato tubería o Fair Oaks CA, 2660 pies de 27 "gato tubería o Jeffrey Carretera Troncal de Alcantarillado CA, 2290 pies de 36 "gato tubería o Kainehe St., Oahu HI: 2220 pies de 36 "gato tubería Madison Avenue o la Estación de Bombeo de CA, 450 pies de 36 "gato tubería o Meridian Avenue FL, 740 pies de 60 "gato tubería

Página 8 Libro E-2-01-8 6,3 El primer polímero APLICACIÓN boca de inspección concreta EN LOS EE.UU. Grand Rapids, Michigan La primera aplicación de hormigón polímero de pozos de visita en los Estados Unidos fue en Michigan en 2002. El

boca de acceso se ha instalado como una boca de inspección de prueba en un sistema de fuerzas principales de la ciudad de Grand Rapids. Fue 48 "de diámetro y una longitud de aprox. 15 pies. Sirvió como un buzón de inspección de la cañería de desagüe 10 pulgadas hecha de hierro dúctil. Sustituyó a una alcantarilla de concreto corroído. Figura 11: boca de inspección en los EE.UU. En primer lugar la sustitución de una alcantarilla de concreto El dueño y el contratista estaba impresionado por la alta resistencia a la corrosión, vida útil larga y el fácil manejo en comparación con el estándar de pozos de registro de hormigón. La boca de acceso se instaló dentro de sólo unas pocas horas debido a la configuración modular de hormigón polímero sistema de pozos. 6,4 Boca de inspección reciente aplicación EN LOS EE.UU. Hasta la fecha más de 3,000 pozos de visita de polímero de hormigón se han instalado en los EE.UU. de alcantarillado siste- TEM. Davis o Bienes VA, 2x78 "13ft/15ft largo o de Puerto MD Salomón ", 78, 15 pies de largo o 47 º Street-Washington van Buren de CA ", 2x60, mucho 14ft/15ft o el condado de Kent MI, 48 ", 12 pies de largo o Prospect Point MI, de 48 años ", 11ft de largo o NASA Glenn Research Center OH, 48 ", 12 pies de largo 6,5 El primer polímero de estructura de hormigón APLICACIONES EN LOS EE.UU. Leesport, Pennsylvania: TWP Ontelaunee Autoridad Municipal La fabricación de las primeras estructuras de hormigón polímero de la Plaza (Meyer Polycrete) comenzó a principios de septiembre- tiembre de 2004 y estaba listo para su envío a mediados de mes. Las estructuras miden 85 "dimensiones interiores sión. Bueno mojado # 4 tenía una altura de 15'7 completado ", mientras que húmeda Pozo # 7 fue 13'7". Debido a la limitación de envío- tas, las estructuras fueron fabricados en dos secciones que incluyen una base y la sección vertical. Figura 12: Instalación de la primera estructura en EE.UU.

Página 9 Libro E-2-01-9 Una vez finalizado el proceso de diseño, la construcción de las formas y posterior vertido de los paneles individuales se inició. Las estructuras fueron fabricados con una sección de la base y cuatro secciones de pared por separado. Una vez que la prueba

en forma, las piezas de estructura de caja fueron atornilladas y epóxido juntos en preparación para el transporte. Los dos cuadrados originales estructuras fueron cargados y enviados a Ontelaunee en septiembre de 2004 y que estaban listos para su instalación por Mazzuca Enterprise, Inc. a finales de ese mes. Representantes del Ayuntamiento, contratista, empresa de ingeniería, y Amitech EE.UU. estaban en el sitio de la palada inicial y la instalación. La instalación de mojado Pozo # 4 concluyó con éxito en septiembre de 2004 y húmedo Pozo # 7 se completó seis semanas más tarde. 7. CONCLUSIÓN Los requisitos de los sistemas de aguas residuales han cambiado drásticamente durante las últimas décadas. El de aguas residuales de la industria ha buscado durante mucho tiempo los materiales de tuberías que son de alta resistencia a la corrosión y resistentes. Durante muchos años, los propietarios tenían pocas opciones a considerar al seleccionar material de la cañería para la medio ambiente de alcantarillado duras. Los ingenieros y los propietarios están exigiendo sistemas de tuberías que cada unidad y rior de durabilidad estructural, resistencia a la corrosión, libre de juntas de fugas, así como del medio ambiente y la instalación atributos ambiente. Con casi un cuarto de siglo de experiencia, hormigón polímero es una de las principales productos utilizados en el mundo de microtunneling y el tubo de apoyo para el gato, así como pozos de registro prefabricados y estructuras. Los beneficios de este producto a los propietarios y los contratistas son los siguientes: Material resistente a la corrosión • Alta resistencia química - (pH 1,0 a 10) • No hay necesidad de revestimientos, recubrimientos, protección catódica, envolturas, o protección contra la corrosión de otros • diseño de muros homogéneos con los materiales inertes de 100% • servicio de duración máxima - (proyectado más de 100 años) Resistencia excepcional Atributos • Alta resistencia a la compresión - (13.000 psi) • Flexión material de la tubería rígida con cierta elasticidad • Reducción de la sensibilidad el punto de carga y el riesgo de rotura local Ideal Características de rendimiento •

Excelente resistencia a la abrasión • apretada material de agua y sistema de articulación para eliminar la infiltración o exfiltración • Suave y uniforme, no porosa interior de tubos de superficie - Mantenimiento mínimo esfuerzo Microtunneling y Pipe Jacking Ventajas • Las fuerzas superiores de apoyo para el gato ya las unidades y una mayor flexibilidad durante la construcción. • Paralelo (Plaza) extremos de la tubería para la distribución uniforme de la carga durante el gato. • Suave y uniforme, no porosa superficie exterior de tuberías - Reducción de la fricción de la piel y puesta en marcha de apoyo para el gato cargas incluso después de paradas de larga Los procesos de fabricación innovadores proporcionan un ingeniero o el titular con la versatilidad en sus pro- sujeta a permitir que muchos diseños diferentes de las tuberías y pozos de registro a las estructuras complejas e incluso prefabricados- ricated segmentos de línea. Los ahorros a los propietarios durante la vida útil del sistema por tener este beneficio puede ser enorme en comparación con los resistentes a la corrosión métodos actualmente disponibles para la especialidad de- signos. Con hormigón polímero y el costo de reemplazo consumen mucho tiempo o la rehabilitación de alcantarillado corroídos sistemas se pueden evitar por el bien de las generaciones futuras.

Page 1 Paper E-2-01-1 CASE HISTORIES OF POLYMER CONCRETE APPLICATIONS IN THE US: PIPES, MANHOLES, STRUCTURES Gerhard Lang Dr.-Ing., MBA Amiantit Meyer Polycrete at Amitech USA

ABSTRACT: Keeping the environment clean and healthy is a challenging task of governments and municipalities all around the world. World population is increasing and putting extra pressure on engi- neers and planners of clean water and wastewater systems especially in high populated areas. Alone the US population is estimated to double in the next 50 years. The United States is spending enormous efforts to meet more rigid environmental regulations for the sake of future generations. The critical condition of the sewer systems in some areas has lead to the rethinking of the material selection process especially for sewer projects. The Environment Protection Agency (EPA) which has made intensive investigations is taking a leading role in this process. Service lifetime estimations and buried asset management calculations are becoming more important than shortsighted minimization of construction costs. Long lasting, high corrosion and abrasion resistant materials like Polymer Concrete are becoming more of the focus of designers and engineers. Polymer Concrete is an inert product that can be cast in almost any shape. Products like pipes man- holes and structures are used for new sewer installations and segmental lining for rehabilitation pro- jects. Polymer concrete has proven successfully over the last 30 years all around the world. The first application in the US was in 1996, in Fremont California. Since then more than 80,000ft of Polymer concrete pipes has been installed in the US sewer market. The enormous interest of owners and engineers laid the foundation for a production facility to be built in the USA in early 2003. 1. THE HISTORY OF POLYMER CONCRETE Polymer concrete products have been used for decades in engineering construction like machine foundations, in the building industry for facade products and sanitary parts, in electrical engineering for isolation devices and especially in the chemical industry for all types of ducts due to its favourable properties, especially its corrosion resistance as well as its strength and elasticity. The development of polymer concrete products, mostly pipe, dates back to the early 1960`s. The ob- jective was to achieve a substantial increase in resistance to chemical attack from the inside and out- side and strength in respect of the stresses from external and internal loads whilst retaining the eco-

nomical advantages of the pipe as a prefabricated finished part. With the development of trenchless technologies (microtunneling and pipe jacking) in 1970`s, Polymer concrete pipes became popular especially by owners and engineers of sewer systems in Europe. In 1996 polymer concrete was first used in the US To date, more than 80,000 ft of polymer concrete pipes have been installed in the United States. Over the past years the processes for the production and manufacturing of polymer concrete products like pipes, manholes and structures have been fun- damentally improved, and are now available as an economic alternative to products like RCP espe- cially in sewer applications. North American Society for Trenchless Technology (NASTT) NO-DIG 2005 Orlando, Florida April 24-27, 2005

Page 2 Paper E-2-01-2 2. THE MATERIAL AND ITS BENEFITS Polymer concrete consists of unsaturated thermosetting polyester resin, silica filler, quartz sand and aggregates with a gradation of 0-2mm, 2-8mm and 8-16mm. All materials are inert and resistant to chemical attack. The polyester resin is the bonding agent between the mineral aggregates. Unlike portland cement in cementitious concrete products, polyester resin forms a consistently strong bond with the evenly graded aggregates. The grading curve is carefully adjusted to maximize the material characteristic. Figure 1: aggregate grading curve During the mixing process, the high viscosity resin penetrates into the capillary voids of the oven dried quarts minerals. The aggregates incorporate the resin to form a durable bond. In cementitious con- crete these capillary voids are filled with water and therefore the cement does not consistently bond with the aggregates. Cementitious concrete without reinforcement can only withstand compression forces. Tension, bend- ing and shear forces have to be transferred by reinforcement material like steel bars or steel fibers. In

order to initiate the reinforcement a relative movement between the concrete matrix and the rein- forcement bar has to take place. This minute movement leads to cracks within the concrete. These cracks are access points for corrosive attack on the reinforcement. The size and the amount of the cracks are a function of load, reinforcement material, spacing and dimensions. Cementitious concrete is designed to have cracks. Every single crack comprises a potential failure zone under hydrogen sul- fide or saline attack. Polymer concrete is not designed to have cracks. Due to the bonding mechanism of the resin and the quartz aggregates cracks are avoided. This bonding mechanism gives polymer concrete products their superior material behavior. Figure 2: Physical properties of Polymer concrete Property Value Test method Compressive Strength13,000 psi 90 N/mm 2 ASTM C 579, Method B Flexural Modulus of Elasticity4.0 x 10^6 psi 28,000 N/mm 2 ASTM D 790 Tensile Strength 870 psi 6.0 N/mm 2 ASTM D 638 Ring bending tensile strength 2,900 psi 16.0 N/mm 2 ASTM D 790 Coefficient of linear thermal Expansion 10 to 20x10-6 in/C° DIN 53752 Abrasion Resistance 6.56 x 10-3 ft 0.2 mm Darmstadt Procedure (100,000 cycles) 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19 25 diameter [ mm ] perc enta ge by wei ght pas s i ng t h e t est sieve conf orm i ng [ % ]

Page 3 Paper E-2-01-3 Polyester resin is a thermosetting plastic which is fully cured after the chemical polymerization proc- ess. During this curing process three dimensional molecule grids are formed. Unlike thermoplastics such as PE and PVC, Polyester resin reactions within polymer concrete can not be reverted. Depend-

ing on the degree of chemical attack, Vinyl-ester- or Epoxy resin can be used in place of Polyester resin. The bonding and failure mechanism is identical. Due to the high chemical resistance especially the resistance against hydrogen sulfide, Polymer con- crete products has found favor in sewer installation and rehabilitation projects. The physical properties including the high stiffness and compressive strength values makes the polymer concrete pipes ideal for pipe jacking and microtunneling operations. Manholes and structures complete the product line for new sewer installations and precast polymer concrete segment linings for rehabilitation purposes (see chapter 5) and large tunneling applications. 3. THE PRODUCTION PROCESS Polymer concrete products are prefabricated products which are produced according the following production process. Figure 3: Production process The raw materials Polyester resin, filler, sand, aggregates, and additives are mixed according to pre- determined recipes in the production facility. The recipe and mixing is computer controlled and specifi- cally adjusted to the polymer concrete requirements. After mixing the polymer concrete batch is trans- ported in special hoppers to the mold station in the molding area where it is pored into the prepared mold. Depending on the size of the polymer concrete product several hoppers are required. During filling of the mold, computer controlled vibrators on different levels of the mold ensure the proper compaction of the material. A few minutes after the mold is filled the first phase of the curing process starts. It is an endothermic process which lasts only a few minutes. During these minutes the product gains app. 70% of its final strength. One hour after pouring start, depending on size of the mold, the product is removed from the mold and sent into the tunnel kiln. In the tunnel kiln the second curing process is initiated. It is an endothermic process where the cross linking process of the chemi- cal reaction is completed. This process lasts additional 5-6 hours. Within a few hours a complete Polymer concrete product is produced with all its final physical and chemical properties. Depending on the product line additional finishing work has to be undertaken. In the pipe production

process, for example, the top pipe ends are ground in a milling machine after the tunnel kiln. The achieved squareness of the pipe ends is especially needed for pipe jacking operations. Additional gasket and coupling installation is followed before the pipe is made ready for shipment. Manholes and Structures are epoxied and bolted together according the customer requirements. (See chapter 5) The whole production process is closely monitored to ensure the product quality. This process starts with raw material income controls and ends at the final quality check before shipment. Extensive testing is undertaken to provide the highest standard of quality. 4. PRODUCTION FACILITIES IN EUROPE AND USA Meyer Rohr und Schacht GmbH out of Germany is one of the first producer of Polymer concrete prod- ucts worldwide. To date more than 250 thousand tons of Meyer Polycrete ® Products have been pro- duced and successfully supplied throughout the world. Casting Casting and and Curing Curing Packaging Packaging and and shipment shipment Moldpreparation Moldpreparation Finishing and and assembly assembly Tempering Tempering and and post curing curing Quality Quality controll controll Mixing Mixing Casting

Casting and and Curing Curing Packaging Packaging and and shipment shipment Moldpreparation Moldpreparation Finishing and and assembly assembly Tempering Tempering and and post curing curing Quality Quality controll controll Mixing Mixing

Page 4 Paper E-2-01-4 Since 2003 an additional Meyer Polycrete ® production facility has been established in the United States. It is owned by Amitech USA a member of the Amiantit Group. 5. THE PRODUCTS Polymer concrete can be cast in to almost any shape. Due to the rising demand for chemical resistant products in the sewer systems all around the world the following products have become the key driver in the polymer concrete market. 1. Pipes for microtunneling and open trench applications 2. Manholes 3. Structures 4. Segmental lining for rehabilitation purposes 5. Bolted and gasketed segments for one pass tunneling (development) For rehabilitation purposes of existing sewer systems, segmental lining has proven successful in Europe.

5.1 PIPES FOR MICROTUNNELING AND OPEN TRENCH APPLICATIONS Pipes can be cast in different shapes, diameters, thicknesses and lengths according the job site re- quirements. Most common are circular, egg shape and kite shape profiles. The pipes can be used in direct burial or trenchless applications. The high compressive strength property of polymer concrete benefits the pipe jacking operations. The smooth outer surface and non water absorbing behavior minimizes jacking forces and maximizes jacking length. A new development is the kite shape profile which combines the benefits of egg and circular shape profiles. It provides higher flow velocities due to the smaller radius in the flowline of the pipe which lowers the risk of deposits and minimizes the maintenance effort for the owner. Figure 4: Kite shape pipe For open trench application, besides the circular pipe, egg shape and arc shape pipes are encoun- tered. Figure 5: Egg shape direct bury pipe

Page 5 Paper E-2-01-5 5.2 MANHOLES The design concept when manufacturing manholes in polymer concrete is to construct a completely corrosion resistant and leak proof system together with the polymer concrete pipes for the drainage of waste water. The benefit of a completely prefabricated system is that as much work as possible is transferred from the construction site to the manufacturing plant. Manholes are easily transportable and capable of being installed in one piece and are supplied to the contractor with dimensions matching those re- quired at the jobsite. Today even complicated manholes with many varied pipe connections, benching configurations, channel bends, internal and external bottom drops can be delivered to the site ready for installation, within a few days. The bottom section of the manhole consists of one piece and the protruding part serves as a prede- termined buoyancy resistance. All types of pipes with the appropriate fittings for the respective type of

pipe can be connected to it. Manhole steps or ladders can be easily installed in the manhole wall at the plant. Figure 6: Example for a manhole design 5.3 STRUCTURES Structures such as rectangular boxes with the same properties and requirements as round manholes can be easily designed. The pre-designed elements are made up of squared or rectangular walls and base slabs. For transportation purposes the designed structure is broken up into transportable units. These units are epoxied and bolted together to become a strong water tight structure on the job site. Figure 7: Example for a structure design

Page 6 Paper E-2-01-6 5.4 POLYMER CONCRETE SEGMENT LINING FOR REHABILITATION PURPOSES The rehabilitation of existing sewer lines is a significant and growing market in the US and worldwide. Several technologies have been developed to protect the structurally stable but severely corroded sewers against further destruction by mostly hydrogen sulfide attack. One such viable solution is the post installation of Polymer concrete panels on the inner surface of the sewer. After cleaning of the sewer the exact shape of sewer profile is determined by 3 dimensional surveying via laser Theodolite measurements. Utilizing this technology, an exact picture of the actual situation in the sewer can be predetermined. On basis of that data the inner rehabilitation surface of the sewer is split into rehabilitation cross sections. For every cross section special Polymer concrete panels are designed and produced. Tunnel transport and handling equipment is used to place the panels in the predetermined position, before every panel is epoxied to each other. The final result is a long lasting corrosion resistant protection layer for the host sewer line. Figure 8: Rehabilitation example Circular epoxied tongue and groove segments have been used for the replacement of an old brick sewer in Germany (stable soil conditions). Figure 9: Circular Polymer concrete epoxied tongue and groove segments 5.5

BOLTED AND GASKETED SEGMENTS FOR SEGMENT TUNNELING APPLICATIONS A recent development is the bolted and gasketed polymer concrete segment for one pass tunneling applications. Recognizing the weakness of cementitious concrete under hydrogen sulfide attack, portland cement concrete segments can only be used as support structure for segment tunneling applications in non caustic soil conditions (saline, sulfur). The traditional construction is split in two phases. Phase one is the construction of the concrete segment tunnel. The second construction phase is the additional in- stallation of an either chemical resistant liner or the application of a separate coating as well as the installation of secondary pipelines to transport the sewer and to protect the basic structure.

Page 7 Paper E-2-01-7 With polymer concrete tunnel segments these cost and time consuming measures can be avoided. Figure 10: Bolted and gasketed Polymer concrete segments for segment tunneling applications Additional benefits are the unlimited tunneling distances in comparison to the confined jacking dis- tances and the lower risk of settlements due to the immediate installation and grouting behind the tunnel boring machine. 6. CASE HISTORY OF POLYMER CONCRETE APPLICATIONS IN THE US 6.1 THE FIRST POLYMER CONCRETE JACKING PIPE APPLICATIONS IN THE USA Polymer concrete pipe was first used in the United States in California in 1996, on the Peralta Boule- vard Sewer Replacement project, in Fremont California. Polymer concrete was successfully used to complete the job after two failed attempts to drive the microtunnels using thick-walled vitrified clay pipes. Failure at that time was attributed to an unprecedented drive length of over 320 feet and the presence of cobbles and boulders within the drive sections. The pipe size of 24 inch made the use of interjacking stations and additional bentonite lubrication through the clay pipes impossible. After an extensive partnering process between the owner (Union Sanitary District), design engineer (Montgomery Watson), General Contractor (Mountain Cascade Inc.), Microtunneling Contractor (Nada

Pacific), project coordinator (city of Freemont), construction management consultant (O`Brien Kreitz- berg) together with Jacobs Associates which provided technical assistance and field engineering ser- vices, Polymer Concrete pipes were chosen for the remaining critical MTBM drive No. 4. After arrival of the Polymer Concrete pipes from Meyer Rohr und Schacht out of Germany on July 25 th the first drive of 362 feet was completed within only 2 days without any problems. The successful pressure testing laid the basis for further success in the US. 6.2 RECENT POLYMER CONCRETE PIPE APPLICATIONS IN THE US To date more than 80 000 feet of polymer concrete pipes are installed in the American sewer systems. o …. o Alvarado Trunk Sewer CA, Phase 1: 4720 ft of 24”, 400 ft of 21”, jacking pipe o Alvarado Trunk Sewer CA, Phase 2: 1280 ft of 36”jacking pipe o Fair Oaks CA, 2660 ft of 27” jacking pipe o Jeffrey Road Trunk Sewer CA, 2290 ft of 36” jacking pipe o Kainehe St., Oahu HI: 2220 ft of 36” jacking pipe o Madison Avenue Pump Station CA, 450 ft of 36” jacking pipe o Meridian Avenue FL, 740 ft of 60” jacking pipe

Page 8 Paper E-2-01-8 6.3 THE FIRST POLYMER CONCRETE MANHOLE APPLICATION IN THE USA Grand Rapids, Michigan The first application of Polymer concrete manholes in the United States was in Michigan in 2002. The manhole was installed as a test manhole in a force main system by the city of Grand Rapids. It was 48“ ID and a length of app. 15ft. It served as an inspection manhole for a 10 Inch sewer line made out of ductile iron. It replaced a corroded concrete manhole. Figure 11: First manhole in US replacing a concrete manhole The owner and contractor was impressed about the high corrosion resistance, long service lifetime and the easy handling compared to standard concrete manholes. The manhole was installed within only a few hours due to the modular setup of the Polymer concrete manhole system. 6.4 RECENT MANHOLE APPLICATION IN THE USA To date more than 3.000 to of Polymer concrete manholes have been installed in the US sewer sys-

tem. o Davis Estate VA, 2x78” 13ft/15ft long o Solomon's Harbour MD, 78”, 15ft long o 47 th Street-van Buren Washington AC, 2x60”, 14ft/15ft long o Kent County MI, 48”, 12ft long o Prospect Point MI, 48”, 11ft long o NASA Glenn Research Center OH, 48”, 12ft long 6.5 THE FIRST POLYMER CONCRETE STRUCTURE APPLICATIONS IN THE USA Leesport, Pennsylvania: Ontelaunee TWP Municipal Authority The fabrication of the first Polymer concrete Square Structures (Meyer Polycrete) began in early Sep- tember 2004 and was ready for shipment by mid-month. The structures measured 85” interior dimen- sion. Wet Well #4 had a completed height of 15'7” while Wet Well #7 was 13'7”. Due to shipping limi- tations, the structures were fabricated in two sections including a base and riser section. Figure 12: First structure installation in USA

Page 9 Paper E-2-01-9 Upon completion of the design process, construction of the forms and subsequent pouring of the individual panels was commenced. The structures were fabricated with a base section and four separate wall sections. Once test fit, the box structure pieces were bolted and epoxied together in preparation for shipment. The two original square structures were loaded and shipped to Ontelaunee in September 2004 and were ready for installation by Mazzuca Enterprise, Inc. later that month. Representatives from the City Council, Contractor, Engineering Firm, and Amitech USA were at the site for the groundbreaking and installation. The installation of Wet Well #4 was successfully completed in September 2004 and Wet Well #7 was completed 6 weeks later. 7. CONCLUSION The requirements of waste water systems have dramatically changed over the last few decades. The wastewater industry has long sought piping materials that are both high-strength and corrosion- resistant. For many years, owners had few choices to consider when selecting pipe material for the

harsh sewer environment. Engineers and Owners are demanding pipeline systems that provide supe- rior structural durability, corrosion resistance, leak-free joints, as well as environmental and installation friendly attributes. With nearly a quarter century of experience, polymer concrete is one of premier products utilized in the world of microtunneling and pipe jacking as well as precast manholes and structures. The benefits of this product to owners and contractors are: Corrosion Resistant Material • High chemical resistance - (ph 1.0 to 10) • No need for linings, coatings, cathodic protection, wraps, or other corrosion protection • Homogeneous wall design with 100% inert materials • Maximum service lifetime - (projected 100 years plus) Outstanding Strength Attributes • High Compressive Strength – (13,000 psi) • Bending stiff pipe material with certain elasticity • Reduced point loading sensitiveness and risk of local rupture Ideal Performance Characteristics • Excellent abrasion resistance • Water tight material and joint system to eliminate infiltration or exfiltration • Smooth, Even, Non-Porous Inner Pipe Surface - Minimum maintenance efforts Microtunneling and Pipe Jacking Advantages • Higher Jacking forces for longer drives & higher flexibility during construction. • Parallel (Square) Pipe Ends for uniform load distribution during jacking. • Smooth, Even, Non-Porous Outer Pipe Surface - Reduced skin friction and start-up jacking loads even after long stoppages The innovative manufacturing processes provide an engineer or owner with the versatility in their pro- ject to allow many different designs from pipes and manholes to complex structures and even prefab-

ricated liner segments. The savings to owners over the life of the system by having this benefit can be tremendous when compared to the corrosion resistant methods currently available for specialty de- signs. With Polymer concrete the cost and time consuming replacement or rehabilitation of corroded sewer systems can be avoided for the sake of future generations.