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7/23/2019 TUBERIAS1.pdf

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TUBERÍAS



TUBERÍA

Constituyen la componente indispensable en las

obras de conducción ya que serán las encargadasde llevar el agua de un punto a otro. Por lo general,constituyen no menos del 60% del costo total de laobra, por lo que es muy importante su estudio

profundo si se quiere hacer un buen proyecto.Es indispensable una adecuada selección de lasmismas y el correspondiente dimensionamiento deacuerdo a los caudales a transportar, la topografíadel trazo elegida y a las solicitaciones (internas yexternas) que deberán soportar (presión de trabajo,sobrepresión por transitorios, cargas por el rellenode la zanja y por el tránsito, etc.).



Las tuberías se clasifican por su forma detrabajo y por las cargas externas

POR SU DESEMPEÑOMECÁNICO

RÍGIDAS FLEXIBLESPLÁSTICAS (VISCO-ELÁSTICAS)

POR EL TIPO DECONDUCCIÓN DE FLUIDO

ESFUERZOCONSTANTE

FLUJO A PRESIÓN(AGUA POTABLE)

DEFORMACIÓNCONSTANTE

FLUJO A GRAVEDAD(ALCANTARILLADO Y

DRENAJE)

CONCRETO ASBESTO-CEMENTO ACEROBARRO VITRIFICADOFUNDICIÓN

TERMOPLÁSTICOS TERMOFIJOS ELASTÓMEROSPOLIETILENO PVC NEOPRENO

POLIPROPILENO POLIESTER



TUBERÍA

Los materiales más frecuentes de tuberías en la

oferta local son:

- Poliester Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV-GRP)- Policloruro de Vinilo (PVC)

-Concreto Armado y Pretensado o Postesado, conalma de acero o sin ella.- Fundición Gris- Fundición Dúctil (hiero dúctil)- Acero- Polietileno de Alta Densidad (PEAD-HDPE)



TUBERÍA

Las tuberías, se comportan como flexibles una vez

instalada en la zanja, están caracterizadas por unaelevada resistencia a la tracción, lo que las hacesumamente resistentes a las solicitaciones debidas ala presión interna, requiriendo para ello pequeños

espesores. Pero justamente esta propiedad es la queimplica una baja resistencia a las cargas externas o de“aplastamiento”, puesto que frente a las mismas latubería tiende a ovalizarse con facilidad, dando lugar areacciones laterales que deben ser resistidas por losprismas laterales de la zanja con el correspondientecompactado.



TUBERÍA

En general nos encontramos con el hecho de que en el

mercado compite un determinado número de tuberíasde distintos materiales y, por otra parte, no han sidoconvenientemente difundidas las reglas precisas queposibilitan la selección más adecuada a losrequerimientos de cada proyecto en particular, la quequeda supeditada a criterios o simpatías de losproyectistas, las más de las veces, sin fundamentos encriterios ingenieriles.



CRITERIO CONVENCIONAL DE SELECCIÓN DE TUBERÍAS

Encuentra su fundamento en la solicitación debida a la presióninterna debida al escurrimiento permanente en una conducción“a presión”, la que lleva a la expresión de Mariotte, válida paramateriales de las tuberías homogéneas. La misma, relaciona elespesor con la tensión de tracción en las paredes de la tubería,lo que es fácilmente deducible del esquema de la figura.

Ó Í



CRITERIO TRADICIONAL DE SELECCIÓN DE TUBERÍAS

En la misma se aprecia una tubería a presión, seccionada por un planohorizontal que contiene al eje, lo que permite el tratamiento como“cuerpo libre” y poner así de manifiesto las solicitaciones actuantes.La resultante de la presión distribuida en el diámetro deberá serequilibrada por sendos esfuerzos de tracción, distribuidos a su vez enel espesor de la tubería y configurando las dos fuerzas equilibrantes“T”.

PDLT 2 eLT adme

PD

adm

2

e

PD

adm 2 FS adm

min

El procedimiento de diseño conservador de la tubería de PVC requiereque se aplique un factor de seguridad (FS) a la base hidrostática dediseño (HDB), que es la resistencia mecánica requerida mínima (MRR ó

MRS), para obtener lo que se conoce como esfuerzo admisible dediseño ( ) se convierte entonces en el máximo esfuerzoadmisible por el material.

min

adm s

Ó Í




Considerando en el cálculo de las ecuaciones anteriores el diámetromedio de la tubería y expresando en función del diámetro exterior D se

tuene:

e

e D P adm

2

)(

P

PDe

2 2

)1/( e D

P

adm

Serie de la tubería

Factor de rigidez o Relación dediámetro

P S

adm

e

D

RD FR

2

1 FRS

2

1 FR P

adm

1

2

FR P

adm

Ó Í



CRITERIO CONVENCIONAL DE SELECCIÓN DE TUBERÍAS

Los fabricantes de tuberías de materiales homogéneos adoptan valores

de rotura para la presión interna y para la tensión de tracción, lo queposibilita la determinación del espesor, considerando previamente loscorrespondientes “Coeficientes de Seguridad”. Como a cada espesor lecorresponde una solicitación admisible, ofrecen al mercado una serieestándar de tuberías aptas para resistir, en condiciones de régimen

permanente, una determinada serie de presiones fijadas de antemano.Estas presiones definen las denominadas “Clases” de las tuberías.



TUBERIAS DE PVCSi bien es cierto se piensa que la tubería de PVC estámanufacturada con base a materia prima solo de PVC, enrealidad se hace de un compuesto especial de PVC diseñadoespecíficamente para usarse en sistemas de tuberías. Cuandouna tubería es presurizada internamente sus paredes sesometen a un esfuerzo de tensión circunferencial debido a lageometría circular de las tuberías. La resistencia a la tensión

circunferencial conocida como Base Hidrostática de Diseño(HDB) del compuesto de PVC es la tensión mínima que elmaterial puede soportar por un periodo de tiempo definido. LaHDB de los compuestos de PVC se establece con pruebas decorto y largo plazo (hasta 100,000 horas de presión sostenida).

Graficando los resultados en una escala logarítmica, lasresistencias de diseño a 50 ó 100 años pueden ser extrapoladasfácilmente. Mediante un diagrama abajo se puede mostrar lalínea de vida típica de un compuesto de PVC 12454B utilizadapara manufacturar tubería para presión.



PROPIEDADE DEL PVC

Alta Resistencia a Corto Plazo y Resistencia Confiable a LargoPlazo

Mientras que todas las tuberías de presión de PVCtienen una base hidrostática de diseño a largo plazo de280 kg/cm2 (4,000 psi), en el corto plazo su resistenciaes mucho más alta 450 kg/cm2 (6,400 psi). Esto significa

que la tubería puede soportar fácilmente presiones decorto plazo extremadamente altas, tales como lasgeneradas por los golpes de ariete.

En los niveles normales de presión de operación, la vidaútil del material es virtualmente ilimitada. Debido a lagran reserva de resistencia, incluso presiones que seacumulan a niveles por encima de los factores deseguridad normales pueden ser manejados.



CURVAS DE REGRESIÓN TUBERIAS DE PVC

Í



TUBERÍAS DE PVC

TUBERÍAS PARA CONDUCCION DE FLUIDOS A PRESIONFabricadas de acuerdo a norma técnica peruana NTP ISO 4422Tubos y Conexiones de Policloruro de vinilo no plastificado (PVC-U)para abastecimiento de agua. Tuberías para conducción de fluídostipo 100 P.V.C. rígido. Factor de seguridad = 2.5.

Estas tuberías se fabrican de cuatro clases 15 (213 libras),10(150lbs), 7.5(105 lbs) y 5 (75 lbs), también se fabrican las clases 6,6.3.8. 12.5, 16 y 25 así como de las especificaciones del Scheduleamericano (ASTM) Considerando en el cálculo de las ecuacionesanteriores el diámetro medio de la tubería y expresando en función

del diámetro exterior D se tuene:

Í



TUBERÍAS DE PVC

CLASE 5

Diámetro

Exterior en mm

Espesor

en mm

Diámetro

Inferioren mm

Peso Aprox. por

tubo en Kg.

63.0 1.6 59.8 2.809

75.0 1.9 71.2 3.935

90.0 2.2 85.6 5.437

110 2.7 104.6 8.091 160 4.0 152.0 17.229

200.0 4.9 190.2 26.537

250.0 6.2 237.6 41.704

315.0 7.7 299.6 65.395

355.0 8.7 337.6 83.029 400.0 9.8 380.4 105.637

450.0 11.0 428.0 133.624

500.0 12.3 475.4 165.537

630.0 15.4 599.2 259.967

Í



TUBERÍAS DE PVC

CLASE 7.5

DiámetroExterior en mm

Espesoren mm

Diámetro Inferioren mm

Peso Aprox. portubo en Kg.

63.0 2.3 58.4 3.920

75.0 2.8 69.4 5.636

90.0 3.3 83.4 7.937

110 4.0 102.0 11.704 160 5.8 148.4 24.507

200.0 7.3 185.4 38.667

250.0 9.1 231.8 60.027

315.0 11.4 292.2 94.866

355.0 12.9 329.2 120.728 400.0 14.5 371.0 153.170

450.0 16.3 417.4 193.926

500.0 18.1 463.8 238.860

630.0 22.8 584.4 379.465

Í



TUBERÍAS DE PVC

CLASE 10

DiámetroExterior en mm

Espesoren mm

Diámetro Inferioren mm


63.0 3.0 57.0 5.005

75.0 3.6 67.8 7.111

90.0 4.3 81.4 10.152

110 5.3 99.4 15.225

160 7.7 144.6 32.000

200.0 9.6 180.8 50.000

250.0 11.9 226.2 77.288

315.0 15.0 285.0 122.833

355.0 16.9 321.2 155.748 400.0 19.1 361.8 198.539

450.0 21.5 407.0 251.618

500.0 23.9 452.2 310.369

630.0 30.0 570.0 492.864

TUBERÍAS DE PVC



TUBERÍAS DE PVC

CLASE 15

DiámetroExterior en mm Espesoren mm

Diámetro

Inferioren mm


63.0 4.4 54.2 7.096

75.0 5.3 64.4 10.131

90.0 6.3 77.4 14.423

110 7.7 94.6 21.487

160 11.2 137.6 45.293

200.0 14.0 172.0 70.886

250.0 17.5 215.0 110.542

315.0 22.0 271.0 175.211 355.0 24.8 305.4 222.378

400.0 28.0 344.0 283.079

450.0 31.4 387.2 357.425

500.0 34.9 430.2 441.009

TUBERÍAS DE PVC



TUBERÍAS DE PVC





TUBERÍAS Y ACCESORIOS PARA INSTALACIONES DE DRENAJE YALCANTARILLADOFabricadas de acuerdo a norma técnica peruana NTP ISO 4435

El Empalme es Unión flexible con sello Elastomérico.

La longitud de la tubería es de 6 metros.El valor de SN se refiere a la rigidez nominal en kN/m² según NT ISO9969





SERIE 20 ( SN 4 - S 20 - SDR 41 )

Diámetronominal

en pulgadas(Plg.)

DiámetroExterioren mm

Espesoren mm

DiámetroInferioren mm

Peso Aprox.por

tubo en Kg.

4" 110.0 3.2 103.6 9.644

6" 160.0 4.0 152.0 17.229 8" 200.0 4.9 190.2 26.537

10" 250.0 6.2 237.6 41.704

12" 315.0 7.7 299.6 65.395

14“ 355.0 8.7 337.6 83.029

16“ 400.0 9.8 380.4 105.637

18“ 450.0 11.0 428.0 133.624

20“ 500.0 12.3 475.4 165.537

24“ 630.0 15.4 599.2 259.967





SERIE 25 ( SN 2 - S 25 - SDR 51 )

Diámetronominal

en pulgadas(Plg.)


Espesoren mm


Peso Aprox.por

tubo en Kg.

6" 160.0 3.2 153.6 13.939

8" 200.0 3.9 192.2 21.133

10" 250.0 4.9 240.2 33.020

12" 315.0 6.2 302.6 52.830

14“ 355.0 7.0 341.0 67.040

16“ 400.0 7.9 384.2 86.083 18“ 450.0 8.8 432.4 107.566

20“ 500.0 9.8 480.4 131.432

24“ 630.0 12.3 605.4 209.689





SERIE 16.7 ( SN 8 - S 16.7 - SDR 34 )

Diámetronominal

en pulgadas(Plg.)


Espesoren mm


Peso Aprox.por

tubo en Kg.

4" 110.0 3.2 103.6 9.644

6" 160.0 4.7 150.6 20.080 8" 200.0 5.9 188.2 31.376

10" 250.0 7.3 235.4 48.708

12" 315.0 9.2 296.6 77.033

14“ 355.0 10.4 343.2 98.403

16“ 400.0 11.7 376.6 124.489

18“ 450.0 13.2 423.6 157.698

20“ 500.0 14.6 470.8 194.197

24“ 630.0 18.4 593.2 308.130



TUBERIAS DE HDPELa industria de materiales plásticos se ha desarrollado poralrededor de 100 años, pero el polietileno (PE) fue descubierto

en la década del 30. Los primeros PE eran de baja densidad yse utilizaron principalmente como conductores de cables. Lospolietilenos de alta densidad (HDPE), utilizados hoy día ensistemas de tuberías, fueron desarrollados en los años 50.Las tuberías de HDPE ofrecen mayores alternativas de diseño

garantizando una larga vida útil, economía en instalación yequipos, minimizando los costos de mantención, cuando lascondiciones de operación están dentro de las capacidades detemperatura y presión del material.Uno de los más recientes desarrollos concierne a un grado de

HDPE con propiedades de resistencia significativamentemayores que las del HDPE tradicional. Este nuevo grado,denominado PE 100, es usado particularmente en tuberíaspara agua a presión, obteniéndose un ahorro en el espesor depared de las tuberías en aproximadamente 35% comparado conuna tubería de HDPE tradicional.

TUBERIAS DE HDPE



TUBERIAS DE HDPE

Cuando se comparan con materiales tradicionales, los sistemasde tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE) ofrecensignificativos ahorros en los costos de instalación yequipamiento, mayor libertad de diseño, bajo costo demantención y una larga vida útil para la mayoría deestos sistemas.Estos beneficios, ventajas y oportunidades de disminución decostos se derivan de las propiedades y características únicas

de las tuberías de HDPE.

ESPECIFICACIONES DE TUBERIAS DE



ESPECIFICACIONES DE TUBERIAS DEHDPE (PE100)

TUBERIAS HDPE



TUBERIAS HDPEPE100 Norma ISO

4427

1) Diámetro nominal equivalente enpulgadas, como referencia con la

norma ASME B36.10.2) La relación dimensional estándarSDR corresponde al cuociente entre eldiámetro externo y el espesor de paredde la tubería. Es adimensional.3) La presión nominal PN correspondea la máxima presión de operación

admisible de la tubería a 20ºC, en bar.4) Valores no cubiertos por la normaISO 4427. En base a nuestraexperiencia, recomendamos un espesormínimo de 2,3 mm para estas medidas.5) Diámetro 1100 mm, no cubierto pornorma ISO 4427 , sin embargo lasdimensiones fueron calculadas en base

a los requerimientos de la norma.Esta tabla se basa en las normas ISO4427 e ISO 4065.Los pesos están calculados en base avalores medios de diámetro y espesor,según tolerancias especificadas en lanorma ISO 11922-1.

CURVAS DE REGRESIÓN TUBERIAS DE



CURVAS DE REGRESIÓN TUBERIAS DEHDPE

TUBERIAS DE HDPE



TUBERIAS DE HDPE

Ejemplo: ¿Cuál es el espesor de pared necesario para una

tubería de HDPE PE 100 de diámetro 200 mm, para un tiempo devida útil de 50 años, operando a 20ºC, a una presión de 16 bar yque conduce agua? Considerando que para los requerimientosde tiempo de vida útil (50 años) y temperatura de servicio de20ºC, la tensión de diseño para PE 100. = 8 MPa = 80 bar

Se calcula el espesor de pared de acuerdo a la fórmulaanterior:




Este concepto de clase es el que se utiliza para laselección de tuberías, muchos organismos yproyectistas usan actualmente, a pesar de loinsuficiente a la vez que oneroso que significa suadopción como único parámetro de selección.Para destacar claramente el criterio convencional, es

oportuno enunciar el preconcepto al que la “clase”, como único parámetro de selección, ha llevadohistóricamente a que las tuberías de idéntica clase eigual diámetro nominal, de distintos materiales prestan

idéntico servicio.





La consecuencia inmediata es que éste criterio llevanecesariamente a llamadas a licitaciones públicas,

abiertas a todos los materiales, puesto que todos “.prestan el mismo servicio, lo que es estrictamente ciertopero solo para la solicitación presión interna y enrégimen permanente.Obviamente el objetivo buscado de “alentar lacompetencia y mejorar los precios”, es noble en símismo y lleva a obras probablemente más baratas, perodifícilmente más económicas. En efecto, al no serconsideradas las restantes solicitaciones actuantes y

demás conceptos necesariamente a ser tenidos encuenta, la comparación se ha hecho sobre basesincompletas y sólo casualmente la solución adoptadapuede resultar la más ventajosa desde el doble punto de

vista, técnico y económico.



DEFLEXIÓN BAJO CARGA

DESEMPEÑO MECÁNICO DE TUBERÍA RÍGIDA

TUBO RÍGIDO BAJOCARGA

EL MATERIAL RESISTE ELTOTAL DE LA CARGA SIN

DEFORMACIÓNAPRECIABLEHASTA EL PUNTO EN QUEEL MATERIAL SE ROMPEEN CUADRANTES POR

MECANISMO DE CUATROARTICULACIONES.

TUBERÍA DE CONCRETO

FALLA TÍPICA POR FRACTURA BAJOCARGA EXCESIVA.

Á Í



DESEMPEÑO MECÁNICO DE TUBERÍA FLEXIBLE

PRINCIPIOS DE LA INTERACCIÓN TUBO-SUELO

AL APLICAR LA CARGA, SE INDUCEDEFORMACIÓN AL TUBO CAMBIANDOLA FORMA CIRCULAR POR UNAELÍPTICA.

Ñ Á Í



DESEMPEÑO MECÁNICO DE TUBERÍA FLEXIBLE

PRINCIPIOS DE LA INTERACCIÓN TUBO-SUELO

AL APLICAR LA CARGA, SE INDUCEDEFORMACIÓN AL TUBO CAMBIANDOLA FORMA CIRCULAR POR UNAELÍPTICA.

EL ACOSTILLADO DEL TUBOPROPORCIONA EL CONFINAMIENTONECESARIO PARA IMPEDIR LAEXPANSIÓN HORIZONTAL DEL TUBOCON LO QUE SE TRANSFIEREN

CARGAS AL SUELO Y SE MANTIENE LACIRCULARIDAD DEL TUBO.



POR SU APLICACIÓN LAS TUBERÍASTIENEN UN DESEMPEÑO MECÁNICORADICALMENTE DIFERENTE.

Las cargas en tuberías a presiónexterna corresponden a la cargadel suelo que lo rodea (cargamuerta) y al paso de vehículospor la superficie (carga viva)

EL ESFUERZO RESULTANTEEN LA PARED DEL TUBO ESDE COMPRESIÓN

EL ESFUERZO RESULTANTEEN LA PARED DEL TUBO ESDE TENSIÓN

Las cargas en tuberías sometidasa presión interior (agua potable)tienen también el efecto de lascargas externas del relleno dondela resultante de ambas presionescorresponde a una presióninterior



POR SU APLICACIÓN LAS TUBERÍASTIENEN UN DESEMPEÑO MECÁNICORADICALMENTE DIFERENTE.

Al aplicar la carga externa latubería sufre deflexiones que seestabilizan con el tiempo ypermanecen así deformadas. Elesfuerzo se relaja con el tiempopor flujo plástico en la pared.

EL ESFUERZO RESULTANTEEN LA PARED DEL TUBO ESDE COMPRESIÓN

EL ESFUERZO RESULTANTEEN LA PARED DEL TUBO ESDE TENSIÓN

La presión interna mantienetensionada la pared de la tuberíaconstantemente, el esfuerzo esconstante pese al fenómeno deflujo plástico del material deltubo.

DEFORMACIÓN CONSTANTE

ESFUERZO CONSTANTE



Para la tubería sin presión interna, el esfuerzo principal es la compresión,no la tensión. La tensión ocurre sólamente en instalaciones con grandesdeflexiones y/o curvaturas longitudinales.

La ecuación que rige la rigidez de tubo considerando un anillo de longitud

unitaria “Ring Stiffness Constant” (RSC)

(K) EI

D

2

RSC =

Describe la rigidez del tubo liso o corrugado y brinda un parámetro de

referencia para determinar la calidad de la fabricación y la seguridad de la

instalación. Nos da la cantidad de fuerza necesaria para deflectar el tubo un

5% de su diámetro.



La rigidez de anillo es una medida de la capacidad para deflexionar quetiene un tubo determinado.

(K) EI

D2

RSC =

Es un parámetro independiente que refleja la rigidez del tubo en estado libre

sin considerar la interacción con el suelo. En una instalación real, el procesode instalación determinará el grado de participación que tienen tanto el

suelo como el tubo y consecuentemente el nivel de carga que se transmite

a tubo y a suelo.

(K) EI

D3

PS = F / Dy =

y = y / D



DEFLEXIÓN BAJO CARGA

P V C

p e r f i l

a b i e r t o

RIGIDEZ

A S

T M 8

9 4 S P I R O L I T E

A D S

TODAS LAS TUBERÍAS PLÁSTICAS SON SENSIBLES ALA INSTALACIÓN

P V C

E S T R U C T U R A

D O

PVCSERIE25

PVCSERIE20

PVCSERIE16.5

SENSIBILIDAD A LAINSTALACIÓN: ALTA

SENSIBILIDAD A LAINSTALACIÓN:MODERADA

3 psi

10 PSI

50 PSI



DIAGRAMA DE PROCESO DE FABRICACIÓNSILO

NEGRODE HUMO

MEZCLADO

FUNDIDO

EXTRUSORDADO O TROQUEL

ENFRIAMIENTO

CORTE

WRAPPING(REFUERZOA CAMPANA)

ALMACENAMIENTO

EMBARQUE

TOLVA

MATERIA PRIMA

CONTROL DE CALIDAD

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