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TUBERIAS DE PVC DE ACUERDO A NORMAS ISO
Tubería de PVC rígido para fluídos a presión. Referencia Norma ISO 4422
Este tipo de tubería sustancialamente, está constituído de cloruro de polivinilo no plastificado al cual se le ha añadido aditivos especiales para facilitar la fabricación del polímero y la producción de tubos y accesorios.
Tubos y accesorios de Cloruro de Polovinilo no plastificado (PVC-U) para Sistema de Drenaje y Alcantarillado. Referencia Norma ISO 4435
El material y la fabricación de esta tubería es similiar a la anterior con la diferencia que está destinada para drenaje y alcantarillado en los cuales se va a transportar desechos y descargas de orígen doméstico, industriales y de aguas superficiales sin presión.
TUBERÍAS DE PVC DE ACUERDO A NORMAS TECNICAS
Tubos PVC rígido para fluídos a presión. Según Normas peruanas ITINTEC No. 399-002
Estos tubos son fabricados bajo Normas Técnicas Nacionales, son PVC rígido y no contienen plastificantes para el cual se adopta una tensión de diseño de 10MPa (100 kg/cm2). Las tuberías de PVC POLITUBO normalizadas, pueden sustituir ventajosamente a los fabricados por otros materiales como: cobre, plomo, asbesto-cemento, etc.
Tubos PVC rígido para instalaciones eléctricas. Según normas peruanas ITINTEC No. 399-006
Una variedad de las tuberías de PVC POLITUBO son las destinadas a instalaciones de canalizaciones eléctricas, cuyas paredes son lisas y están fabricadas con mezcla de Policloruro de Vinilo no plastificado y elaborados bajo estrictas Normas Técnicas Nacionales Peruanas.
Tubos PVC rígido para desague. Según normas peruanas ITINTEC No. 399-003
Los Tubos de PVC POLITUBO para desague, son destinados a instalaciones de descarga de fluídos sin presión. Se utilizan en las construccionespara recoger las aguas pluviales (procedentes de la cubierta) y las aguas negras (procedentes de los sanitarios).
Ductos telefónicos para instalaciones de telecomunicaciones. Según norma NTN - 106-2010 de Telefónica del Perú.
Los ductos de PVC POLITUBO son fabricados de Policloruro de Vinilo rígidono plastificado destinados a conducir cables de telecomunicaciones proporcionándoles una adecuada protección mecánica.
UNION FLEXIBLE
Las tuberías de Policloruro de Vinilo POLITUBO, presentan en uno de sus extremos un sistema de empalme de unión flexible, cuya función es lograr la estanqueidad por medio de un anillo de caucho que va situado en un alojamiento en el interior de la junta. De la exactitud de las dimensiones de éste depende la impermeabilidad de la unión.
Este sistema es eficiente y seguro, y su aplicación permite a las tuberías PVC para fluídos a presión y alcantarillado mayor facilidad en la instalación
El sistema de unión de Tuberías y Accesorios PVC Eternit®, consiste en conexiones hechas por medio de soldadura líquida, la cual conforma un conjunto homogéneo, desarrollando gran resistencia mecánica en un tiempo muy corto; en consecuencia, este tipo de unión se realiza de manera muy sencilla y segura, eliminando la necesidad de terrajas, llaves para tubo y otras herramientas necesarias en la instalación de tuberías de otros materiales.
1. Resistencia Química
Los Accesorios y Tuberías PVC Eternit® son completamente resisitentes a la acción corrosiva de ácidos, álcalis y productos químincos industriales, permaneciendo en perfecto estado a través del tiempo.
2. Resistencia a la electrólisis
La Tubería PVC Eternit® puede ser instalada bajo agua, bajo tierra o en contacto con metales debido a su comunidad a la acción electrolítica.
3. Libre de incrustaciones
Las paredes internas perfectamente lisas de la Tubería PVC Eternit® evitan la formación de incrustaciones. Por esto su eficiencia es mayor y su vida útil mucho más larga.
4. Peso liviano
Los Accesorios y Tuberías PVC Eternit® son los más livianos que existen para construir redes sanitarias o de desagues, lo cual hace que su manejo sea muy fácil, sin necesidad de recurrir a herramientas o equipos pesados para su instalación.
5. Auto-extinguible
Debido a esta propiedad, los Accesorios y Tuberías PVC Eternit® no forman llama ni facilitan la combustión.
6. Rigidez-Flexibilidad
Existe un excelente balance entre la rigidez y la flexibilidad de la Tubería PVC Eternit® que hace posible a la vez su colocación en instalaciones aéreas o externas, empleando un mínimo de soportes y en terrenos ondulados.
7. Economía
La utilización de los Accesorios y Tuberías PVC Eternit® representa una importante economía por los siguientes aspectos: * El mantenimiento que requiere la Tubería es mínimo. * Por su facilidad de manejo y ensamble, los costos de transporte y mano de obra de instalación son también más bajos.
8. Resistencia al impacto
La Tubería sanitaria PVC Eternit® es altamente resistente a los impactos.
9. Durabilidad
Los Accesorios y Tuberías de PVC rígidos se han utilizado por más de 40 años, en usos industriales, redes de acueductos y sistemas de desagüe. Esta tradición y experiencia garantizan la durabilidad y el buen servicio de la tubería PVC rígido.
10. Rigidez-flexibilidad
Existe un excelente balance entre la rigidez y la flexibilidad de la Tubería PVC Eternit® que hace posible a la vez su colocación en instalaciones aéreas o externas, empleando un mínimo de soportes y en terrenos ondulados.
11. Economía
La utilización de los Accesorios y Tuberías PVC Eternit® representan una importante economía por los siguientes aspectos:
• El mantenimiento que requiere la tubería es mínimo. • Debido a su bajo coeficiente de fricción en el diseño de redes, las tuberías PVC Eternit® son más eficientes con relación a sus
diámetros. • Por su facilidad de manejo y ensamble, los costos de transporte y mano de obra de instalación son también más bajos.
Los Flexibles: este polímero se combina con estabilizantes y plastificantes y otros aditivos de acuerdo a las propiedades deseadas y del buen proceso que se utilice en extrusión, se estabiliza con Estaño o Plomo.
Los Rígidos: Se utiliza el mismo proceso de los flexibles, utilizando menos plastificante y ayudando el proceso con cera, para lograr mas dureza y tenacidad. El PVC se polimeriza en : Acetileno, Etileno, Cloro, Oxigeno y se produce en 4 métodos que son Masa, Suspensión, Solución y Emulsión.La aplicación del PVC son: en Perfiles, Mangueras, Boceles, tuberías en la construcción, recubrimiento de cables y ventaneria. También es utilizado en Inyección para Botellas y Juguetería.
Agua Potable
INTRODUCCION.
OBJETIVOS:
Los propósitos fundamentales de las normas técnicas son: contribuir a reducir la contaminación ambiental y el desbalance ecológico, satisfacer la demanda creciente de agua potable, proteger los recursos naturales y reducir los múltiples daños derivados de la estructura epidemiologíca de las enfermedades transmisibles relacionadas con el saneamiento básico.
ALCANCES:
Las normas cubren el diseño de los sistemas de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillados de Aguas Negras.
Las Normas son aplicables a proyectos urbanos y
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I.NORMAS TECNICAS PARA PROYECTOS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
1. PERIODO DE DISEÑO.
El alcance a período de diseño "n" del proyecto dependerá de la disponibilidad de las fuentes, vida útil de las instalaciones y recursos financieros con un mínimo deseable de n de 20 años.
2. POBLACION FUTURA
La población futura Pn, será estimada con base a la población inicial Po, relevamientos censales, estadísticas continuas y otras investigaciones demográficas(muestreos, crecimiento vegetativo, fecundidad, población flotante, etc.), Para estimar la magnitud de Pn se sugiere aplicar, según el caso, uno de los procedimientos siguientes:
suburbanos. • • Extensión de la propia curva de crecimiento según ajuste o interpolación,
gráfica o analítica, mínimos cuadrados. • • Extensión gráfica de la curva de crecimiento, según desarrollos análogos
observados, en población de mayor dimensión. • • Crecimiento Lineal • • Progresión geométrica • • Logística de Verhulst
El procedimiento a utilizar en cada proyecto deberá justificarse. En el caso de proyectos de urbanizaciones la población se calculará en base al número de viviendas y el número de habitantes por unidad habitacional
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3.DISTRIBUCION DE LA POBLACION FUTURA
Necesaria para el diseño de la red, se estima con base datos catastrales y planes de desarrollo urbano con una densidad media de 5 a 6 personas /vivienda
4. POBLACION DE DISEÑO
Será igual, según el caso, al 100% de la población futura o un porcentaje menor, determinado por limitaciones de orden físico o legal que restringan el desarrollo de áreas de la ciudad y de sus habitantes.
5. CONSUMO DE AGUA
D= dotación doméstica urbana 80 a 350 l/p/d
La dotación total incluirá además de la dotación doméstica el consumo comercial, público, etc. y un 20% para fugas y desperdicios.
TABLA DE CONSUMOS ESPECIFICOS
• • Dotación total urbana ≥ 220 l/p/d • • Locales comerciales 20 l/m2/d
3Escuelas
• • Externos 40 l/alumno/d • • Internados 200 l/p/d • • Personas no residentes 50 l/p/d
Hospitales
• • 600 l/cama/d
Clinicas
• • Médicas 500 l/consultorio/d • • Dentales 1000 l/consultorio/d
Vivienda
• • Mínima 80 - 125 l/p/d • • Media 125 - 175 l/p/d
• • Hoteles 500 l/hab/d • • Pensiones 350 l/hab/d •
• Restaurantes 50 l/m2/d
• • Alta 175- 350 l/p/D
Otros
• • Mercados, puestos 15 l/m2/d • • Cines, teatros 3 l/asiento/d • • Oficinas 6 l/m2/d • • Bodegas 20 l/m2/d • • Gasolineras 300 l/bomba/d • • Estacionamientos 2 l/m2/d • • Industria 80 l/p/turno • • Jardines 1.5 l/m2/d • • Lavanderías 50 l/kg/r.sec. •
• Cantareras ≥ 30 l/p/d
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6. VARIACIONES DE CONSUMO
Los diferentes elementos del Sistema se diseñarán considerando los siguientes coeficientes de variación de consumo de agua:
Consumo máximo diario: 1.2 a 1.5 consumo medio diario
Consumo máximo horario: 1.8 a 2.4 consumo medio diario
Coeficiente de variación diaria K1= 1.2 a 1.5
Coeficiente de variación horaria K2 = 1.8 a 2.4
Coeficiente de variación mínima horaria K3= 0.1 a 0.3 consumo medio diario
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a. Caudal Aprovechable
El caudal aprovechable será igual o mayor a la demanda máxima diaria de agua a final de período.
El caudal disponible de la fuente deberá comprobarse con un "Estudio Base" fundamentado en Balances Hidrológicos, investigaciones hidrogeológicas y/o coeficientes hidráulicos de acuíferos y pozos.
En el caso de pozos el caudal aprovechable será igual o mayor que la demanda máxima diaria suministrada en 20 horas de bombeo.
En caso de que el caudal aprovechable sea menor a QmxD, se podrán construir reservorios para compensar la demanda máxima horaria.
7. HIDRANTES
En hidrantes para incendio se considerará un consumo de agua de 12 lts. en 2 horas, una presión dinámica residual mínima de 10 m.c.a. y un radio de acción de 150 m medidos sobre el eje de la calle.
Los hidrantes serán de tipo tráfico y se ubicarán de preferencia en bocas-calles, con una separación máxima de 300 m y tubería de alimentación con diámetro mínimo de ø 4" se podrá utilizar ø 3" debidamente justificado.
8. FUENTE
Las aguas superficiales y/o aguas subterráneas, que alimentarán el sistema, deberán satisfacer las siguientes condiciones :
b. Calidad del agua
El análisis será realizado en un laboratorio especializado de acuerdo a los Métodos Standar APHA-AWWA.
Las muestras se someterán a los siguientes análisis:
• • Toxológico: para investigar sustancias tales como arsénico, boro, selenio,
cadmio, fenoles, pesticidas y detergentes. • • Hidrobiológico: para investigar microalgas. • • Bacteriológico: número más probable, NMP/100 milimetros y prueba
completa de coliformes fecales,. • • Físico: Color, Turbidez, temperatura, sabor, olor y apariencia.
Químico: pH, sólidos totales, alcalinidad, dureza, sulfatos, cloruros, hierro manganeso, calcio, sílice, anhidrido carbónico, fluoruros, etc.
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Los resultados de las muestras de agua deberán ser menores o iguales a los máximos tolerables indicados por las Normas actualizadas OMS, AWWA o CAPRE.
Si los resultados exceden esos valores, será necesario entonces investigar si es posible aplicar un proceso de potabilización.
9. OBRAS DE CAPTACION
a. Aguas Superficiales
El "Estudio Base" de aprovechamiento de aguas superficiales deberá cubrir las variaciones estacionales de caudal aprovechable y calidad del agua natural.
Al ubicar y diseñar obras de captación se considerarán las siguientes condiciones y/o características esenciales:
• • Ubicación apropiada con relación a fuentes de contaminación
localizadas • • Estabilidad hidráulica y estructural
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• Diseño adecuado de cámara de succión para evitar vórtices y cavitación • • La Estación de bombeo deberá contar con espacio y equipo para facilitar la
instalación y mantenimiento. • • Diseño adecuado de cámara de bombas para evitar vórtices, vibraciones,
pérdida de eficiencia y problemas de mantenimiento. • • Provisiones para operación y mantenimiento.
En las captaciones la boca toma estará protegida con rejillas, cribas, jaulas, cortinas o compuertas.b. Aguas SubterráneasNacimientos: Las captaciones se construirán de acuerdo a diseño conforme a la obra a ejecutar con esturctura con rebose, tubería de aducción, caja, arena, válvula de limpieza, escotilla y obras de protección.Agua Freática somera: Las captaciones se constuirán según modelo de ANDA, de pozo excavado protegido con brocal y cubierta o bien mediante galerías filtrantes.Acuiferos libres o artesianos: La captación de aguas subterráneas profundas se hará conforme a las Normas AWWA para diseño, construcción y desarrollo de pozos profundos para abastecimiento de agua potable.El caudal de diseño será igual o mayor que la demanda máxima
• • Ubicación adecuada para obtener agua de la mejor calidad • • Control, reducción o eliminación de fuentes de contaminación
y/o polución. • • Provisiones para extracción de agua de varios niveles, cuando
sea conveniente y factible. • • Definir conveniencias y factibilidad de aplicar
presedimentación del agua captada. • • Control de sedimentos, para evitar daños a los equipos y uso
excesio de reactivos en las unidades de potabilización. •
• Diseños de obras de obras de protección entre elementos de bocatoma y cámara de succión.
diaria de agua suministrada durante 20 horas de bombeo. El diámetro de la tubería de ademe será igual al diámetro de los tazones de la bomba más 2" como mínimo.
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El diámetro de perforación será igual al diametro de ademe más el espesor del empaque de grava así:
Caudal gpm ø tazones ø ademe ø perforación
menos 125 4" 6" 12 - 14 "
125 - 300 6" 8" 14 - 16 "
301 - 600 8" 10" 16 - 18 "
El material de la rejilla dependerá de la composición química del agua a extraer, previo a las pruebas de bombeo, se procederá a la limpieza preliminar del pozo y luego a su "desarrollo" mediante método apropiado.
10. ADUCCION
a. Caudal de diseño
a.1 Sistema sin tanque de Almacenamiento:
Será igual al caudal máximo horario
a.2 Sistema con tanque de Almacenamiento, antes de la red
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b. Aducción por gravedad
Las aductoras en conducto libre se dimensionarán con la fórmula de Manning; considerando el diámetro interno real de la tubería.
Se podrá usar canales cubiertos de diferentes secciones (Trapezoidal, circular, rectangular, ovoide, herraduras) y materiales (concreto, mampostería, roca, etc.), con una velocidad mínima de 0.50 m/s para evitar la sedimentación de la materia suspendida, y una velocidad máxima para evitar la erosión de las paredes, la velocidad máxima dependerá del material del canal; mampostería revestida, concreto, etc.
En conducto forzado, se podrá usar tuberías de diferentes materiales: Acero, concreto armado, hierro fundido, PVC, etc, excepto asbesto cemento, El material a usar dependerá del caudal y características del agua a transportar (dureza, incrustación, corrosión, índice de Langelier), etc. magnitud de presión de trabajo, costo, etc.
La tubería trazada siempre abajo de la gradiente piezométrica, tendrá si fuere necesario válvulas de aire y purgas de lodo.
La velocidad media de las tuberías será mayor de 0.50 m/s y menor de 2.5 m/s.
Las aductoras gravitacionales a presión se dimensionarán considerando el diámetro interno real de la tubería y la fórmula de
Será igual al caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente 24/n, siendo n número de horas de funcionamiento de la aductora en los sistemas abastecidos por bombeo de pozo n como máximo 20 horas.
En los sistemas con planta potabilizadora, la aductora captación- planta se dimensionará con 1.05 cadual de diseño para atender el retrolavado de filtros, limpieza de sedimentadores, etc.
Hazen-Williams; si ø ≤ 2" se usará la fórmula de Flamant
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c.Aducción por bombeo
El trazo de las aductoras a presión debe satisfacer simultaneamente las condidiones siguientes; menor longitud de desarrollo, suelo adecuado para asentamieneto de la tubería, profundidad de relleno 1 a 3 m ( o en su defecto construir las obras de protección necesarias), líneas piezométrica por lo menos a 7.00 m, sobre la corona de la tubería , presión estática máxima menor que 1 ½ veces la presión de trabajo de la tubería, accesibilidad y facilidad de servidumbres de paso, ubicación de válvulas de aire y purgas de lodo.
El diámetro de las líneas de impelencia se determinará a través del punto de inflexión mínimo de la curva de costo anual de inversión más operación vrs.diámetros.
11.ESTACIONES DE BOMBEO
El lugar para ubicar el tanque de succión, caseta de bombeo y subestación eléctrica debe ser amplio y protegido contra inundaciones, contaminaciones y otros riesgos.
Las casetas de control de mampostería de ladrillo y concreto armado, serán diseñadas para alojar adecuadamente los controles eléctricos, cloradores, repuestos y accesorios, operador y equipo de bombeo, cuando estos no fueren de intemperie. Las casetas tendrán servicios domésticos de agua potable, aguas negras, drenaje pluvial y electricidad, además de buena iluminación y ventilación
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Los equipos de bombeo se seleccionarán para atender el caudal máximo diario durante un período de 10 años y 20 horas/día de bombeo al final de ese período habrá un mínimo de 2 equipos, c/u capaz de atender la demanda máxima. Cuando existan más de 2 equipos, se seleccionarán de manera que el estar fuera de servicio un equipo, por reparación o mantenimiento preventivo, los restantes puedan satisfacer la demanda máxima. Cada equipo de bombeo tendrá una derivación para el control de la producción del pozo y/o del estado de funcionamiento del equipo y un medidor "En línea" para el registro continuo de la producción y la indicación instantánea del caudal bombeado. Se instalará una tubería ø 3/4" PVC adosada a la columna de descarga de la bomba para medir el nivel freático con cinta eléctrica.
Cada equipo de bombeo deberá contar en su descarga con válvula check, válvula de compuerta y manómetro después de la válvula check.
La succión tendrá un diámetro comercial inmediatamente superior a la descarga. Los tanques de succión tendrán respiradero, escotilla de inspección con escala, tubería de rebose y limpieza, además de entrada con flujo laminar proteger las bombas. La pontencia de los conjuntos elevadores se estimará con base al caudal, carga dinámica y eficiencia del conjunto.
Las instalaciones electromecánicas deberán satisfacer las Normas que especifique ANDA.
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12. ANCLAJES
El peso y dimensiones del anclaje se determinará con base al análisis estático del empuje dinámico, golpe de ariete y resitencia del suelo.
Los anclajes pueden ser de concreto simple o armado; en cambios de dirección vertical con empuje hacia arriba la tubería será anclada con abrazaderas metálicas empernadas desmontables o utilizar juntas resistentes con junta mecánicas con llave o juntas rápidas con llave.
13. OBRAS DE ARTE
Cuando el acueducto atraviese ríos y/o quebradas las obras de arte, se diseñaran conforme al proyecto a desarrollar.
14. GOLPE DE ARIETE
En líneas de impelencia se verificará la resistencia de la tubería calculando la velocidad de la onda de choque, el periodo de la línea y la sobrepresión máxima, con relación al espesor y fatiga del material para lo cual se podrán usar las fórmulas ANSI a 2150 AWWA C115 para Ho.Fo. y AWWA 975 para PVC.
Se preveera la protección de línea de impelencia contra golpe de ariete controlando tuberías de espesor adecuado, válvulas de aire de doble efecto, y cierre controlado, volantes, cámaras de aire comprimido, válvulas de alivio, columnas de equilibrio, válvulas antigolpe, etc.
15 .ALMACENAMIENTO
a. Volúmenes de Almacenamiento
Considerando las probabilidades de ocurrencia y la prioridad en las demandas, un diseño económico se alcanzará comparando el volumen necesario para atender las variaciones de consumo con la suma de los volúmenes de incendios y reparaciones o cortes de energía, para luego optar por la condición de mayor volúmen.
Para incendio se considera un volúmen de 90 m3 por sistema; para reparaciones se estimará el volúmen aducido/hora durante un mínimo de 2 horas.
b. Volumen de variaciones horarias
Los tanques se diseñarán de acuerdo a la integración de la variación horaria senoidal del día de mayor consumo y los valores de K1 y K2 consecuentemente se adaptarán los volúmenes mínimos siguientes
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• • 24 h/día de aducción 20% del consumo medio diario • • 20 h/día de aducción 30% del consumo medio diario • • 18 h/día de aducción 42% del consumo medio diario • • 16 h/día de aducción 48% del consumo medio diario
16. RED DE DISTRIBUCIONEl trazo se hará procurando obtener una red integrada por anillos de tuberías principales y secundarias con una presión residual dinámica mínima de 10 m.c.a.La presión estática máxima será de 50 m.c.a.; por ello en áreas con acentuado desnivel se dividirá la red en subredes con tanques o zonas con válvulas reductoras de presión.El diseño de las redes podrá hacerse utilizando la fórmula
15Los acueductos se ubicarán en planimetría al norte en las calles y al oriente en las avenidas, a 1.50 m. del cordón en el rodaje y a una profundidad que permita un relleno sobre la corona de la tubería 1.00 m como mínimo y de 1.80 m. como máximo, excepto en los casos que por la naturaleza de las obras sea necesario instalarlos a otras profundidades debiendo presentar alternativas de solución para su aprobación.Las tuberías de la red serán de hierro fundido dúctil o PVC, con juntas flexibles y diámetro mínimo de 2". Las redes contarán con válvulas de compuerta que permitan aislar tramos para reparación sin interrumpir el abastecimiento de otras áreas. Los ramales de relleno y secundarios en casos especiales podrán ser de ∅ 11/2" y 1" y llevarán válvulas en su unión con tuberías matrices.Las válvulas de entronque o de ø ≥ 6" se instalarán en pozos de visita y serán operadas con maneral. Las válvulas de diámetro menor se instalarán con tubo guía de ø 8" accionados mediante "dado y varilla operadora". En general deberá procurarse instalar las válvulas en pozos ubicadas estrategicamente y en la cantidad mínima necesaria.Todas las válvulas de compuerta serán de doble disco vástago no levadizo con juntas a bridas o junta mecánica.La red quedrá a un nivel superior al del alcantarillado sanitario con
de Hazen-Williams, Método de Distribución de Caudales de Hardy Cross.En casos excepcionales en que las presiones se salgan de los límites indicados (2 puntos como máximo), deberá justificarse debidamente.Las redes sin hidrantes, caso de localidades pequeñas, aledañas, sin servicio de bombeoros, se diseñarán con base al caudal máximo horario de la población de diseño.Las redes con hidrantes se diseñarán con base al caudal anterior comparado con el caudal medio diario de la población de diseño más el consumo de hidrantes optando por la condición de mayor caudal añadir.La red se diseñará con velocidades menores o iguales a 1.50 m/s los correspondientes valores de coeficiente C (Ho.Fo., 100; acero, 120; PVC, 140) y los diámetros internos reales de las tuberías.
una separación mínima libre de 20 cm.Las intersecciones de acueductos sobre colectores de aguas lluvias tendrán una separación vertical mínima libre de 10 cm.REDES DE DISTRIBUCIÓN PARA VIVIENDAS DE INTERES SOCIAL.En redes principales el ∅ min=2" Yy en ramales secundarios o de relleno ∅ = 1 1/2" y 1".
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En acueductos de topografía accidentada se podrá trazar redes con ramales abiertos, con tuberías de diámetro mínimo = 1"
Las acometidas domiciliares se proyectarán en base a una abrazadera a instalar en la tubería de conducción y tubería ø 1/2" PVC como mínimo, con su respectivo medidor domiciliar de flujo de acuerdo a modelo de ANDA.
17. POTABILIZACION DEL AGUA
a. Potabilización
Se analizará cuidadosamente los resultados obtenidos en los diferentes examenes; toxicológico, microscopico, bacteriológico, físico y químico rutinarios; del agua de la fuente con el propósito de evaluar su potabilidad de acuerdo a los límites máximos admisibles, teniendo presente la relación que deben presentar entre si los valores de los diferentes parámetros. Los resultados de las muestras deberán ser menores a los máximos tolerables por las normas acutalizadas de CAPRE, AWWA, OMS etc.
Si es necesario incluir una planta potabilizadora en el sistema, está se diseñará de acuerdo a las indicaciones de ANDA. Se reserva el derecho de analizar soluciones alternativas.
Si el agua natural presenta unicamente riesgo de
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b - Desinfección del Agua.
Se aplicará cloración a "residual libre", para obtener una concentración de 0.5 a 1.5 mg/litro de cloro libre, después de un tiempo de contacto de 30 minutos.
Se usará cloro fluído, líquido-gas, envasado a presión, 99.8 cl² en cilindros normalizados de acero con una extracción máx. 1/5 de su peso/día o Hipoclorito de calcio, con 70% de Cloro .
La aplicación de cloro debe relalizarse en puntos del sistema de caudal casi constante, para lo cual se recomienda el siguiente equipo patentado:
1. 2. Los cloradores usuales de solución a vació con bomba booster de caudal
mayor al caudal del clorador y presión mayor a la presión de la tubería 3. 1. Hipocloradores eléctricos de diafragma o pistón con tanques de solución:
para autoabastecimientos operados por el urbanizador, para evitar los riesgos de manipulación de cloro gaseoso por personal inexperto.
El tanque de solución de los hipocloradores deberán contar con un mezclador eléctrico.
contaminación fecal, la fase de potabilización se reducirá a una estación de desinfección.
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La estación de cloración debe estar en local aislado seco, freso, con luz natural, ventilación contínua, aberturas inferiores, puertas y ventanas con giro hacia afuera, reactivos y equipo de laboratorio, báscula, máscara antigas, etc.
Al diseñar la estación se debe considerar que el cloro fluido es más pesado que el aire y/o agua, corrosivo, irritante bronquial, peligroso de respirar letal a concentraciones ≥ 40 mg/L y que el hipoclorito de calcio, aunque estable, es oxidante energico que puede causar incendio o explosión al reaccionar con sustancias orgánicas o partículas metálicas.
18. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
Las tuberías y accesorios deben satisfacer las normas siguientes:
a. Tuberías y accesorios
• • Tuberías de hierro fundido dúctil:AWWA C151-ANSI A21,
51-CS B131.13 • • Accesorios de Ho.Fo. dúctil a junt arápida, mecánica o
brida:AWWA C111-110-ANSI A 21.11-10-CS 131.10-9 • • Anillo de elastómero, CS-B131-ANSI A21.11-AWWA C111. • • Tubería y accesorios de PVC: AWWA C900-CS 256-207-
ASTM D 2241-2466 • • Tubería y accesorios de Acero:AWWA C200-207-208-ASTM
A120.139 ANSI B 125.2 ASTM A 120
Tubería y accesorios de Ho.Fo, gris:AWWA C100-110 ANSI A 21.11-10-6-8.
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• • Tubería de cobre, tipo K, sin costura, flexible ASTM B88-WWT 799
b. Válvulas e Hidrantes.
• • Las válvulas de compuerta, reguladores de presión, de retención, antigolpe de
ariete, ventosas, de mariposa, globo, etc. así como los hidrantes de columna deberán de satisfacer las normas siguientes:
• • Valvulas de compuerta de Ho.Fo. montadas en bronce doble disco o disco
sólido, vástago no ascendente: AWWA C500 para redes de distribución y válvulas de compuerta Ho.Fo. con vástago ascendente con torre y tornillo externo a instalar en plantas de bombeo, ANSI B16.1 clase 250 (Presión Máxima 400 PSI)
• • Válvulas Swing-check, cuerpo de Ho.Fo. montadas en bronce: AWWA C508
ANSI B16.1-2 •
• Hidrantes para incendio, tipo tráfico con válvula de cierre por compresión: AWWA C502-ASTMB-62
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II. NORMAS TECNICAS PARA PROYECTOS DE ALCANTARILLADOS
1. ALCANCE DEL PROYECTO
Periodo mínimo deseable de diseño: 20 años
2. MAGNITUD Y DISTRIBUCION DE POBLACION FUTURA, Pn.
(Idem abastecimiento de agua)
3.POBLACION DE DISEÑO
(Idem abastecimiento de agua)
4.CAUDAL DE DISEÑO; CAPACIDAD DE LAS TUBERIAS
El caudal de diseño será igual al 80% del consumo máximo horario correspondiente al final del período de diseño más una infiltración potencial a lo largo de la tubería de 0.20 Lts/seg/ha.
La capacidad de las tuberías será igual al caudal de diseño multiplicado por un factor, el cual dependerá de la magnitud de variaciones de caudal así:
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ø COLECTOR FACTOR ø COLECTOR FACTOR
8" ≤ ø ≤ 12" 2.00 36 " 1.40
15" 1.80 42" 1.35
18" 1.60 48 1.30
24" 1.50 Interceptores
30" 1.45 o emisarios 1.20
5.CALCULOS HIDRAULICOS
Se usará la fórmula de Chezy-Manning: V = (R2/3S1/2)/n
considerando el diámetro interno efectivo de la tubería. El coeficiente de rugosidad n será de 0.015 para colectores de cemento-arena o concreto y de 0.011 para PVC donde R= Radio Hidráulico
6. LIMITES DE VELOCIDAD(A TUBO LLENO)
En colectores primarios y secunddarios: V mínima real = 0.50 m/seg. a caudal de diseño durante el primer año de funcionamiento. En colectores de urbanizaciones prevalecerá el criterio mínimo diámetro pendiente.
Velocidad máximas con el caudal de diseño:
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TUBERIAS VMAX.
PVC y hierro 4.0 m/s
Tubería de concreto 3.0 m/s
Estos límites de velocidad son para diseños a todo lleno, sin embargo, podrá diseñarse a caudal "REAL" para permitir mayores pendientes en el caso de PVC o similar.
7. DIAMETRO MINIMO DE TUBERIAS.
Colectores de pasajes peatonales (vivienda de interés
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10. MATERIAL Y SECCIONES DE TUBERIA.
Se usarán tuberías de PVC, cemento-arena, concreto simple, concreto reforzado o hierro fundido dúctil, de sección circular,para interceptores o emisarios se podrá usar canales con secciones de diferente forma (trapezoidal, rectangular, herradura, ovoide, etc.)
cuando razones técnicas o económicas lo justifiquen.
11. PROFUNDIDAD DE LOS COLECTORES.
En los tramos de conexión domiciliar, los límites de profundidad de tuberías en las zanjas, para protección contra las variaciones de
social)
PVC 6" φ si longitud ≤ 100 m.
Acometidas domiciliares 6" φ
Colectores terciarios 8" φ (cemento o PVC)
En proyectos de vivienda de interes social se podrá utilizar tubería PVC ø 6" si la longitud de la misma es menor o igual que 100.0 metros
8. PENDIENTE MINIMA.
La pendiente mínima en los tramos iniciales de la red será de 1% y en los otros tramos será 0.6%.
En casos debidamente justificados se aceptará pendiente mínima de 0.5% siempre que sea PVC y en tramos no iniciales.
9. CLASE DE SISTEMA Y TRAZO DE LA RED.
El alcantarillado sanitario será de la clase "separado absoluto de las aguas lluvias".
El trazo y configuración de la red (ortogonal, con interceptores, etc.) será una resultante del aprovechamiento optimizado de las condiciones topograficas e hidrogeológicas
carga viva e impacto serán de 1.20 a 3.00 m de relleno sobre la corona de
la tubería.
Si el espesor del relleno es menor de 1.20 m. habrá que proteger la tubería con losetas de hormigón armado sobre muros laterales de mampostería; a profundidades mayores que 3.0 m se diseñarán colectores superficiales paralelos para conectar las acometidas domiciliares.
Cuando se trate de viviendas de interés social y especificamente a tuberías de drenaje de Aguas Negras instaladas en pasajes peatonales, la profundidad podrá ser menor de 1.2 m sin necesidad de protecciones.
12. SEPARACION DE SISTEMAS.
Para evitar la contaminación del agua potable por presiones negativas, etc. deberán separarse los sistemas de abastecimiento de agua y los de alcantarillados de aguas negras así:
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En planimetría : las alcantarillas al lado opuesto de los acueductos, es decir al sur en las calles y al poniente en las avenidas, a 1.5 m del cordón en el rodaje-separación horizontal mínima: 1.50 m. (0.60 m en pasajes peatonales); los colectores de aguas lluvias se ubicarán al centro de las vías con una separación horizontal mínima igual a la anterior con relación a los acueductos y alcantarillados.
La red de alcantarillados se proyectará de manera que todos los colectores queden debajo de los acueductos con una separación mínima libre de 20 cms.
Las intersecciones de alcantarillados de aguas negras con
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13. CARACTERISTICAS HIDRAULICAS DE LA RED.
Cada tramo de colector deberá presentar las especificaciones siguientes: Material de tuberías, longitud de tramos, diámetro y pendiente de tramos, caudal de diseño y a sección plena, velocidad real y a sección plena, niveles de camas hidraúlicas al inicio y término del tramo.
El análisis de tuberías funcionando a sección parcial se determinará con el diagrama de campo y la ayuda de tablas de fórmulas de coeficientes relativos.
14. POZOS DE VISITA.
colectores de aguas lluvias tendrán una separación vertical mínima de 15 cm libres.
Las zanjas de alcantarillado no podrán utilizarse para asentar ningún otro tipo de tuberías.
Deberán permitir sin riesgos ocupacionales y con la mínima interferencia hidraúlica, fácil acceso para la observación y mantenimiento del alcantarillado.
Los pozos de visita se preveeran principalmente para inspección, eventual limpieza y desobstrucción de tuberías, así como para aforo, muestreo y analisis de aguas residuales, consecuentemente se proyectarán al inicio de colectores, puntos de convergencia de colectores, cambios de diámetro o sección, cambios de dirección o pendiente, cambio de materiales de la tubería. En tramos rectos la distancia entre pozos de visita no excederá de 100 m si φ ≤ a 24".
Podrán utilizarse pozos de visita prefabricados siempre que se compruebe su funcionalidad y resistencia.
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15. CAJAS DE INSPECCION.
Si la cama hidraúlica del pozo se encuentra a una profundidad mayor de 1.40 m se construirá un pozo de diámetro interno = 1.10 m si la profundidad es menor se construirá una caja de 1.00 x 1.00 x h. m según modelo de ANDA.
Para vivendas de interés social en las que se permitirá
16. POZOS DE VISITA CON CAJAS DE SOSTEN.
Si la tubería entrante alcanza el pozo de visita a más de un metro sobre el nivel del fondo se construirá un pozo con caja de sostén; la caída no excederá de 4.00 m, hasta 7.50 m. se usarán cajas dobles. Cuando el material sea utilizado PVC las cajas de sostén se poddr´´an sustituir por accesorios del mismo material.
Las cajas de sostén se construirán según modelos de ANDA.
Cuando desemboquen tuberías de diferente diámetro, en un pozo de visita, la de menor diámetro tendrá una caída mínima igual a la mitad del diametro mayor.
17. ALIVIADEROS.
Los pozos de visita de colectores principales paralelos a quebradas o arenales tendrán aliviaderos de rebose, para
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18. OBRAS DE ARTE.
Las obras de arte se construirán según diseño conforme a la obra a ejecutar y se justificarán con los correspondientes cálculos hidraúlicos y estructurales.
19. ESTACIONES ELEVADORAS DE AGUAS NEGRAS.
Debido a las dificultades operacionales y de mantenimiento se evitará incluir estaciones elevadoras en los sistemas de alcantarillado de aguas negras; no obstante cuando sean indispensables se diseñarán considerando las caracteristicas básicas siguiente:
Límites de velocidad para diseño de tuberías: máxima en succión = 1.50 m/s, máx. en impelencia = 2.00 m/s diámetro mínimo de tuberías de succión e impelencia = 4"; succión positiva, caudal de bombeo superior al máximo aducido, tiempo de retención de 10 a 15 min.
volumen reducido de almacenamiento-succión, impulsadores inobstruibles, velocidad angular reducida (1750 rpm), válvulas de compuerta de disco sólido y juntas de desmontaje en la succión, períodos mínimos de funcionamiento start-stop de 5 min., previsión de golpe de ariete.
Deberá instalarse un número apropiado de equipos de bombeo para cuando se suspenda la operación de una de las bombas no se interrumpa la evacuación de las aguas negras.
atender obstrucciones o reparaciones aguas abajo.
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Se utilizarán check del tipo resorte. Las estaciones elevadoras pueden tener pozo húmedo y pozo seco o bien sólo pozo húmedo; utilizando en el último caso conjuntos sumergibles de acoplamiento y operación automática con barras guías e interruptores-alternadores basculantes de mercurio. El diseño hidraúlico del pozo húmedo incluirá rebose, drenaje, rejilla
para protección de las bombas, fondo con una inclinación mínima de 45º, sumergencia adecuada para la bomba o tubería de succión y provisiones de funcionamiento sin turbulencia ni vórtices.
El diseño de la estación elevadora debe presentar condiciones adecuadas de ventilación, iluminación y seguridad ocupacional.
20. PLANTAS DEPURADORAS DE AGUAS NEGRAS.
Las Plantas de Tratamiento de Aguas Negras deberán diseñarse siguiendo las recomendaciones de ANDA entre ellas: grado mínimo de tratamiento, valor límite de los parámetros de calidad tanto del agua cruda y del efluente, procesos de tratamiento sugeridos, etc..
Deberán diseñarse con capacidad de producir un efluente que contenga un máximo de DBO5 y 60 mg/l de sólidos en suspensión.
21. ESTACIONES DE TRATAMIENTO DE DESECHOS LIQUIDOS INDUSTRIALES.
Se diseñarán conforme indicaciones de ANDA de acuerdo a la particularidad de la industria.
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22. ANCHO DE ZANJAS.
El ancho en el fondo será igual al diámetro externo de la campana de la tubería más 20 cm. a cada lado para permitir la colocación adecuada de la tubería.
23. CONEXIONES DOMICILIARIAS.
Se construirán de acuerdo a planos tipos de ANDA.
Las conexiones Domiciliares no se conectarán a pozos de visita ni a colectores cuya profundidad exceda de 3 m.
No se permitirán acometidas dobles para viviendas de interés social y tales acometidas deberán se de ∅ 4".
24.VIGAS CANAL Y TUNELES.
Se diseñarán de acuerdo al proyecto a desarrollarse y deberán adjuntarse diseño estructural y análisis de cimentaciones.
25. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES PARA SISTEMAS DE ALCANTARILLADO.
a - Tuberías.
Las conexiones domiciliares serán de cemento-arena o PVC, 6" φ .
Los colectores de φ mínimo = 8" de cemento-arena satisfacerán la norma ASTM-C14.
Las tuberías de concreto simple 10" ≤ φ ≤ 24" se fabricarán de acuerdo a las dimensiones indicadas en el plano 15A-SPU3 y norma ASTM-C14.
Las tuberías de concreto armado φ ≥ 30" se fabricarán de acuerdo a las dimensiones indicadas en el plano 15 B-SPU3 y norma ASTM-C76.
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Los agregados cumplirán la norma ASTM-C33 y el cemento portland la norma ASTM-C150. La calidad de la tubería a utilizar deberá ser comprobada antes de su colocación por un Laboratorio Calificado.
La tubería y accesorios de PVC, para alcantarillado, 100 PSI, deberán satisfacer las normas ASTM-F891, 2241-2265; CS272, con anillo elastómero ASTM D-3212.
b - Marco y tapadera de pozos.
Para transito vehicular, serán de hierro fundido, en pasajes Peatonales la tapadera será fabricada en concreto armado de acuerdo a planos tipo de ANDA.
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III. NORMAS PARA PRESENTACION DE PROYECTOS.
MEMORIA TECNICA.
Todo proyecto de Abastecimiento de agua potable y/o alcantarillado de aguas negras, deberá satisfacer las Normas Técnicas de ANDA. La presentación será integrada a través de una "Memoria Técnica del Proyecto" compuesta de:
1.1 Memoria Descriptiva
1.2 Memoria de cálculos Hidraúlicos
1.3 Memoria de cálculos estructurales
1.4 Planos
1.1 Memoria Descriptiva:
Incluirá lo siguiente:
a.- Descripción y antecedentes del proyecto.
b.- Información básica del lugar
• • Ubicación geográfica y política, clima y condiciones geológicas. • • Topografía con curvas de nivel. • • Magnitud, estructura, distribución y dinámica poblacional, según
levantamientos censales, muestreos.
• Características de las viviendas; información catastral y socioeconómica planes de desarrollo
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• • Estructura dinámica epidemiológica de enfermedades
transmisibles relacionadas con el agua consumida, excretas y aguas residuales.
• • Infraestructura de servicos públicos: electricidad, vías de
acceso, recolección y disposición final de basuras, salud,
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• • Ubicación de basureros terminales, letrimas, tanques sépticos y viviendas sin
servicio de disposición de excretas; contaminación del suelo. • • Disposición, caudal y características de los desechos líquidos industriales y/o
agroindustriales. •
comunicaciones, disposición de excretas y aguas lluvias.
c.- Abastecimiento de agua instalado. Descripción pormenorizada de todos los elementos del sistema instalado y de su funcionamiento: fuentes, caudal disponible, caudal extraído, horas de bombeo, demanda de agua, población abastecida, cobertura de conexiones domiciliares y cantareras, horas de servicio; calidad del agua y tratamiento horas de servicio, hidrometría, tarifa, deficiencias y problemas operacionales, volumen de almacenamiento, estado físico y vida útil de unidades, etc.d.- Disposición de Excretas, Aguas Negras y Desechos Líquidos Industriales.Descripción pormenorizada de todos los elementos del sistema de alcantarillado instalado (si existe).
• • Caudal y características del agua residual descargada por el
alcantarillado. • • Caudal, características y usos del receptor de aguas residuales,
aguas arriba y abajo del punto de descarga del alcantarillado.
Ubicación de manantiales y pozos.
• Presencia potencial de tóxicos químicos en los retornos agrícolas. • • Alternativas de evacuación y disposición de excretas.
e.- Análisis de Alternativas. Análisis comparativo de las alternativas posibles de solución del
problema afrontado considerando simultaneamente los factores técnicos (científicos, tecnológicos), economicos, financieros, ecológicos y sociales; con el propósito de definir la solución apropiada y factible.
f.- Descripción del proyecto a realizar. Resumen de obras proyectadas, descripción de obras pormenorizadas,
incluyendo especificaciones de materiales y equipo, de todos los elementos y unidades del sistema de abastecimiento de agua y/o alcantarillado propuesto, de acuerdo a las Normas Técnicas de ANDA.
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g.- Investigación Hidrogeológica (si el proyecto incluye autoabastecimiento de agua) Desagregada en los siguientes items:
• • Hidrología: Cuenca hidrográfica, clima, reservas forestales y
clasificación agrológica MAG, temperatura, precipitación, evaporación, escorrentía, infiltración, flujo base, aprovechamiento superficial, inventario de manantiales, calificación de área urbana VMVDU.
• • Geología: Geología superficial, geomorfología histórica,
perfiles geológicos de pozos • • Hidrogeología: Caracteristicas de las formaciones diferenciadas. • • Balance hidrológico del acuífero y la Cuenca.
• • Aguas Subterraneas: Inventario de pozos; profundidad, curvas
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• • Pozo profundo a perforar, Parámetros de diseño: diámetro y profundidad de
perforación espesor, diámetro, longitud y material de ademe; perfil geológico, registro eléctrico; longitud, espesor y material de rejillas; diámetro hidraúlico, análisis granulométrico del acuífero, forma y dimensiones de aberturas, velocidad de entrada, empaque de grava, pruebas de bombeo,( a caudal constante durante un período de 72 horas y por el método de etapas sucesivas) calidad del agua subterranea, coeficientes hidraúlicos de acuífero y pozo. Se perforará además un pozo imagen stand by o se suministrará un equipo de bombeo de emergencia.
El solicitante del permiso, deberá avisar con suficiente anticipación a ANDA la fecha de inicio de perforación. Durante las pruebas de bombeo estará presente un técnico de ANDA para comprobar el rendimiento seguro del pozo.En el caso de Urbanizaciones la Memoria Técnica incluirá lo siguiente:- Memoria Descriptiva- Memoria de Cálculos Hidráulicos- Memoria de Cálculos Estruturales(En el caso de utilizar diseños tipo de ANDA no se requerirá la presentación de cálculos estructurales)
isofreaticas, caudales explotados y capacidad específica. • • Calidad de Aguas Superficiales y Subterranea. •
• Riesgos de contaminación.
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• • Información Básica del lugar • • Topografía con curvas de nivel • • Número de lotes y población • • Infraestructura de servicios de agua potable y alcantarillado
sanitario existentes en la zona y que se relacionen con el proyecto.
• • Descripción del proyecto a realizar • • Incluir el literal g) de la información requerida para proyectos
de agua potable y alcantarillado
1.2 Memoria de Cálculos hidraúlicos.1.3 Memoria de Cálculos estructurales.1.4 Planos.a. Hijuelo y tres juegos de copias heliográficas.b. DETALLES
1. Norte magnético, curvas de nivel y elevación de bancos de marca geodésicos.
2. Ubicación, límites y colindantes del terreno3. Ubicación de ríos, quebradas, etc. y obras de arte,
4. Angulos de alineamiento de tuberías. Ubicación y detalles de anclajes superficiales
37 5. Longitud, diámetro, material y clase de tuberías; caudales y
velocidades. 6. Niveles de intersección y elevaciones claves de puntos y obras.7. Ubicación de válvulas, hidrantes y accesorios.
8. Plano de distribución de lotes: cuadro general de áreas (total, útil y verde); Nombres de calles, Avenidas y pasajes; cuadro detallado de áreas de lotes.
9. Terrenos y servidumbres de agua potable y/o aguas negras.10. Ubicación y número de pozos de visita; dirección de flujo.11. Longitud, diámetro, pendiente y material de tuberías/tramo.
12. Profundidad de pozos de visitas y niveles de: tapadera, fondo, llegada y salida.
13. Caudal y velocidad a sección plena.14. Caudal y velocidad de diseño.15. Niveles de terrazas referenciados a bancos geodésicos.
16. Detalles de entronques a la red; pozos, accesorios y/o piezas especiales.
Los anclajes enterrados se definirán durante la ejecución de las obras y deberán ser aprobados por ANDA.c. Plantas y Cortes (Hidraúlicos, Estructurales, etc.) de los diferentes elementos y unidades de los sistemas: Obras de Capacitación, Estaciones de Bombeo, Planta Potabilizadora, Tanques de Almacenamiento, Pozos de visita,Obras de arte (estructuras de Paso), etc; a escalas adecuadas.
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d- Dimensiones de Planos.
Ancho Largo modular Módulos
(cm) (cm) (No)
30 21 1 a 10
42 30 2 a 8
60 42 2 a 5
84 60 1 a 4
1.5 Notación y Simbología.
a.- Notación.
P = población R = Radio hidraúlico L = Longitud de la
tubería.
q = Dotación S = Pendiente de la Hf= perdida por
tubería. fricción.
Q = Caudal φ = Diametro de la Hd= carga dinámica
tubería .
v = velocidad Hg= Carga geométrica J = Perdida de carga
unitaria
b.- Simbología.
Se utilizarán símbolos usuales convencionales
para los siguientes dispositivos y/o artefactos.
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1 - Válvula de compuerta
2 - Válvula de Retención o check
3 - Válvula de Globo
4 - Válvula de Flotador
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11- Codo 45º
12- Codo 22 ½ º
13- Tee Normal
14- Tee Reductora
5 - Válvula de Mariposa
6 - Compuerta
7 - Válvula de Pie con granada
8 - Junta Gibault
9 - Unión Universal
10- Codo 90º
15- Yee 45º
16- Reducción Cónica Concéntrica
17- Cruz normal
18- Hidrante
19-Manómetro
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20- Válvula de Aire
21- Hidrómetro
22- Pozo de visita
23- Caja de Visita
24- Bomba Centrífuga
25- Válvula contra golpe de ariete
26- Cilindro de cloro
27- Válvula Reductora de Presión
28- Anclaje
29- Pozo Perforado.
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2. PROYECTOS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO DERIVADOS DE LOS SISTEMAS DE ANDA.
Son proyectos que no incluyen todos los elementos especificados en las normas técnicas y que se reducen al diseño de redes secundarias y/o sistemas parciales, alimentados por uno o más puntos de la red
pública. En Alcantarillados son extensiones de redes.
En esos casos se procederá así:
2.1 URBANIZACIONES.
a - Factibilidad de suministro de servicios.
Se solicitará a ANDA certifique la factibilidad de suministro de servicios de acueducto y alcantarillado.
La solicitud debe adjuntar 2 juegos de copias heliográficas de planos conteniendo los detalles siguientes: Ubicación del terreno a urbanizar, curvas de nivel ó niveles de terrazas referenciados a bancos de marca geodésicos, recibo por tramite, fotocopias de escritura del terreno, escritura de constitución de la sociedad cuando se trate de persona jurídica, constancia de representación legal; dirección, teléfono y No. de CIP del solicitante.
La solicitud según modelo, dirigida a GEPROY/ANDA, proveerá la información siguiente: Nombre de la Urbanización, Ubicación, propietario y datos característicos: (área total, No. de lotes, área útil y área media de lotes)
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Si la infraestructura instalada de Acueductos y Alcantarillados tiene capacidad suficiente para proporcionar abastecimieto de Agua a caudal y presión dinámica terminal adecuados, así como capacidad hidraúlica en los colectores; el diseño de las redes de acueductos y alcantarillados, seguirá su desarrollo normal conforme la información técnica suministrada por ANDA en la resolución favorable, con un año de vigencia.
b - Abastecimiento por Sistema Indirecto.
Cuando la infraestructura instalada de acueductos carece de presión dinámica adecuada debido a la ubicación topográfica de la urbanización; y solamente puede proporcionar los volumenes de agua demandados, la resolución de solicitud de factibilidad puede ser favorable para diseñar un sistema indirecto de abastecimiento operado y mantenido por el propietario del proyecto; El sistema tendrá cisterna, bombeo directo a la red secundaria y neutralización de variaciones horarias y cubrimiento de interrupciones en el servicio por medio de tanques inferiores o superiores.
La capacidad hidraúlica residual de los colectores de aguas negras puede hacer factible la extensión y entronque a la red secundaria.
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2.2 EDIFICACIONES EXTENSAS Y/O ELEVADAS.
El abastecimiento directo de edificaciones extensas y/o de varios niveles; tales como Hospitales, Hoteles, Mercados, Centros Comerciales, etc., requiere de presiones dinámicas residuales que exceden los valores normales de diseño de la red; por ello cuando el sistema instalado puede atender los volúmenes demandadas de agua; puede ser factible el diseño de un subsistema de abastecimiento indirecto o mixto.
La configuración y diseño de la red interna de abastecimiento de agua de estas edificaciones presenta características, elementos y principios particulares: acometida domiciliar, cisterna, red de distribución, cisterna de incendio; ramales, subramales, sistemas hidroneumáticos o de caudal variable; debiendo ser diseñados con base al consumo Simultáneo probable de los artefactos o al uso simultáneo de todos los artefactos, según el caso.
La configuración y diseño de las redes internas de aguas negras de estas edificaciones presenta en forma análoga elementos y principios peculiares, además de columnas y ramales de oxigenación, presión
atmosférica para sifonaje y liberación simultánea de gases.
3. PAGOS PREVIOS.
Los instrumentos legales de ANDA determina diferentes tasas y pagos previos por los siguientes conceptos:
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a- Solicitud de factibilidad de servicios de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario.
b- Revisión y aprobación de Memorias y Planos de Acueducto y/o Alcantarillado Sanitario-Tasa por m² de área total.
c- Pruebas hidraúlicas, limpieza, desinfección y recepción de Acueductos y/o alcantarillados Sanitarios - Tasa por m² de área útil.
d- Cobertura proporcional del costo de las obras de los sistemas de infraestructura hidraúlica: Captación, Aducción, Almacenamiento, Distribución, Colectores primarios, etc. Tasa por m²
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de área útil.
e- Aporte ecológico - Tasa por vivienda, etc.
4. RESPONSABILIDAD TECNICA.
Las fases de Diseño y Construcción estarán bajo la responsabilidad de un Ingeniero Civil o Arquitecto legalmente autorizado para el ejercicio profesional. Consecuentemente toda documentación técnica y obra fisica tendrá su aval.
ABREVIATURAS UTILIZADAS:
h = Coeficiente de rugosidad(aguas negras)
n = Período de diseño.
Pn = Población de diseño.
Po = Población Inicial
L/p/D = Litros/persona/día
dot. total = dotación total
L/m²/D = Litros/metros cuadrados/día
L/hab/D = Litros/habitante/Día
L/alum/D = Litros/alumno/Día
L/cons/D = Litros/consultorio/Día
L/asie/D = Litros/asiento/Día
L/bom/D = Litros/Bomba de Combustible/Día
L/p/turno = Litros/persona/turno
L/kg r seca = Litros/Kg de ropa seca
L/s/hidr. = Litros/segundo/hidrante
NMP = Número más probable.
L/s/ha = Litros/segundo/hectarea
m.c.a. = metros de columna de agua
PSI = libras/pulgada cuadrada
φ = diametro nominal
V = velocidad
L/s = Litros/segundo
APHA = American Public Health Association
OMS = Organización Mundial de la Salud
AWWA = American Water Works Association
CAPRE = Comite Coordinador Regional de Agua
Potable y Saneamiento
ANSI = American National Standard Institute
ASTM = American Society for testing Materials
CS = Comercial Standars
R = Radio Hidráulico
S = Pendiente de tubería
T.C. = Tubería de cemento
GPM = Galones por minuto
m/s = metros por segundo
A.N = aguas negras
Ho. Fo. = hierro fundido
PVC = Cloruro de Polivinilo
mg/L = Miligramos/Litro
L/cama/D = Litros/cama/Día
Kg/cm² = Litros/centimetro cuadrado
ITEMS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
a. Planimetrías
Conj. de Obras del
Proyecto.
Línea de aducción
Red de Distribuc.
Red de Alcantaril.
Gral. Topográfico
b. Perfiles
Líneas de aducción
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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X X
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X X X
X
X
X
Líneas de aducción
Alcantarillado
ESCALAS LIMITES : PLANIMETRIAS 1:2000; PERFILES 1:200 - 1:2000
Peso Específico - Una medición del peso/área. Los pesos específicos más altos proporcionan mayores pesos por pie cuadrado para el mismo espesor. Los pesos más altos se obtienen al poner más duro el compuesto o al aumentar los niveles del agregado. Por lo general, los pesos específicos sobre 1.30 se obtienen al aumentar el nivel de los agregados de bajo costo. Estos tienen un efecto nocivo en la resistencia a baja temperatura.
Resistencia a la Tracción - Una medición de la resistencia última de un material. La resistencia a la tracción es generalmente expresada en unidades psi ( libras por pulgada cuadrada). El valor se calcula para que represente las libras que son necesarias para que se rompa la muestra que es de una pulgada de ancho y una pulgada de espesor. La otra unidad que se utiliza normalmente es lb/pulgada de ancho. Esta es una forma directa de medir la resistencia de una muestra de una pulgada de ancho con el espesor dado en su elaboración. Son convenientes las resistencias a la tracción altas y normalmente se especifica un valor mínimo sin indicar el máximo. Sin embargo, los compuestos más duros entregarán resistencias a la tracción más altas - generalmente a expensas de la resistencia a temperatura baja. Los valores de Módulo al 100% se utilizan para prevenir que los compuestos sean demasiado duros.
Módulo al 100% - Una medición de la fuerza que se requiere para elongar una muestra al 100%. El Módulo al 100% es una medición de la tirantez (dureza) del compuesto. Los valores del Módulo al 100% más bajos provienen de compuestos más suaves y los valores del Módulo al 100% más altos provienen de compuestos más duros. Usualmente se especifica un rango aceptable con el fin de que resista un estiramiento fácil (muy blando) y que entrega una resistencia razonable a la temperatura baja.
Elongación – Una medición de extensibilidad última del material. Generalmente, los compuestos más blandos entregan valores de elongación más altos - los compuestos más duros y los compuestos demasiado llenos generalmente entregan valores de elongación más bajos. Normalmente se especifica un valor mínimo sin indicar el máximo.
Rasgado Elmendorf - Una medición de la resistencia de la lámina a la propagación del rasgado. Los compuestos más suaves y los compuestos demasiado llenos entregan valores al rasgado más bajos - los compuestos más duros entregan valores al rasgado más altos. Son convenientes los valores altos. Normalmente se especifica un valor mínimo sin indicar el máximo. Los valores bajos también pueden indicar una mala fusión del compuesto (corrida de producción muy fría).
Rasgado Graves - Una medición de la resistencia de la lámina a la iniciación del rasgado. Es similar a la prueba de rasgado Elmendorf pero realizada a velocidad baja. Los compuestos más suaves y los compuestos demasiado llenos entregan valores al rasgado más bajos - los compuestos más duros entregan valores al rasgado más altos. Son convenientes los valores altos. Normalmente se especifica un valor mínimo sin indicar el máximo. Los valores bajos también pueden indicar una mala fusión del compuesto (corrida de producción muy fría).
Extracción de Agua - Una medición de la solubilidad del compuesto de ingredientes en el agua. Los valores de extracción altos indican una mala selección de los ingredientes del compuesto. Un requisito razonable es un máximo de extracción de un 0.3%. Son convenientes los valores más bajos.
Volatilidad - Una medición de la pérdida del plastificante debido a evaporación a elevadas temperaturas. La Volatilidad es una buena medición de la permanencia de un plastificante. Las altas volatilidades generalmente indican una mala selección del plastificante y significa un mal rendimiento de la lámina a largo plazo. La Volatilidad es una de las mediciones más importantes para determinar la calidad de un producto.
Impacto Grieta Fría - Una medición de la resistencia de la lámina a un impacto fijado a temperaturas reducidas. Es conveniente una resistencia a temperaturas más bajas. Normalmente se especifica un valor mínimo. Se debe tomar especial cuidado al revisar las especificaciones, puesto que hay varios ensayes de pruebas de resistencia a baja temperatura. Varían extensivamente en cuanto a severidad e interpretación. La ASTM D1790, que es la prueba de ensaye de impacto al punto de grado máximo de tensión, que es una prueba de impacto comúnmente más usada en productos de PVC de revestimiento de lagunas.
Estabilidad Dimensional - Una medición de los cambios dimensionales de la lámina a temperaturas elevadas sin esfuerzo. Un alto número de agrietamiento indica una deformación excesiva durante el proceso y/o débil estabilidad del
producto. Normalmente se especifica un máximo de cambio y son convenientes los valores más bajos. Criterios de diseño para tuberías de PVC
ANTECEDENTES DEL MANUAL
La tubería hidráulica de PVC con campa anillo de elastómero de gran aceptación en el mundo, inicia su historia en Latinoamérica en el año 1964 con lo instalación de las primeras redes.
Las técnicos utilizadas se basaron en la experiencia de varios países europeos, especialmente Alemania, en donde ya se usaba con éxito desde 15 años antes.
En el período de 1964 a 1970 creció su demanda en el campo del abastecimiento de agua junto con ésta la necesidad de mayor difusión de literatura técnica sobre el diseño de redes y los criterios de instalación más apropiados.
En este lapso se empezaron a usar también en Estados Unidos el mismo tipo de tubería y las compañías fabricantes en ese país efectuaron muchos estudios y publicaciones técnicas.
Poro poder realizar esto publicación denominada "Criterios de diseño para tuberías de PVC", se recopiló información de más de 30 países, se estudiaron sus normas y se enviaron técnicos a varios países a consultar directamente con las personas más actualizadas y con experiencia en esta materia; se cambiaron impresiones con técnicos canadienses, americanos, brasileños, alemanes, argentinos, venezolanos, etc. Se participó en convenciones de los organismos internacionales y extranjeros más prestigiados en el campo de normas como son ISO, PPI, AWWA, DIN y ASTM.
1. HISTORIA
La tecnología de los plásticos parece ser tema complejo a simple vista. Esto es ocasionado por ser materiales relativamente nuevos en el campo de la conducción de agua potable y además por el vocabulario técnico tan extenso y nuevo producido paro clasificar, identificar y describir los diferentes plásticos. En Chile se ha acentuado, por la carencia de literatura técnica especializada en español.
La American Society for Testing And Materials (ASTM) Comité D-20 define Plástico como: "Un material que contiene esencialmente moléculas orgánicas de muy alto peso molecular, sólido en su estado final y en alguno etapa de su fabricación es formado por flujo a su forma final".
La gama de características y propiedades de los plásticos es probablemente mayor que la existente entre los diferentes metales (plomo - cobre - acero, etc.). Entre los plásticos más comunes (PVC - ABS - Polietileno - Expoxy), hay grandes diferencias en sus propiedades físicas y químicas: así mismo cada uno de éstos tiene diferentes tipos y grados. Los tipos y grados de cada plástico se refieren a una clasificación basada en las propiedades físicas y químicas. Por ejemplo el PVC tiene 4 tipos, los cuales a su vez pueden tener varios grados, así el Tipo 1 tiene excelente resistencia a la tracción y buena resistencia química aunque su resistencia al impacto es menor a la del tipo II, éste a su vez no tiene tan buena resistencia a la tracción y a los agentes químicos (corrosión) como el tipo I, pero presenta mayor resistencia al impacto.
De estas variedades el PVC tipo I, Grado I, es el que reúne las características físicas y químicas más apropiados para la fabricación de tuberías para abastecimiento de agua.Para la mejor identificación, de los variedades de PVC antes mencionados se les ha dado una clave compuesta de cuatro números: El primer número se refiere al tipo de PVC, el segundo número se refiere al grado del mismo y el 3 y 4 se refiere al esfuerzo de diseño empleado, dividido entre 10, así tenemos que el PVC 1114 es el tipo I grado I, con esfuerzo de diseño a la tensión de 140 kg/cm2.
Lo tubería de PVC fue desarrollada por primera vez en Alemania alrededor de 1930 y desde entonces ha ganado gran aceptación mundial.
La aceptación de los tuberías de PVC se debe a sus ventajas económicas y técnicas. Algunas de estas propiedades son:
Gran resistencia a la corrosión Bajo coeficiente de fricciónAlta resistencia química Bajo pesoAlta resistencia al envejecimiento Facilidad de instalaciónBajo coeficiente de elasticidad Gran resistencia al golpe de ariete Como todos los materiales, el PVC tiene ciertos limitaciones, los cuales se comentan a continuación:
a) A temperaturas cercanas o inferiores a 0ºC la resistencia al impacto se reduce.
b) Para conducción de fluidos a presión y a temperaturas mayores de 25ºC, debe aplicarse un factor para reducir la presión máxima de trabajo o aumentar el espesor mínimo de pared del tubo, ver anexo 2.
c) La tubería de PVC tipo I grado I no debe quedar expuesta a los rayos solares por períodos prolongados, ya que éstos pueden afectar ciertas propiedades mecánicas del tubo.
Las tuberías de PVC se emplean extensamente en instalaciones hidráulicas (redes de distribución y conducción de agua), instalaciones eléctricas (como protector de cables), industriales (conducción de fluidos corrosivos), gas natural y L.P. (líneas de distribución de gas), etc.
Este manual se ha preparado para que los ingenieros y técnicos puedan determinar rápida y correctamente la clase* del tubo a usarse bajo las diferentes condiciones de zanja, presión interno, cargas externas, etc.
Las dimensiones usadas en este manual son los mínimas de la Norma Chilena NCH 397, NCH 399 y NCH 815.
En el anexo 1 se da una lista de la nomenclatura empleado en el presente manual.
* Clase indica la presión de trabajo de cada tubo.
II. COMPORTAMIENTO DE LAS TUBERIAS DE PVC
a. Resistencia Química
La tubería de PVC es altamente resistente al ataque químico de suelos agresivos, de aguas conducidas y en general de ácidos, álcalis y soluciones salinas.
Al PVC no le afecta el agua y absorbe solamente 0,1 a 0,4% de su peso después de una inmersión de 48 horas (ver norma NCH 399).
Se ha demostrado que el ataque de algas, hongos, bacterias, etc. carece de importancia por no haber material nutriente en el PVC.
b. Resistencia y propiedades físicas del PVC tipo I grado I clasificación 1114.
A continuación se enumeran las características más importantes de acuerdo a los métodos recomendados por ASTM.
Características Valor Métodos de Prueba ASTM
Densidad 1,4 g/cm3 -Resistencia mínima al impacto - lzod.
3,55 cm/kg f/cm de ranura D - 256 – 73c
Resistencia mínima a la tensión
492 kg f/cm3 D - 638 - 76
Temperatura mínima de deflexión
70ºC D - 648 - 72
Módulo de elasticidad 2,81 x 104 kg/cm2 D - 638 - 76Resistencia química H2SO4 (conc. 93%, 14 días y55ºC)
incremento de peso máx. 5%.Aceite ASTM Nº3 (30 días y 23ºC) incremento de peso rnáx. 1%
D - 543 - 67
D - 471 - 75
Flamabilidad Autoextinguible ∆ D - 635 - 76Dilatación térmica lineal 0,08 mm/m/ºC de tº
Las tuberías de PVC están diseñadas para trabajar dentro de su límite elástico, al igual que las tuberías de acero y en general de todas aquéllas fabricadas con materiales clasificados como visco-elásticos.
Los materiales plásticos se pueden comportar plástica o elásticamente en función de la temperatura, esfuerzo y tiempo. Esto se comprenderá fácilmente con los ejemplos siguientes:
Si a una barra de acero se le mide su resistencia a la tensión hasta el punto de falla, el valor de dicho esfuerzo de tensión será el mismo si la prueba se realiza en un tiempo de 5 minutos que en 1000 horas. Sin embargo, si se calienta la barra de acero se observa que ésta es más resistente a la tensión cuando la prueba se hace en 5 minutos que cuando la prueba se lleva a cabo en un período de 1000 horas. En el último caso la barra se comportó plásticamente debido a la influencia de la temperatura,
Como ejemplo del comportamiento plástico de los materiales en función del esfuerzo, se tiene el de un puente calculado para soportar una carga máxima de 50 toneladas. Si un camión de 25 toneladas pasa 50.000 veces el puente se flexiona elásticamente cada vez que pasa el camión sin que sean afectadas sus propiedades mecánicas. Sin embargo, si un camión con carga mayor de la prevista en el diseño del puente pasa una sola vez sobre éste, el puente se flexiona plásticamente y ya no vuelve a su estado original, debido a que el límite elástico fue sobrepasado.
A continuación se da un ejemplo del comportamiento elástico del PVC en relación al tiempo.
El esfuerzo a la tensión del PVC tipo I grado I (con el que se fabrica la tubería para conducción de agua a presión), tiene un valor mínimo de 450 kg/cm2 cuando el tiempo de prueba es de 60 a 90 s. Si esta prueba se efectúa en un tiempo de 1000 horas el esfuerzo a la tensión es de 364 kg/cm2. A su vez si esta prueba se efectúa en un período de 100.000 horas el esfuerzo a la tensión es de 305 kg/cm2.
Como se puede ver, para conocer los valores de esfuerzo del PVC a largo plazo, es necesario efectuar pruebas a tiempos muy largos, y los equipos convencionales para efectuar estas pruebas (Máquina Universal, etc.) resultan imprácticos. Por esta razón ASTM (33) en conjunto con otras instalaciones desarrollaron el método que a continuación se describe para encontrar la curva de esfuerzo del PVC y otros materiales plásticos.
A una serie de tubos de PVC se les aplican diferentes presiones hidráulicas internas constantes y los tiempos de falla se grafican en función de los esfuerzos de tensión de falla.
El esfuerzo a la tensión que hace fallar al tubo se obtiene teóricamente empleando la ecuación universalmente aceptada, según recomendación ISO-R-161 para tubos de materiales plásticos para el transporte de fluidos: (Porte I: Serie Métrica),
( )e
eDPS
2
−=
Los resultados de estas pruebas se trataron estadísticamente para determinar la curva más representativa. En miles de pruebas efectuadas a especímenes de tubos de PVC tipo I grado I, se encontró que el resultado representado en papel logarítmico era una línea recta y que las variaciones en los resultados de estas pruebas en los diferentes compuestos son insignificantes, Fig. Nº 1.
Figura Nº 1. Esfuerzo de tensión de falla debido a presión hidrostática interna en una tubería fabricada con resina de PVC tipo I grado I (PVC 1114) en función del tiempo de prueba según norma ASTM - 2837 – 1969.
A continuación se anotan algunos de los resultados:
Tiempo hasta falla Esfuerzo a la tensión sostenido hasta falla
60 - 90 s 450 kg/cm2
1.000 horas 364 kg/cm2
10.000 horas 333 kg/cm2
100.000 horas 305 kg/cm2
50 años 288 kg/cm2
500 x 107 140 kg/cm2
Los valores a largo plazo reportados inicialmente se tomaron extrapolando los resultados de pruebas de laboratorio a corto plazo. A medida que el tiempo ha transcurrido se ha ido confirmando la veracidad de esta extrapolación. En la actualidad se tienen datos reales con antigüedad mayor a 20 años.
Para comprender más fácilmente este gráfico es importante observar que los puntos en él, se obtuvieron manteniendo el esfuerzo en las paredes del tubo constante, por medio de presión hidráulica interna hasta provocar falla y estos esfuerzos se grafican en función de los tiempos de falla.
Esto quiere decir que si se mantiene un esfuerzo constante en las paredes del tubo 305 kg/cm2 el tubo fallará a los 11,4 años.
Si un tubo se mantiene con un esfuerzo de 140 kg/cm2 por un período de 11.4 años y si se le somete al final de este período a un esfuerzo a la tensión hasta fallar entre 60 - 90 segundos, la falla ocurre a un esfuerzo mínimo de 305 kg/cm2 o sea el mismo valor que se obtiene en las tuberías recién fabricadas.
Esto se debe a que el tubo trabajo dentro de su límite elástico sin sufrir cambios en sus propiedades mecánicas originales.
Presiones de trabajo y relación de dimensiones.
Las tuberías de PVC para conducción de agua están calculadas con el esfuerzo permisible de diseño de 100 kg/cm2
para asegurar que la tubería de PVC siempre trabaje dentro de su límite elástico.
La selección del valor de esfuerzo de diseño parte básicamente de dos criterios, el norteamericano y el alemán. Estos países son los que han hecho más estudios y más han contribuido con la información al respecto. El resto de los países, incluyendo a Chile, han tomado como base para sus normas uno u otro criterio, haciéndole ciertas variaciones.
Es lógico pensar que cada país en función de sus condiciones climatológicas, de suelo, de disponibilidad de materias primas, de condiciones de instalación y de otros factores, han modificado, de acuerdo a sus necesidades, cualesquiera de los dos criterios base seleccionados como patrón. Como ejemplo Inglaterra y Holanda, que siguieron al principio el criterio alemán, en la actualidad usan esfuerzos de diseños superiores a la Norma alemana.
En el caso de Chile se consideró en el estudio de la Norma un esfuerzo permisible de diseño de 100 kg/cm2.
Los espesores de pared de los tubos de PVC están calculados de acuerdo con la expresión dada en la Norma ISO-R-161 para tubos de plástico para conducción de fluidos a presión:
( )e
eDPS
2
−=
En donde:
S = Esfuerzo de diseño o sea el esfuerzo hidrostático máximo de trabajo = 100 kg/cm2
P = Presión máxima de trabajo (kg/cm2)D = Diámetro exterior (cm)e = Espesor mínimo de pared (cm)
La nomenclatura empleada para definir las presiones de trabajo en función de la Relación de Dimensiones "RD" está de acuerdo a Ia norma ASTM D-2241-711 y se expresa con la siguiente ecuación:
e
DRD =
En donde:
D = Diámetro exterior (cm)e = Espesor de pared mínimo (cm)
Combinando las dos ecuaciones anteriores se tiene:
( )2
1..................1
2 PRDSRD
P
S −=−=
De acuerdo a lo anteriormente expuesto se ha seleccionado el valor de 100 kg/cm2 (S) como el esfuerzo de diseño para asegurar que el tubo de PVC trabaje siempre dentro de su régimen elástico.
Para relacionar los esfuerzos a la tensión con la presión de trabajo se da el siguiente ejemplo:
Se tiene un tubo de PVC con un diámetro exterior de 110 mm y con un espesor de pared mínimo de 3,4 mm.
Este tubo equivale al diámetro nominal de 110 mm (4"), (Tabla l).
Usando la ecuación: 35,324,3
110 =⇒== RDe
DRD
Por lo tanto el tubo es 110 mm (4") RD 32,35
Para calcular la presión de trabajo del tubo se aplica la ecuación:
( )2
1 PRDS
−=
Como anteriormente se explicó, se tomo el valor S = 1 00 kg/cm2 sustituyendo se tiene:
135,32
1002
1
2
−=
−= x
RD
SP
2/37,6 cmkgP =
Esta es la presión de trabajo para tubos Clase 6.
La presión mínima de ruptura (entre 60 y 90 s) para este ejemplo se calcula usando 450 kg/cm2 como valor S, o sea que la presión de ruptura es igual a:
135,32
4502
1
2
−=
−= x
RD
SP
2/70,28 cmkgP =
De aquí se deduce que el factor de seguridad es:
50,437,6
70,28
Pr
Pr ===trabajodeesión
rupturadeesiónseguridaddeFactor
Tabla I. Dimensiones de tuberías de PVC.Diámetr
oExterio
rClase 4 (RD=50) Clase 6 (RD=34) Clase 10
(RD=21)Clase 16 (RD=13)
Real(mm)
Nominal
(pulg)
Espesor
(mm)
Pesokg/tir
a
Espesor
(mm)
Pesokg/tir
a
Espesor
(mm)
Pesokg/tir
a
Espesor
(mm)
Pesokg/tir
a20 ½ 1,5 0,8325 ¾ 1,5 1,0532 1 1,8 1,5940 1 1/4 1,8 2,02 2,0 2,2150 1 1/2 1,8 2,55 2,4 3,3463 2 1,9 3,43 3,0 5,22 4,7 7,8875 2 1/2 1,8 3,93 2,2 4,78 3,6 7,47 5,6 11,1490 3 1,8 4,74 2,7 6,93 4,3 10,73 6,7 16,00110 4 2,2 7,12 3,2 10,07 5,3 16,03 8,2 23,95125 4 ½ 2,5 9,10 3,7 13,10 6,0 20,54 9,3 30,69140 5 2,8 11,33 4,1 16,39 6,7 25,75 10,4 38,58160 6 3,2 14,87 4,7 21,33 7,7 33,75 11,9 50,32180* 7 3,6 18,66 5,3 27,01200 8 4,0 22,94 5,9 33,29 9,6 52,76 14,9 79,26250 10 5,0 35,31 7,3 51,94 12,0 82,50 18,6 123,2
4315 12 6,2 56,38 9,2 82,50 15,2 130,6
3355 14 7,0 71,82 10,5 105,2
117,1 169,4
7400 16 8,0 91,35 11,7 132,9
319,2 212,3
0*: Sólo se fabrica en tubería tipo colector.
Esto quiere decir que como el tubo trabaja siempre dentro de su régimen elástico, el factor de seguridad siempre es de 4,5.
Al juzgar este factor de seguridad debe tomarse en cuenta que no es afectado por cargas externas.
Así también se deduce que para esta tubería falle en 11,4 años es necesario someter al tubo continuamente a una presión hidrostática de 15,3 kg/cm2 o sea, más del doble de la presión de trabajo.
Para que este tubo falle en 50 años se requeriría que continuamente estuviera sometido a una presión hidrostática de 14,4 kg/cm2.
En la tabla II se consignan Ias presiones de trabajo y presiones de ruptura para las distintas clases.
TABLA II. Presiones de trabajo y presión de ruptura en tubería de PVC.Relación de dimensiones
Presión mínima de ruptura según
Presión máxima de trabajo
Clase norma Duratec16 68 kg/cm2 16 kg/cm2
10 51 kg/cm2 10 kg/cm2
6 28 kg/cm2 6 kg/cm2
4 22 kg/cm2 4 kg/cm2
III. ESPECIFICACIONES
a) Sanitarias
La National Sanitation Fundation de la Universidad de Michigan (NSF), así como la Organización Panamericana de la Salud, estudiaron extensivamente la tubería de PVC para uso de agua potable y encontraron:
1. Las tuberías de PVC no imparten al agua sabor ni olor.
2. Las tuberías de PVC no contaminan el agua, para lo cual se hicieron pruebas de contenido de plomo, cadmio, bario y cobre en el agua de contacto.
3. Las tuberías de PVC no son susceptibles al ataque de roedores.
4. Las tuberías de PVC son resistentes al ataque de productos usados para el tratamiento de las aguas conducidas.
En Chile la no toxicidad de los tubos de PVC es garantizada por la Norma NCH 884 que especifica que el contenido de plomo y cadmio en el agua de contacto obtenida debe ser inferior a 0,05 y 0,01 ppm respectivamente y la Norma NCH 769, que establece el método de extracción de substancias contenidas en tubos de plástico por contacto con agua potable.
b) Dimensionales
En la Norma NCH 399 se indican los diámetros externos, espesores de pared, excentricidad, ovalidad y longitud de los tubos y conexiones de PVC, con lo que se garantiza la interconexión e intercambiabilidad de las piezas.
c) Físicas y Químicas
Las pruebas más importantes a las que se deben someter los tubos y conexiones de PVC son la presión de ruptura y presión sostenida por un período largo (1.000 hrs), las cuales representan en forma estricta las condiciones a las que va a ser sometida la tubería durante su trabajo normal, y por último la resistencia a la acción de la acetona, la absorción de agua, aplastamiento y combustibilidad.
d) Acoplamientos
Existen dos tipos de acoplamientos para las tuberías de PVC empleadas en la conducción de agua.
1. Unión espiga campana con anillo de elastómero. 2. Unión pegada con cemento solvente.
Dado el tipo de obra existente en Chile, para las instalaciones de redes de agua potable y las condiciones en el campo, es recomendable la unión espiga-campana con anillo de elastómero. Para su correcta instalación deberán seguirse las recomendaciones de DURATEC-VINILIT.
IV. CRITERIOS DE DISEÑO
a) Diseño Hidráulico
a1) Pérdida de carga por fricción
Los criterios para determinar las pérdidas por fricción en conducción de agua en tuberías, datan aproximadamente de 200 años atrás.
En la actualidad, con técnicas modernas, se han podido obtener criterios más exactos para determinar las pérdidas por roce, como ejemplos de las diferentes expresiones usadas se tienen las de:
Chezy RiCVc
=
Darcyg
Vx
D
fJ
2
2
=
Hazen-Williams 54,063,25,278 JCwDQ =
Manning 2/13/2 irN
AQ =
Uno de los factores que influyen en las pérdidas por roce, es la rugosidad de las paredes del tubo. Las pérdidas por fricción aumentan con la rugosidad del tubo. El acabado interior de las tuberías DURATEC-VINILIT es el más terso existente. El terminado de la tubería DURATEC-VINILIT es de 40 a 50 micro-pulgadas, esto significa pérdidas por roce menores que en las tuberías convencionales.
El laboratorio de Hidráulica Alden del Instituto Politécnico Worcester, efectuó una serie de investigaciones para determinar las constantes de Hazen-Williams "C" y Manning "n".
Se puede observar que para Hazen-Williams el valor C = 150 corresponde a un valor conservador y cabe hacer hincapié que es el mismo valor empleado por:
AWWAU.S. Department of Agriculture National Engineering Standars PPI Farmers Home Administration
En el anexo 4, se representan las pérdidas de carga por fricción en función del gasto y sus correspondientes velocidades.
Es importante para el cálculo hidráulico, considerar los diámetros internos reales de la tubería PVC especificados en la Tabla I, ya que el diámetro nominal corresponde al diámetro exterior de la tubería.
a2) Golpe de Ariete
Al efecto de la propagación de ondas de presión, en una tubería de conducción de agua, se le llama golpe de ariete. Si una válvula se cierra bruscamente se produce una onda de presión, que puede afectar a las tuberías.
Este fenómeno ha sido estudiado ampliamente en el pasado, dando lugar a muchos criterios, como por ejemplo:
Talbot
Eeg
WKx
KdVh
144
1
131,2 +=
Manninggt
LVh =
Siendo tan variados estos criterios, se hizo un estudio en conjunto por la American Society of Mechanical Engineering y AWWA desde 1931 hasta 1937, llegándose a la Teoría de la Onda Elástica de Joukovsky.
La teoría de la Onda Elástica se puede resumir como sigue:
1. La presión instantánea creada (golpe de ariete), es directamente proporcional a la velocidad del fluido (V) y a la velocidad de la onda, (a), o sea
g
aVh = ..............................................(A)
En donde:
h = Sobrepresión expresada en metros de columna de agua producida por el Golpe de Ariete.
2. La velocidad de la onda elástica está dada por las siguientes expresiones:
( )( )edEKa
//1
1420
+= ......................... (C)
En donde:
a = velocidad de la onda (m/s)γ = peso específico del agua (kg/m3)g = aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2
k = módulo de compresión del agua = 2,06 x 104 kg/cm2
=e
ddiámetro interior/espesor mínimo de pared
E = Módulo de elasticidad del material de la tubería. (Igual a 2,81 x 104 kg/cm2 para PVC tipo I grado I)
De la expresión (C) se puede ver cuando aumenta d/e, la velocidad de propagación de la onda disminuye. También se puede observar que entre mayor es el módulo de elasticidad del material del que esté hecho el tubo, mayor es la velocidad de la onda de propagación, mayor es la sobrepresión del golpe de ariete.
La Tabla III da valores de la velocidad de propagación de la onda para Tubos DURATEC, en función del diámetro interior y espesor de la pared del mismo.
En el anexo 5 se presenta un ejemplo del cálculo del golpe de ariete para tubería de PVC.
TABLA III. Valores de "a" en m/s en función de las ClasesClase a (m/s) a/g
10 368 37,66 287 29,34 234 23,9
La onda máxima de presión ocurre, si el tiempo de cierre de la válvula es menor que el tiempo de cierre crítico.
a
LT
2= ......................................(D)
En donde:
T = tiempo crítico (s)L = longitud de la tubería (m)a = velocidad de la onda (m/s)
b) Diseño Estructural
b1) Presión de Vacío y de Colapso
La tubería DURATEC se utiliza a menudo para líneas de aspiración o en lugares donde se ejerce vacío en algún punto de la red.
Para el caso de tuberías flexibles bajo condiciones de instalación sub acuáticas o suelos sueltos, la presión de colapso está definido por Pcr.
En que
3
3
r
EIPcr =
( )2
eDtuberíalademediodiámetror
−==
12
3einerciademomentoI ==
( ) 33
1
22
−=
−
=RD
E
eeD
EPcr
Para el caso de redes con efectos combinados de tensiones, E se reemplaza por E/(1 - γ 2)γ = Coeficiente de Poisson = 0,38 para PVC 1114
( ) ( ) ( )3
23
1
2
11
2
−−=
−−=
eD
eE
RD
EPcr
γγ
b2) Criterios de diseño para Deflexiones en Tuberías
– Deflexión de tuberías sin presión (caso más desfavorable)
Las tuberías flexibles fallan por deflexión más que por ruptura en la pared de la tubería, como es el caso de tuberías rígidas. Con un aumento en la el diámetro horizontal pasa a ser mayor y el vertical menor, hasta que la parte superior de la tubería llaga a ser plana. Una carga adicional puede causar la curvatura en dirección inversa de la parte alta de la tubería y la tubería colapsa tan rápidamente como el suelo (carga de tierra) pueda ejercer presión en la estructura.
Figura Nº2
Es por esto que la instalación de la tubería debe ser diseñada para prevenir ovalidad excesiva, que puede causar restricciones en el área de flujo o filtraciones en las uniones. La tubería debe ser diseñada también para soportar las cargas a las cuales estará sometida.
Para propósitos de diseño una deflexión de un 10% es considerada segura, pero incluyendo un factor de seguridad adicional, nuestra recomendación es considerar una deflexión máxima de un 50%.
• Cargas externas. Existen básicamente dos tipos de cargas externas.
Cargas muertas: son provocadas por el efecto del peso de la tierra sobre la tubería.Cargas vivas: pueden ser estáticas o de movimiento (por vehículos).
Estudios hechos en tuberías rígidas y flexibles enterradas han demostrado que:
1. Las cargas desarrolladas sobre la tubería rígida son mayores que las desarrolladas sobre la tubería flexible.
2. Las cargas externas tienden a concentrarse directamente debajo del tubo rígido, creando un momento de aplastamiento que debe ser resistido por las paredes del tubo. En los tubos flexibles la carga se distribuye uniforme en el perímetro del tubo, y la carga en cualquier punto es menor que en tuberías rígidas.
3. Las cargas externas son soportadas por fuerzas de compresión en la sección transversal de la tubería. En tubos flexibles, parte de estas cargas son anuladas por la presión hidráulica interna, y otra parte transmitidas
lateralmente al material alrededor del tubo, dependiendo del espesor de éste, del módulo de elasticidad del tubo y características del tipo de relleno.
Conforme se va deformando la tubería (sin fracturarse), transfiere la carga vertical en reacciones horizontales radiales, y son resistidas por la presión pasiva de la tierra alrededor del tubo. Cuando la pared de éste es rígida, lo anterior no ocurre, sino que toda la carga tiene que ser soportada por el tubo, a diferencia de la tubería de PVC la cual transmite parte de la carga al terreno alrededor del tubo.
Estas son las diferencias de comportamiento entre tubos flexibles y rígidos; es por esto que la teoría de las cargas combinadas sobre tubos rígidos (Schlick), no se debe aplicar a las tuberías flexibles.
• Determinación de cargas vivas. Para calcular las cargas vivas en tuberías flexibles se usó el criterio recomendado por A.W.W.A.
L
PcFCW se =
We : carga viva (kg/m de tubería)Cs : coeficiente de carga en función del diámetro (anexo 8)Pc : carga concentrada en kg= 4.550 kg (A.W.W.A.)F : factor de impacto (tabla IV)L : longitud efectiva del tubo en el cual ocurre la carga (m).
Tabla IV. Valores de impacto (F).Tipo de tráfico Valor de F
CarreteraFerrocarrilAeropuertos
1.51.751.00
El valor normalmente aceptado para L (longitud de la tubería que está bajo la carga de impacto) es de 0,90 metros (AWWA).
• Determinación de cargas muertas. Para determinarlas se usa la teoría de Marston, la cual se expresa mediante:DBCW dtdC γ=
Wc : carga muerta (kg/m de tubería)Cd : coeficiente de Marston (anexo 7)γ t : densidad del material de relleno (kg/m3)Bd : ancho de la zanja medido en el lecho superior del tubo (m)D : diámetro exterior del tuboTambién la ecuación de Marston se puede expresar:
=
H
BCDHW d
dtC γ
En esta ecuación el término (γ t x H x D) representa la presión del peso del prisma vertical del suelo sobre la tubería. El factor Cd indica la reducción que sufre esta carga del prisma, debido a la acción de fuerzas de fricción generadas por el asentamiento del material de relleno, con respecto a los bordes de la zanja.
Aunque los datos obtenidos por Marston se aproximan a las presiones reales, algunos datos experimentales indican que las fuerzas de frixión que actúan en los lados de la zanja, pueden tender a desaparecer en el largo plazo y la presión última se aproximaría a la carga del prisma tal como se puede establecer en la siguiente ecuación:
DHW tC γ= (Ecuación del Prisma)
Por último es necesario destacar que la carga real que actúa en un tubo flexible, en los casos más desfavorables, está ubicada en algún lugar entre Marston y la ecuación del Prisma, lo que significa que el uso de esta última implica resultados más conservadores.
En todo caso, para el cálculo de deformación de tuberías se podría considerar que es la carga del prisma la que actúa a objeto de incluir un factor de seguridad adicional aunque ya no incluye el factor de deformación de largo plazo.
• Estimación de la deflexión como resultado de cargas en tuberíasde PVC (flexibles).
Varias fómulas se han estudiado que relacionan la deflexión de la tubería flexible bajo cargas y las propiedades de la tubería y el suelo.
La fórmula más apliamente urilizada es la siguiente ecuación, originalmente desarrollada por Spangler en la IOWA State University y más tarde modificada por Spangler y Watkins, y conocida mundialmente como la fórmula IOWA.
( )`'3 061,0/ ErEI
WWDeKx eC
++=∆
x∆ = máxima deformación transversal (m)De = factor de deformación de largo plazoK = constante encamado (varía de 0,11 a 0,083 para un ángulo de contacto de 0° ó 180°, respectivamente). Para
tubos de PVC se considera el valor 0,10 (AWWA-ASTM)W = We + Wc : carga vertical total actuando en la tubería por unidad de longitud (kg/cm)r = (D – e)/2 : radio promedio del tubo (cm)E = módulo de elasticidad (kg/cm2)I = momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud (cm4/cm). En tuberías I= e3/12, siendo “e” el
espesor medio de la pared del tubo.E’ = módulo de reacción del suelo
Aunque la experiencia con la ecuación de IOWA ha demostrado que es suficientemente práctica, ha sido objeto de algunas críticas especialmente debido a que E' (módulo de reacción del suelo) es una constante empírica, no directamente relacionado con las propiedades del suelo, sino que más bien con los condiciones de instalación, compacidad y tipo de suelo: cohesivo o no cohesivo, fino o granular. Esto era determinado midiendo deflexiones en varias situaciones distintas y posteriormente recalculando a través de la fórmula de IOWA.
Esto llevó a imprevisiones y a un amplio rango de valores de E',
Para remediar esta situación el Earth Sciences Branch del U.S. Bureau of Reclamation realizó una amplia investigación, tanto en los laboratorios como en terreno, la cual dio como resultado la Tabla V. Esta tabla da valores
con un amplio rango de seguridad para tuberías instaladas en distintos tipos de terreno. Por medio de esta tabla las deflexiones iniciales de tubería flexibles pueden ser determinadas en forma muy razonable.
Para estimar la deflexión en el largo plazo es necesario tomar en consideración el hecho que un suelo inicialmente cargado se va a continuar deformando con el tiempo.
El factor De en la ecuación de IOWA convierte la deflexión inicial de la tubería en la última, la cual puede no ser alcanzada en un gran número de años. También a través de la amplia experiencia del Bureau of Reclamation se ha desarrollado una tabla, la que indica valores conservadores de De para varias clasificaciones de suelo y condiciones de instalación. (Tabla VI).
Todo el análisis anterior nos lleva a determinar técnicamente las deformaciones previsibles en los tuberías de PVC DURATEC VINILIT.
A modo de ejemplo se incluye el cálculo de la deformación en una tubería de colector clase 4, instalado en Santiago a 3 metros de profundidad - diámetro 250 mm, en el anexo 9.
Tabla V. Valores de E’ para fórmula de IOWA Bureau of Reclamation.Tipo de suelo según ASTM 2321
Suelo según Unified Classification System (1)
SueltoSin
compactación<85% Proctor<40% den. rel
Moderada85-95% Proctor40-70% den. rel.
Alta>95% Proctor>70% den. rel.
V (2)
Suelos finos Límite líquido >50 Suelos con media a alta plasticidadCH, MH, CH-MH
No existe información. Consulte un mecánico de suelos o use E`= 0
IVa
Suelos finos.Límite líquido <50Plasticidad media a sin plasticidad CL, ML, ML-CL con menos de 25% de partículas gruesas
3,5 14 28 70
IVbIdem anterior con más de 25% de partículas gruesas
7 28 70 140
IIISuelos gruesos con más de 12% finos GM-GC, SM, SC3
IIGruesos con menos de 12% de finos GW, GP, SW, SP3
14 70 140 210
I Chancado 70 210 210 210
(1) Designación ASTM D-2487, USBR E3(2) En esta tabla se recomienda agregar los suelos salinos de Vallenar al Norte los que corresponderían
a una clase VI. En los cuales es válida la misma nota de los suelos V en el caso que existan filtraciones.
Nota: Esta tabla es válida sólo para rellenos hasta 15 metros.
En Chile se tendrán típicamente los casos siguientes:
SUELOS TIPO II Fluvial típico del Sector Central y parte Nororiente de Santiago-La Serena-Rancagua-San Fernando-Temuco-Las Arenas Limpias de Valparaíso y Viña del Mar, etc.
SUELOS TIPO III Fluviales arcillosos y limosos, maicillo, piedra pómez (Pudhuel-Cerrillos ), limos no saturados (Macul-Nuñoa) migajón profunda, arenas limosas (Concepción-Coronel)
SUELOS TIPO IV Resto de los suelos finos: arcillas de Copiapó, suelos finos de Talca, Trumaos de Osorno, Valdivia, etc.
Tabla VI. Valores de De*, Buerau or Reclamation.TIPO DE SUELO EXISTENTE
Tipo II Tipo IIITipo IVb
<25% arenasTipo IVa y
Tipo V
Suelos cementados
con sales solubles
Mat
eria
l enc
amad
o
Sue
lo g
rano
gr
ueso
Tipo II 1 1,5 1,75 2,0 N/R
Sue
los
cohe
sivo
s Tipo III 1,5 1,6 1,75 N/R N/R
Tipo IVb 2,0 2,5 3,0 N/R N/R
Tipo IVaTipo V
N/R N/R N/R N/R N/R
Nota: N/R = no recomendable* factor deformación largo plazo
Tabla VII. Valores de tγ para distintos materiales de relleno.
MATERIAL DE RELLENO γ t según grado compactación (ton/m3)Suelto Moderado Media Alto
a. Granular grueso sin cohesiónb. Grava gruesa húmeda con contenido de finosc. Grava fina, arena, maicillod. Limo no saturadoe. Arcilla saturadaf. Piedra pómez
1.81.71.61.41.61.5
1.91.81.71.61.81.4
2.01.91.81.71.91.5
2.22.01.91.8-
1.7
Tabla VIII. Reducción del área de flujo en función de la deformación vertical diametral para tuberías de PVC.Deformación
vertical diametral (m)
Del área de un círculo
perfecto (%)
Deformación vertical
diametral (m)
Del área de un círculo
perfecto (%)0,5 99,9975 18 96,761,0 99,99 19 96,391,5 99,9775 20 96,002,0 99,96 21 95,592,5 99,9375 22 95,163,0 99,91 23 94,713,5 99,8775 24 94,244,0 99,84 25 93,754,5 99,7975 26 93,245,0 99,75 27 92,715,5 99,6975 28 92,166,0 99,64 29 91,596,5 99,5775 30 91,007,0 99,51 35 87,757,5 99,4375 40 84,008,0 99,36 45 79,758,5 99,2775 50 75,009,0 99,19 55 69,759,5 99,0975 60 64,00
10,0 99,00 65 57,7511,0 98,79 70 51,0012,0 98,56 75 43,7513,0 98,31 80 36,0014,0 98,04 85 27,7515,0 97,75 90 19,0016,0 97,44 95 9,7517,0 97,11 100 -
Nota: como se puede apreciar en la tabla VIII, la reducción del área de flujo, debido a deformaciones diametrales hasta de un 20% son despreciables.
V. RESUMEN DE CARACTERISTICAS
1. La tubería de PVC DURATEC-VINILIT es altamente resistente a suelos agresivos, ácidos, álkalis y soluciones salinas.
2. Las tuberías PVC DURATEC-VINILIT están diseñadas para trabajar dentro de su régimen elástico, por lo tanto, su resistencia a la presión hidrostática permanece inalterable.
3. Las presiones máximas de trabajo recomendadas:
CLASE 16 16 kg/cm2
CLASE 10 kg/cm2
CLASE 6 kg/cm2
CLASE 4 kg/cm2
Estas presiones son adecuadas para un servicio eficiente a través del tiempo.
4. Las tuberías de PVC DURATEC-VINILIT no imparten ni olor, ni sabor a los aguas conducidas.
5. Las tuberías de PVC DURATEC-VINILIT no contaminan el agua de contacto.
6. Las tuberías de PVC DURATEC-VINILIT no son susceptibles al ataque de algas, bacterias y microorganismos,
7. Las tuberías de PVC DURATEC-VINILIT no son susceptibles al ataque de roedores.
8. La presión mínima de ruptura de las tuberías de PVC, no se reduce por deformaciones diametrales hasta del 50%, conservadoramente.
9. El valor recomendado para el coeficiente de Hazen-Williams es C = 150.
10. La importancia relativa, sobre la presión de trabajo, de la sobrepresión por golpe de ariete en un tubo de PVC, es una tercera parte menor que en tubos rígidos y la teoría de la Onda Elástica de "Joukovsky" es la recomendado para el cálculo de Golpe de Ariete.
11. La teoría recomendada para el cálculo de cargas externas es la desarrollada por MARSTON para tuberías flexibles y su efecto no se suma a las presiones internas.
12. La teoría recomendada para el cálculo de la máxima deformación en tuberías de PVC, es la desarrollada por SPANGLER.
13. La máxima deformación recomendada para tuberías de PVC, sujeta a cargas externas, es de 5%. La reducción de su área de flujo bajo esta deformación es de 1%.
14. El factor de seguridad para tuberías de PVC en cuanto a presiones internas, es de 4,5 veces la presión de trabajo y no es afectado por el tiempo o por cargas externas (muertas o vivas).
15. En tuberías de PVC la única temperatura a considerar es la del agua conducida.
16. En ningún caso se necesitan diseñar las tuberías de PVC para los eventuales esfuerzos de flexión longitudinal, que son determinantes en el diseño de las tuberías rígidas hasta de 200 mm.
17. En general, se recomienda no exceder velocidades de diseño en tubos de PVC superiores a 1,5 m/seg, ni inferiores a 0,7 m/seg, se trabaja con agua con sólidos en suspensión.
Anexo 1. Nomenclatura empleada en el presente manual.
A = Area de flujo (cm2)a = Velocidad de la onda elástica (m/s)Bd = Ancho de la zanja (m)C = Constante de Hazen y WilliamsCd = Coeficiente de MarstonCs = Coeficiente de cargaD = Diámetro exterior tipo del tubo (cm o m)d = Diámetro interior del tubo (cm o m)De = Factor de deformación a largo plazoE = Módulo de elasticidad 2,81x104 (kg /cm2)E’ = Módulo de reacción del suelo (kg/cm2)e = Espesor mínimo de pared (cm)e’ = Espesor promedio de pared del tubo (cm)F = Factor de impactog = Aceleración de la gravedad (m/s2)h = Sobrepresión (m de columna de agua)H = Altura del relleno sobre el tubo (m)I = Momento de inercia/m de tubo = e3/12 (cm3)i = Pendientej = Pérdida de carga (m/km)K = Coeficiente de encomodoK = Módulo de compresión del agua 2,06x104 (kg/cm2)L = Longitud de la tubería (m)n = Constante de ManningP = Presión de trabajo (kg/cm2)Pc = Carga concentrada (kg)Q = Gasto (I/s)r = Radio promedio del tubo (m) (D-e)/2RD = Relación de dimensiones (D/e)S = Esfuerzo hidrostático máximo de trabajo (100 kg/cm2) o esfuerzo de diseñoT = Tiempo crítico de cerrado de válvula (s)V = Velocidad del agua (m/s)Wc = Carga muerta (kg/m) (kg/cm)We = Carga viva (kg/m)γ t = Densidad del material de relleno (kg/m3)γ = Peso específico del agua (kg/m3)Xmáx = Máxima deformación transversal (cm)
Anexo 2. Presión admisible de trabajo respecto a temperatura de operación en tuberías Duratec.
En estas tuberías, la resistencia a la presión está en función de la temperatura de operación y es proporcional a ésta, como se puede apreciar en la gráfica superior.
Es importante tomar en cuenta la temperatura máxima de operación para seleccionar apropiadamente la tubería, como puede ser el caso de conducción de aguas termales.
Anexo 3. Pérdida de carga y determinación del diámetro de tuberías de PVC
Los cálculos se efectúan a partir de la conocida fórmula de Hazen y Williams cuya representación es la siguiente:
869,4852,1
852,1
665,10DC
QxJ =
Donde:J = Pérdida de carga en m/mQ = Caudal en m3/seg.D = Diámetro interior de la tubería en m C = Coeficiente de rugosidad (C=150)
El factor C= 150 para el empleo de la fórmula de Hazen y Williams en tuberías de PVC, ha sido establecido conservadoramente luego de una serie de investigaciones en el Laboratorio de Hidráulica Alden del Instituto Politécnico de Worcester. El valor C= 150 es recomendado por el Plastic Pipe Institute, AWWA; National Engineering Standards de USA y todos los grandes productores de tubería de PVC en el mundo.
Ejemplo de cálculo hidráulico
− Determinación de la pérdida de carga
Para satisfacer una necesidad de agua se dispone de un caudal Q = 5 l/s, y una tubería de diámetro nominal D = 75 rnm clase 10. Determinar la pérdida de carga y la velocidad de escurrimiento:
• Espesor tubo C-10 DN 75 mm: 3,6 mm
• Diámetro interior: 75 - 2 x 3,6= 67,8 mm
• Pérdida de carga:
869,4852,1
852,1
0678,0150
005,0665,10 xJ =
)/7,26(/0267,0 kmmmmJ =
• Velocidad de escurrimiento
20678,0
005,04
Π= x
V
smV /38,1=
− Determinación del diámetro de la tubería
Se desea trasladar gravitatoriamente agua entre una toma de captación superficial y un loteo rural a 300 m de distancia con un desnivel de 15 m. Determinar diámetro de la tubería y velocidad de escurrimiento si se dispone de un caudal Q= 24 l/s.
• Pérdida de carga permitida (J): 15 / 300 = 0,05 m/m
• Si 869,4852,1
852,1
665,10DC
QxJ =
Se tiene 3804,02054,0
3804,0
626,1CJ
QxD =
3804,02054,0
3804,0
15005,0
04,0626,1
xxD =
mD 108,0=
Se adopta como diámetro comercial D= 110 mm, Clase-4 con una presión de trabajo de 40 m.c.a. (40 m.c.a. > 1 5 m)
• Velocidad de escurrimiento
Espesor tubo clase 4DN 110 mm : 2,2 mm,Diámetro interior : 110-2x2,2
105,6 mm
21056,0
024,04
Π= x
V
mV 7,2=
− Determinación del caudal posible
Se desea trasladar gravitacionalmente agua entre un estanque elevado 12 m sobre el nivel del suelo hasta una planta agroindustrial pequeña, distante 60 m.
Se dispone de una tubería de D = 75 mm clase-4, y la presión mínima requerida al fin de la línea es 8 m.c.a., determinar el caudal máximo posible de trasladar.
• Pérdida de carga permitida (J) : (12-8)/60 = 0,0667 mm.
• Espesor tubo DN 75 clase - 4 : 1,8 mm
• Diámetro interior : 75 - 2 x 1,8 = 71,4 mm
• Si 869,4852,1
852,1
665,10DC
QxJ =
Se tiene: 629,254,02786,0 DJCQ =629,254,0 0714,00667,01502786,0 xxxQ =
smQ /0094,0 3=
El caudal máximo posible de trasladar en las condiciones descritas es de 9,4 l/s.
• Velocidad de escurrimiento
20714,0
0094,04
Π= x
V
smV /35,2=
Anexo 4. Abaco de cálculo hidráulico de tuberías PVC presión Clase 10
Anexo 5. Cálculo del golpe de ariete para tubería de PVC.
Ejemplo del cálculo del golpe de ariete para una tubería DURATEC - VINILIT Clase 6 de 110 mm.
El máximo golpe de ariete se calcula con la ecuación (A). La ecuación fue tomada del manual AWWA Nº H-2.
g
aVh = ..............................................(A)
Para poder hacer uso de la ecuación anterior, tenemos que calcular la velocidad de la onda a: para lo cual, utilizamos la ecuación (C).
( )( )edEKa
//1
1420
+= ......................... (C)
En donde:
K = 2,06 x 104 kg/cm2
E = 2,81 x 104 kg/cm2
d = 10,36 cm
e = 0,35
Si consideramos que el tiempo de cierre de la válvula es menor o igual al tiempo crítico (T), calculado con la ecuación (D).
sm
xx
xa /298
35,0
36,10
1081,2
1006,21
1420
4
4=
+=
Asumiendo una velocidad de flujo de 1,6 m/s.El máximo golpe de ariete es:
mx
h 60,4881,9
6,1298 ==
Anexo 6. Coeficiente Cd
Anexo 7. Gráfico representativo para calcular el coeficiente CD en función de (H/Bd)
'2
1 /'2
ku
eC
BHku
d
−−=
k = radio de Rankineu’ = coeficiente de fricción entre el material de relleno y los lados de la zanja.
Material de relleno Valores de 2ku’a. Granular grueso sin cohesión 0,1924b. Grava gruesa húmeda con contenido de finos 0,1650c. Grava fina, arena, maicillo 0,1500d. Limo no saturado 0,1300e. Arcilla saturada 0,1100f. Piedra pómez 0,0900
Anexo 8. Valor del coeficiente CS para cargas verticales superpuestas concentradas.
Anexo 9. Ejemplo de cálculo de la máxima deformación.
Cálculo de la deformación en una tubería de colector clase 4, instalada en Santiago a 3 metros de profundidad y diámetro 250 mm.
i. Datos:Ancho de zanja : 0,70 mDensidad de relleno : 2.000 kg/m3
Compactación : caso sin compactación
ii. Cálculo de cargas externas
- Cargas vivas
L
PcFCW se =
Para H= 3m, Cs= 0 (anexo 8) We= 0
- Cargas muertas
Según ecuación del prisma
DHW tC γ= Wc = 2.000 x 3 x 0,25 = 1.500 kg/m (1)
Según fórmula de Marston IOWA – Bureau of Reclamation
DBCW dtdC γ=
con : )2(4,23,4 EAnexoCB
Hd
d
=⇒= (anexo 7)
Material de relleno: tipo C
Wc = 2,4 x 2.000 x 0,70 x 0,250 = 840 kg/m (2)
iii. Cálculo de la máxima deformación
'061,013
Er
EWDK
Xmáx ce
+=
Evaluando se tiene:
K = 0,1
E = 2,81 x 104 kg/cm3
33
33
108,912
49,0
12cmx
eI −===
cmeD
R 26,122
49,025
2=−=−=
R3 = 1.838,3 cm3
E’ = 28 kg/cm2 (tabla V)
Según ecuación del Prisma
De = 1, no considera deformación a largo plazo
28061,03,838.1
108,91081,2151,0
34
xxxxx
Xmáx+
= −
cmXmáx 807,0858,1
0,15 ==
Deformación = 3,23%
Según fórmula de Marston
De = 1,6 (tabla VI)
28061,03,838.1
108,91081,24,86,11,0
34
xxxx
xxXmáx
+= −
cmXmáx 723,0=
Deformación = 2,89%
Bibliografía
− Duratec - Vinilit, “Criterios de diseño para tuberías de PVC”. − Saphores, Juan, “Diseño de tuberías”. Apunte realizado para la asignatura de Obras Sanitarias de la
Escuela de Ingeniería en Construcción.