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  1. 1. Tuberías plásticas Manual técnico
  2. 2. ¿Quiénes somos? AMANCO es una empresa dedicada desde hace más de 20 años, a la fabricación de tuberías plásticas para aplicaciones en tubosistemas de conducción de fluidos. Nuestra trayectoria nos ha permitido mantener operaciones en América Latina, desde México hasta Argentina, con 30 fábricas en 13 países, con más de 6000 colaboradores. AMANCO brinda soluciones completas, con el objetivo de que los clientes cubran sus necesidades de forma integral en una misma gestión; para ello, contamos con elaboración de diseños y presupuestos, tubosistemas, asesoramiento técnico, centro de recepción y distribución de pedidos, y servicios de instalación. En los últimos años, AMANCO ha ampliado la diversidad de alta tecnología e innovación con sus productos Conduflex, Novaloc, Novafort, Drenaflex, acometidas domiciliarias PE, canoas o canaletas, entre otros. Además, ha realizado inversiones en plantas productivas y equipos nuevos en México, Colombia, Brasil, Guatemala y Costa Rica. La certificación ISO 9001-2000, ISO 14001 y OHSAS 18001 de todas nuestras plantas durante el año 2005, evidencia nuestro compromiso con la calidad. Cuatro razones para elegir Tubosistemas Amanco 1. Innovación: las soluciones AMANCO poseen un ingrediente de innovación que mejora la calidad de vida de las personas que instalan y utilizan nuestros tubosistemas. 2. Integridad: AMANCO es una empresa de valores establecidos que busca hacer negocios francos y claros dentro del marco legal, para generar bienestar a sus colaboradores y a la comunidad. 3. Soluciones: nuestros sistemas brindan soluciones integrales a las necesidades del consumidor, y le crean un valor agregado. 4. Confianza: nuestras acciones están orientadas a formar con nuestros clientes relaciones sostenibles de largo plazo, basadas en la calidad de nuestros productos, asesoramiento técnico y servicio. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  3. 3. Nuestros productos Tubosistemas de infraestructura Sistemas de alcantarillado pluvial Sistemas de acueductos Conducción y distribución de agua potable por gravedad, por presión y por bombeo Sistema de alcantarillado sanitario Conducción de aguas negras por redes sanitarias, colectores de aguas negras Pozos de visita PE Cámaras de inspección para alcantarillado sanitario y pluvial MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  4. 4. Nuestros productos Tubosistemas en edificaciones Domiciliario: • Sistemas de agua fría • Sistemas de drenaje sanitario • Sistemas de agua caliente • Sistemas de drenaje pluvial • Sistemas de canalización eléctrica Industrial: • Agua potable • Sistemas contra incendios • Trasiego de aguas de proceso • Trasiego de agua por bombeo • Riego para zonas verdes MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  5. 5. Nuestros productos Tubosistemas de ingeniería agrícola • Riego por aspersión (fijo, semifijo y móvil) • Riego por goteo (goteros y cintas) • Riego por gravedad • Riego por microaspersión • Riego de áreas verdes • Conducciones para riego • Subdrenaje de plantaciones Geosistemas Refuerzo y estabilización de vías • Refuerzo y protección de taludes • Obras de drenaje, reservorios y rellenos sanitarios • Protección de cauces de ríos y zonas costeras. • Subdrenaje de carreteras Plantas de tratamiento de aguas residuales de tipo ordinario • Centros comerciales • Hoteles • Residencias • Condominios • Urbanizaciones • Desarrollo turístico MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  6. 6. Nuestros compromisos Con la calidad: AMANCO posee el único laboratorio certificado de Centroamérica para efectuar pruebas de calidad en PVC. Los productos que se despachan de nuestras plantas pasan por una serie de pruebas, las cuales le aseguran al cliente un producto que cumple las más altas exigencias de las normas ASTM. Contamos con departamento propio de diseño y fabricación de todos nuestros moldes, para responder rápidamente a los requerimientos especiales de nuestros clientes. Con nuestros clientes: El cliente es la razón de ser de AMANCO. Poseemos la red de distribución de tuberías y accesorios de PVC más grande de Centroamérica, lo cual garantiza la entrega oportuna de nuestros productos. Además, brindamos soporte técnico a través de nuestro departamento de ingenieros, quienes visitan a los clientes y los asesoran en los proyectos de tubosistemas. Nuestras cuadrillas de instaladores especializados dan apoyo en obra y aseguran al cliente una instalación sin problemas. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS DE PRODUCTOS MANUAL TÉCNICO
  7. 7. Índice Capítulo 1 - Generalidades 9 Capítulo 2 - Normas, productos y aplicaciones 21 Capítulo 3 - Diseño hidráulico de tubosistemas de agua 25 potable y alcantarillado en edificaciones e infraestructura Capítulo 4 - Diseño de tubosistemas de ingeniería agrícola 55 Capítulo 5 - Diseño de tubosistemas eléctricos 71 Capítulo 6 - Comportamiento y diseño estructural de tuberías 85 Capítulo 7 - Instalación de tuberías plásticas 93 Capítulo 8 - Instalación de pozos de visita 115 Capítulo 9 - Instalación de tanques de polietileno 125 Capítulo 10 - Transporte, manipulación y almacenamiento 133 Capítulo 11 - Geosintéticos 135 Capítulo 12 - Tratamiento de aguas residuales domésticas 149 Capítulo 13 - Daños en tuberías de PVC y su reparación 153 Anexos 165 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  8. 8. Manual técnico Capítulo 1 Generalidades
  9. 9. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES 1.1 VENTAJAS DE LAS TUBERÍAS PLÁSTICAS La creciente aceptación de las tuberías plásticas se explica por las múltiples ventajas derivadas de sus características. a) Bajo peso Ninguna otra tubería ofrece la combinación de bajo peso del plástico ni sus excelentes propiedades mecánicas. b) Resistencia a la corrosión Las tuberías plásticas son inmunes a los tipos de corrosión, ya sea química o electroquímica, que normalmente afectan a los sistemas de tuberías enterradas. Como el plástico no es un material conductor, no se producen efectos electroquímicos o galvánicos en las tuberías. Tampoco sufren daños por el ataque de suelos normales ni corrosivos, y no las perjudica el ácido sulfúrico en las concentraciones presentes en los alcantarillados sanitarios. En consecuencia, las tuberías plásticas no requieren ningún tipo de recubrimiento ni protección catódica. c) Resistencia química Las tuberías plásticas han demostrado tener una gran resistencia al ataque de las sustancias químicas encontradas en las aguas típicas para consumo humano, así como en las aguas presentes en los sistemas de alcantarillado. También se han utilizado en procesos industriales, para conducir ácidos y otros líquidos. En la tabla A.1 del anexo A, se incluye información acerca de la resistencia química de las tuberías de PVC. d) Hermetismo Por su naturaleza intrínseca, el plástico es un material impermeable, por lo cual evita infiltraciones y exfiltraciones que podrían afectar al sistema y al ambiente. La junta cementada, mediante el proceso de fusión (o soldadura) del material, da continuidad y hermetismo absoluto al sistema. La unión con empaque de hule de nuestros distintos sistemas, garantiza un sello hermético y una gran facilidad de instalación. e) Resistencia al ataque biológico El ataque biológico se define como la degradación causada por la acción de micro o macroorganismos vivientes; como por ejemplo los hongos y bacterias; y raíces, insectos y roedores, respectivamente. Raíces Cualquier abertura en la tubería o en sus juntas provee un fácil acceso a las raíces de los árboles y ocasiona también el derrame de agua e infiltración. Nuestras tuberías han demostrado que una correcta instalación proporciona tuberías invulnerables a la presencia de raíces. Microorganismos Se ha demostrado que el ataque de hongos, bacterias, algas, etc. carece de importancia por no existir en el plástico materia nutriente para el desarrollo de estos. Insectos Nuestras tuberías no son atacadas por termitas. Roedores Dado que las tuberías plásticas no constituyen una fuente de nutrición, no están expuestas al ataque de roedores. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 11
  10. 10. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES f) Resistencia a la intemperie Las tuberías plásticas no se ven afectadas por los ciclos húmedo/seco o frío/caliente. No obstante, cuando están expuestas a la radiación ultravioleta (UV) de la luz solar pueden sufrir decoloración y verse afectadas por una disminución en la resistencia al impacto. Otras propiedades, como el esfuerzo a la tensión y el módulo de elasticidad, no se afectan sensiblemente. La manera más común de proteger tubería plástica expuesta a los rayos del sol es aplicar una capa de pintura a base de agua. También, se pueden fabricar tuberías con aditivos que las protegen de los rayos ultravioleta. g) Resistencia a la abrasión Las tuberías plásticas tienen una excepcional resistencia a la abrasión, con un comportamiento muy superior al de tuberías fabricadas con otros materiales. Esto reduce muy significativamente los costos de mantenimiento ocasionados por la abrasión. h) Flexibilidad Las tuberías plásticas poseen un módulo de elasticidad menor que las tuberías tradicionales. Por ello, tienen una mayor flexibilidad y, por consiguiente, un mejor comportamiento frente a los siguientes esfuerzos: • Movimientos sísmicos • Sobrepresiones (golpe de ariete) • Cargas externas (muertas y vivas) Esta flexibilidad, unida a su poco peso, facilita su manejo, instalación y mantenimiento, con lo cual se obtiene un ahorro en tiempo, en gastos en transporte y en mano de obra. i) Rugosidad Por su baja rugosidad, las tuberías plásticas pueden clasificarse como tuberías hidráulicamente lisas, gracias a su bajo coeficiente de fricción. Esto, con respecto a las tuberías tradicionales, significa que las paredes de las tuberías plásticas generan menor resistencia al flujo y, con ello, permiten transportar caudales mayores. Además, la superficie lisa de la pared impide la formación de incrustaciones y tuberculizaciones, que pueden disminuir la sección de la tubería. j) Resistencia al impacto Por las características propias del material, las tuberías plásticas pueden asimilar las fuerzas de impacto que eventualmente se presenten durante la manipulación, transporte e instalación. 1.2 PROPIEDADES DE LAS TUBERÍAS PLÁSTICAS a) Mecánicas Las tuberías plásticas tienen la capacidad para resistir adecuadamente los esfuerzos internos generados por los fluidos que transportan, tanto en sistemas por presión como por gravedad. Para el uso en sistemas por presión, las tuberías se fabrican para resistir diferentes presiones de trabajo, y así se logran diseños más económicos. Asimismo, las tuberías plásticas tienen la resistencia adecuada para soportar las cargas externas producidas por el relleno de la zanja, las cargas vivas y los esfuerzos de impacto. 12 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  11. 11. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES b) Térmicas La resistencia de las tuberías plásticas está sujeta a variaciones de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura del líquido, disminuye la resistencia a la presión interna. La tabla 1.1 contiene los factores de reducción para la presión máxima de trabajo respecto a la temperatura de operación para tubería de PVC, CPVC, polietileno de alta densidad HDPE y polipropileno PP. TABLA 1.1: CORRECCIÓN POR TEMPERATURA Fuente: UNI-BELL De este modo, si la presión de trabajo de una tubería PVC SDR 26 es de 11,2 kg/cm2 o 160 psi (Ver tabla 3.1) a 23 °C, para una temperatura de 43 °C la máxima presión de operación será de 5,6 kg/cm2 u 80 psi (11,2 x 0,50). Igualmente, para una tubería CPVC SDR 11, si su presión de trabajo a 23 °C es de 28,0 kg/cm2 o 400 psi (ver tabla 3.1) para una temperatura de 82 °C, la máxima presión de operación será de 7,0 kg/cm2 o 100 psi (28,0 x0,25). No se recomiendan temperaturas mayores de 60 °C para PVC o mayores de 82 °C para CPVC. En instalaciones para agua caliente deben colocarse válvulas de seguridad destinadas a controlar el exceso de presión y eliminar el vapor que pueda formarse. Igualmente, los cambios en la temperatura, tanto en el líquido como en el ambiente, producen variaciones en la longitud de las tuberías plásticas. La variación en la longitud de las tuberías es independiente del diámetro y el espesor, y se puede calcular con la siguiente fórmula: ∆L ∆L = = L ∆T = = = L ∆T variación en longitud, en mm coeficiente de dilatación térmica (5,4 x 10-5 mm/mm/ºC para PVC; 1,89 x 10-5 mm/mm/°C para CPVC; 1,4 x 10-4 mm/mm/ºC para PE; 0,86 x 10-4 mm/mm/ºC para polipropileno) longitud original, en mm variación de temperatura, en grados Celsius El PVC y el CPVC son materiales autoextinguibles; es decir, solo arden en presencia de llama. Se recomienda instalar juntas de dilatación para controlar el movimiento causado por cambios de longitud debido a variación de temperatura. c) Eléctricas El PVC no es un material conductor, por lo que los efectos galvánicos y electroquímicos no se presentan en las tuberías fabricadas con este material. En la tabla A.2 del anexo A, se detallan las principales características de las tuberías de PVC. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 13
  12. 12. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES 1.3 PLÁSTICOS UTILIZADOS EN FABRICACIÓN DE TUBERÍAS Durante el siglo XX, tuvo lugar un verdadero avance revolucionario en la ingeniería de materiales para tuberías. Esta revolución nació con la ciencia de los polímeros, y ha ido en acelerado crecimiento a través de muchas décadas. Uno de los polímeros más desarrollados ha sido el cloruro de polivinilo (PVC), junto con el polietileno (PE); pero existen muchos otros que también se han empleado para fabricar tuberías. Los plásticos son polímeros orgánicos producidos a partir de una resina derivada esencialmente del gas natural, del petróleo, del agua salada y del aire. Un polímero es una larga cadena de moléculas químicas llamadas monómeros, que se unen mediante una reacción conocida como polimerización. Cuando se unen monómeros químicamente semejantes, el plástico resultante es un polímero, como por ejemplo el polietileno, formado por la unión de monómeros llamados etilenos. MONÓMEROS QUÍMICAMENTE SEMEJANTES POLÍMERO POLIETILENO Al unirse monómeros químicamente diferentes, el plástico resultante es un copolímero, como el cloruro de polivinilo o PVC, formado por la unión de dos monómeros: cloruro de vinilo y acetato de vinilo. MONÓMEROS QUÍMICAMENTE DIFERENTES COPOLÍMERO PVC El CPVC es similar al PVC, excepto que es clorado; o sea, se le agrega cloro para aumentar su resistencia a la temperatura. Aditivos Existen varios productos químicos denominados aditivos, que se agregan a la resina para mejorar sus propiedades e incrementar su campo de acción. Entre ellos están: • Plastificantes, para aumentar la flexibilidad y fluidez de las resinas • Colorantes • Estabilizadores de calor, para evitar la degradación de la resina durante el proceso y aumentar la vida útil de los productos • Antioxidantes • Filtros para rayos ultravioleta • Filtros antiestáticos • Retardadores de flamas • Agentes espumantes • Lubricantes, para facilitar el manejo de la resina y mejorar el acabado final 14 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  13. 13. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES 1.4 CLASIFICACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS De acuerdo con la composición de los materiales de fabricación, las tuberías plásticas se dividen en dos grupos básicos: a) Termoplásticas Las tuberías termoplásticas son aquellas que poseen las siguientes características: • Se suavizan al calentarlas y se endurecen al enfriarlas. • Pueden formarse y modificarse repetidamente. Ejemplos: - PVC - Polietileno b) Termoformadas Las tuberías termoformadas son aquellas que: • Pueden estar solo una vez en la fase de plástico suave. • Si se suavizan de nuevo, sufren daños permanentes. Ejemplos: - Resina termoformada con refuerzo de fibra de vidrio - Polietileno de enlace cruzado - Melamina 1.5 FABRICACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS La fabricación de tuberías plásticas es un proceso extenso y complejo. Este proceso se inicia con la refinación del petróleo crudo; pasa por la producción de la resina y de los compuestos, y culmina con la extrusión o inyección del material en las máquinas correspondientes, para producir tuberías y accesorios. En la figura 1.1, se observa el proceso de fabricación de tuberías y accesorios de PVC, el cual es muy similar al de otros termoplásticos. Para definir las propiedades básicas del compuesto de PVC y del polietileno, la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) estableció la especificación D1784 Especificación estándar para compuestos de cloruro de polivinilo rígido y cloruro de polivinilo clorado, así como la D3350 Especificación estándar para materiales de tuberías plásticas y accesorios de polietileno. 1.6 MATERIA PRIMA PARA FABRICACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS Para la fabricación de sus productos, AMANCO utiliza tanto la resina de PVC como la de polietileno. Sin embargo, la resina es inutilizable hasta que haya tomado la forma de compuesto, o sea, cuando se encuentre combinada con estabilizadores para calor, lubricantes y otros ingredientes, como los aditivos anteriormente descritos. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 15
  14. 14. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES FIGURA 1.1: PROCESO DE FABRICACIÓN DE TUBERÍAS DE PVC 16 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  15. 15. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES 1.7 CLASIFICACIÓN DE COMPUESTOS PARA TUBERÍAS PLÁSTICAS La identificación de los compuestos se realiza mediante un código alfanumérico, conformado por cinco números y una letra en el caso de PVC, y de seis números y una letra en el caso del polietileno. a) Cloruro de polivinilo PVC 0 0 0 0 0 0 • Resina base Propiedad y valor mínimo: • Resistencia al impacto • Resistencia a la tensión • Módulo de elasticidad en tensión • Temperatura de deflexión bajo carga • Resistencia química Las tablas 1.2 y 1.3 presentan los valores correspondientes a cada compuesto. Ejemplo 1: El compuesto PVC rígido 12454 es el usado normalmente por AMANCO para la fabricación de sus tuberías de PVC. Este compuesto se conocía anteriormente como PVC tipo I grado 1 (PVC 1120). El detalle de la materia prima es el siguiente: 1- Cloruro de polivinilo 2- Resistencia al impacto = 34,7 J/m 4- Resistencia a la tensión = 48,3 MPa (7000 psi) 5- Módulo de elasticidad en tensión = 2758 MPa (400 000 psi) 4- Temperatura de deflexión bajo carga = 70 ºC (158 ºF) MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 17
  16. 16. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES TABLA 1.2: REQUISITOS DE CLASE PARA LOS COMPUESTOS DE PVC PARA ASTM D1784 Nota: el valor mínimo de propiedad determinará el número de celda, a pesar de que el número máximo esperado puede estar dentro de una celda mayor. a- NE = no especificado b- Todos los compuestos cubiertos por esta especificación, deben presentar los siguientes resultados al probarse con el método D 635: extensión media de quemado <25 mm y tiempo promedio de quemado <10 segundos. c- En su mayoría las tuberías de PVC para presión se especifican para alcanzar un valor mínimo de 27,56 MPa, es decir, 280 kg/cm2 o 4000 psi. 18 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  17. 17. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES Como referencia, se presenta la comparación entre la nomenclatura antigua y la actual para la designación de los compuestos de PVC. TABLA 1.3: COMPARACIÓN DE NOMENCLATURA b) Polietileno 0 0 0 0 0 0 0 Densidad Índice de fusión Módulo de flexión Resistencia a la tensión de fluencia Resistencia a ruptura por esfuerzo ambiental Base hidrostática de diseño a 23 ºC Estabilizador de color y UV (coloreado) Es una práctica muy común utilizar los siguientes términos para describir el polietileno: Tipo I (0,910-0,925 g/cm3) = baja densidad Tipo II (0,926-0,940 g/cm3) = mediana densidad Tipo III (0,941-0,965g/cm3) = alta densidad Las tablas 1.4 y 1.5 contienen los valores correspondientes para los diversos compuestos de polietileno. Ejemplo 2: El compuesto PE 324423 C es el usado normalmente por AMANCO para la fabricación de sus tuberías de polietileno de alta densidad. La designación tradicional de este compuesto es PE3306. El detalle es el siguiente: 3- Densidad = 0,941- 0,955 g/cm3 (alta densidad) 2- Índice de fusión = 1,0 a 0,4 4- Módulo de flexión = 522 a <758 MPa (100 000 a <110 000 psi) 4- Esfuerzo de tensión de fluencia = 21 a <24 MPa (3000 a <3500 psi) 2- Resistencia a ruptura por esfuerzo ambiental • Condición de prueba: B • Duración de prueba: 24 h • Fallas: 50% máximo 3- Base hidrostática de diseño = 8,62 MPa (1250 psi) C- Color negro, con 2% mínimo de carbón negro MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 19
  18. 18. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES TABLA 1.4: PROPIEDADES PRIMARIAS DE COMPUESTOS DE POLIETILENO LÍMITES DE CLASIFICACIÓN POR CELDAS *NPP=No es para presión TABLA 1.5: COLOR Y ESTABILIZADOR DE RAYOS UV 20 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  19. 19. Manual técnico Capítulo 2 NORMAS, PRODUCTOS Y APLICACIONES
  20. 20. CAPÍTULO 2: NORMAS, PRODUCTOS Y APLICACIONES 2.1 PRODUCTOS Y APLICACIONES AMANCO fabrica una gran cantidad de productos plásticos que tienen diversas aplicaciones en nuestro medio. En la tabla 2.1 se detallan nuestros productos, con sus principales aplicaciones y características. TABLA 2.1: PRODUCTOS Y APLICACIONES MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 23
  21. 21. CAPÍTULO 2: NORMAS, PRODUCTOS Y APLICACIONES 2.2 NORMAS DE PRODUCTOS COMERCIALIZADOS POR AMANCO Los productos que se comercializan en AMANCO cumplen las normas más estrictas de calidad, entre ellas: las de la Sociedad Americana de Ensayo y Materiales (ASTM), las del Instituto Americano de Estándares Nacionales (ANSI), las de la Asociación Americana de Obras de Agua (AWWA), las de la Organización Internacional para Estandarización (ISO), las del Instituto de Normas Técnicas de Costa Rica (INTECO), etc. En la tabla 2.2 se enumeran algunas de las normas aplicables a los productos fabricados en AMANCO. TABLA 2.2: NORMAS APLICABLES TABLA 1.5 COLOR Y ESTABILIZADORES DE RAYOS UV 24 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  22. 22. Manual técnico Capítulo 3 DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO EN EDIFICACIONES E INFRAESTRUCTURA
  23. 23. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.1 SISTEMAS DE PRESIÓN En el diseño de sistemas de tuberías de PVC, al igual que en sistemas de otro material, deben tomarse las consideraciones del caso para soportar los esfuerzos a que se someten. Estos esfuerzos pueden ser causados por la presión hidrostática, golpe de ariete, relleno o cargas muertas y las cargas vivas. a) Presión hidrostática interna Para determinar la presión hidrostática máxima a la que pueden estar expuestas las tuberías de PVC, es necesario conocer cuál es el esfuerzo hidrostático de diseño (S). Se define S como el valor estimado del esfuerzo de tensión máximo en dirección transversal, ocasionado por la presión del agua, y que puede aplicarse continuamente sobre las paredes del tubo con un alto grado de confiabilidad de que no ocurrirá ninguna falla. Las dimensiones de las tuberías de AMANCO se basan en los espesores de pared, según la recomendación ISO-R-161 Tuberías plásticas para el transporte de fluidos, que relaciona las dimensiones del tubo, la presión hidrostática y la presión de trabajo: Ecuación 3.1 donde: S BHD FS P D E = esfuerzo hidrostático de diseño, kg/cm2 (psi) = BHD/FS = base hidrostática de diseño, kg/cm2 (psi) = factor de seguridad = 2, para tuberías por rangos de presión (pressure rating) = 2,5; para tuberías por clase de presión (pressure class) en las que se incluye un margen de seguridad para efecto de sobrepresiones = presión de trabajo, kg/cm2 (psi) = diámetro exterior, mm (pulg) = espesor de pared, mm (pulg) El valor de BHD para PVC es de 280 kg/cm2 (4000 psi), y de 56 hasta 112 kg/cm2 (de 800 a 1600 psi) para el polietileno según el tipo de resina. Transformando la ecuación anterior, se tiene: Ecuación 3.2 donde: D/e = SDR (Razón dimensional estándar) MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 27
  24. 24. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS De acuerdo con la ecuación 3.2, y conociendo el valor de la base hidrostática de diseño, correspondiente al compuesto de PVC 12454 o a CPVC 24448 (140 kg/cm2), se obtienen las presiones de trabajo para los valores de SDR comúnmente empleados en AMANCO para la fabricación de tuberías, los cuales se muestran en la tabla 3.1 siguiente. TABLA 3.1: PRESIÓN DE TRABAJO P PARA TUBERÍAS PVC Y CPVC m.c.a. = metros columna de agua Fuente: ASTM La información de la tabla 3.1 es de suma utilidad para seleccionar el SDR adecuado para las presiones que se determinen en el diseño hidráulico. Un buen uso de esta información permitirá realizar diseños óptimos. Para las tuberías clasificadas como SCH 40 y SCH 80, la presión de trabajo es una función del diámetro. La tabla 3.2 indica las presiones de trabajo para algunos diámetros. En accesorios roscados SCH 40 y SCH 80, la presión de trabajo se reduce a la mitad de la indicada en la tabla 3.2. TABLA 3.2: PRESIÓN DE TRABAJO P PARA TUBERÍAS Y ACCESORIOS PVC SCH 40 Y SCH 80 Fuente: ASTM 28 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  25. 25. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS b) Diseño hidráulico Las investigaciones y análisis del flujo hidráulico han establecido que las condiciones de flujo en sistemas de presión en tuberías de PVC pueden calcularse conservadoramente utilizando la fórmula de Hazen-Williams. La ecuación es la siguiente: Ecuación 3.3 donde: Q V A Di C S H L = = = = = = = = caudal, l/s velocidad del flujo, m/s área de la sección transversal interna del tubo, m2 diámetro interno, m coeficiente de Hazen-Williams, 150 para PVC gradiente hidráulico = H/L , m/m pérdida de carga, m longitud de la línea, m Asimismo, las pérdidas por fricción en la tubería pueden calcularse mediante la ecuación: Ecuación 3.4 donde : = pérdida de carga, m/100 m En la figura 3.1, se presenta un ábaco para el cálculo hidráulico de tuberías de presión. En la tabla A.7 del anexo A, se especifican las dimensiones de las tuberías de presión, según la norma ASTM D-2241. Los accesorios correspondientes se muestran en el anexo B. De acuerdo con UNI-BELL (The Uni-Bell PVC Pipe Association), para velocidades mayores de1,5 m/s deben tomarse consideraciones especiales para efecto de golpe de ariete. Ejemplo 3: Calcular el caudal máximo que puede transportar una tubería de PVC de 100 mm SDR 26, si la carga disponible es de 10 m y la longitud del tramo es de 1 km. Solución: De la tabla A.7 del anexo A, obtenemos que el diámetro interno de la tubería Di es 105,52 mm = 0,106 m. Utilizando la ecuación 3.3 tenemos: Q = 278,5 (150) (0,106) 2,63 (10/1000) 0,54 = 9,38 l/s = 0,0094 m 3 /s La velocidad en la tubería es : 2 V = Q/ A = 4 Q /(π Di2 ) = 4(0,0094)/ π (0,106) = 1,06 m/s Empleando el ábaco de la figura 3.1, y conociendo que el gradiente hidráulico S es igual a H/L, o sea 10/1000 = 0,01, localizamos ese valor en la parte inferior y hacemos un trazo vertical hasta intersectar la línea de 100 mm. Luego, efectuamos un trazo horizontal hasta cualquiera de los dos extremos del ábaco y leemos el valor del caudal Q. Con ello, encontramos que el flujo máximo es de 9,50 l/s, aproximadamente. La velocidad la obtenemos interpolando entre las líneas de 1,0 y 1,5 m/s; así, la velocidad es 1,1 m/s. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 29
  26. 26. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS FIGURA 3.1: ÁBACO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO DE TUBERÍAS DE PRESIÓN DE PVC 30 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  27. 27. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS c) Golpe de ariete En sentido general, los cambios súbitos de presión, o golpes de ariete, son producidos por variaciones en la presión hidrostática de la tubería. Las causas más frecuentes de los golpes de ariete son: - Apertura y cierre rápido de válvulas - Arranque y parada de una bomba - Acumulación y movimiento de bolsa de aire dentro de las tuberías La columna de líquido que se mueve dentro de la tubería posee cierta inercia, proporcional a su peso y a su velocidad. Cuando el flujo se detiene repentinamente, la inercia se convierte en un incremento de presión. La sobrepresión generada por el golpe de ariete está relacionada con la máxima razón de cambio del flujo; mientras que la razón de movimiento de la onda de presión está relacionada con la velocidad del sonido dentro de un fluido (modificada para el material de la tubería). La velocidad de la onda está dada por la siguiente expresión: Ecuación 3.5 donde: a K E SDR = = = = velocidad de la onda, m/s módulo de compresión del agua = 2,06 x 104 kg/cm2 módulo de elasticidad de la tubería = 2,81 x 104 kg/cm2 para PVC 1120 razón dimensional estándar Para facilitar el cálculo del golpe de ariete, en la tabla 3.3 se presentan los valores de a en función del SDR. TABLA 3.3: VELOCIDAD DE ONDA a EN FUNCIÓN DEL SDR MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 31
  28. 28. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS La sobrepresión generada por golpe de ariete se calcula con la ecuación: Ecuación 3.6 donde: P V g a = = = = sobrepresión por golpe de ariete, kg/cm2 cambio de velocidad del agua, m/s aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2 velocidad de onda, m/s, según tabla 3.3 Ejemplo 4: Revisar, para la tubería del ejemplo anterior, la sobrepresión que se genera por golpe de ariete al detenerse súbitamente el flujo. Solución: Del cálculo anterior obtuvimos que la velocidad en la tubería es 1,06 m/s. De ese modo, y con el valor de a de la tabla 3.3, tenemos: P = 330 (1,06)/ (10(9,81)) = 3,5 kg/cm2 Esta sobrepresión debe adicionarse a la máxima presión hidrostática del tramo, para verificar que no se ha excedido la presión de trabajo de la tubería. Si esto ocurriera, se debe modificar la selección de la tubería por otra de mayor resistencia. d) Aire en tuberías En cuanto al aire en las tuberías, se ha demostrado que su compresión repentina puede aumentar la presión en un punto hasta diez veces la presión de servicio. Para disminuir este riesgo, se deben tomar las siguientes precauciones: 1. Mantener siempre baja la velocidad, especialmente en diámetros grandes. Al llenar la tubería, la velocidad no debe ser mayor de 0,3 m/s, y se debe esperar a que todo el aire sea expulsado y la presión llegue a su valor normal. 2. Instalar válvulas de doble propósito en los puntos altos, bajos y en tramos rectos muy largos, para expulsar el aire y permitir su entrada cuando se interrumpe el servicio. 3. Prevenir, durante la operación de la tubería, la entrada del aire en las tomas, rejillas, etc., de modo que el flujo de agua sea continuo. En la figura 3.2, se muestran los puntos donde deben colocarse válvulas de aire con el fin de evitar los problemas antes mencionados. 32 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  29. 29. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS FIGURA 3.2: UBICACIÓN DE VÁLVULAS DE AIRE Se recomienda instalar válvulas de aire donde existan cambios o reducciones bruscas de diámetro. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 33
  30. 30. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.2 SISTEMAS POR GRAVEDAD AMANCO dispone de tuberías especialmente diseñadas para trabajar en sistemas de alcantarillado sanitario y en alcantarillado pluvial y de drenaje, en los que el flujo no está sometido a presión, conocidos también como sistemas por gravedad o de canal abierto. AMANCO cuenta con tuberías de PVC de la norma ASTM D-3034, y con las nuevas tuberías de pared estructurada NOVAFORT Y NOVALOC, que garantizan una solución integral a los problemas de alcantarillado. a) Novafort b) Novaloc También, AMANCO ofrece sus sistemas Drenaflex para drenaje de suelos y Drenasep para campos de drenaje de tanques sépticos. a) Diseño hidráulico de sistemas por gravedad El análisis y la investigación del flujo hidráulico han establecido que las condiciones del flujo y las pendientes hidráulicas en sistemas por gravedad, pueden determinarse conservadoramente utilizando la ecuación de Manning. La concentración relativamente pequeña de sólidos presentes en las aguas de desecho y en las de lluvia, es insuficiente para hacer que su comportamiento sea diferente con respecto al del agua limpia. Para simplificar el diseño de sistemas, es necesario asumir condiciones constantes de flujo y de canal abierto. Basados en lo anterior, podemos emplear la ecuación de Manning siguiente: Ecuación 3.7 o bien: Ecuación 3.8 donde: V Q A R S n = = = = = = velocidad del flujo, m/s caudal, m3/s sección transversal de la tubería, m2 radio hidráulico, m, = Di/ 4 para conductos circulares a sección llena y a media sección pendiente hidráulica, m/m coeficiente de Manning, n = 0,009 para PVC En la figura 3.3, se presenta el ábaco para cálculo de sistemas por gravedad. El anexo A incluye las tablas A.4, A.5 y A.6, en las que se detallan las dimensiones de las tuberías para alcantarillado, y en el anexo B se muestran los accesorios correspondientes. De acuerdo con UNI-BELL, se recomienda que la velocidad de flujo en alcantarillado sanitario no sea menor de 0,6 m/s para acción de autolimpieza en las tuberías; y para velocidades mayores, deben tomarse las precauciones para disipar energía y controlar erosión. La velocidad mínima también puede establecerse siguiendo los criterios de fuerza tractiva. 34 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  31. 31. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS Ejemplo 5: Calcular el caudal que transporta una tubería de 200 mm SDR 41, ASTM D-3034, trabajando con una altura de flujo (tirante) del 50% y con un gradiente de 2/1000. Además, calcular la altura que alcanzaría ese mismo caudal si se transportara en una tubería de 200 mm NOVAFORT. Solución: La tubería de 200 mm SDR 41, ASTM D-3034 tiene un diámetro interno de 202,98 mm, es decir 0,203 m (tabla A.4 del anexo A). El caudal Q a tubo lleno se calcula con la ecuación 3.8, a saber: El caudal a media sección q se determina mediante la curva de elementos hidráulicos de la figura 3.4. Para ello, tenemos que: h/H = 0,50 (relación del tirante con respecto al diámetro) Localizando el valor 0,50 en el eje de las ordenadas, o eje y, trazamos una línea horizontal hasta intersectar la curva correspondiente al caudal. A partir de esa intersección, trazamos una línea vertical hasta intersectar el eje de las abscisas, o eje x, y leemos el valor. De esa manera, encontramos que: q/Q = 0,50; o sea, q = 11 l/s (caudal a media sección) De manera similar, calculamos el caudal a sección llena del tubo NOVAFORT para las condiciones establecidas. El diámetro interno es 200,7 mm, o sea 0,2007 m (tabla A.5 del anexo A). De este modo, obtenemos que el flujo a plena capacidad es de 21,2 l/s y la relación de caudales es: q/Q = 11,0/21,2 = 0,52 Utilizando de nuevo la curva de elementos hidráulicos, buscamos en el eje de las abscisas el valor 0,52 y trazamos una línea vertical hasta la curva de caudal; al intersectarla, trazamos una línea horizontal hasta el eje de las ordenadas y leemos la relación del tirante con respecto al diámetro. Así, encontramos que ese valor es 0,52; es decir, el tubo trabaja a un 52% de su altura. Para efectos prácticos, la diferencia en el diámetro interno de las tuberías analizadas no se convierte en una variación sustancial en su comportamiento hidráulico. De esa forma, ambas pueden utilizarse sin temor a tener problemas de funcionamiento. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 35
  32. 32. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS FIGURA 3.3: ÁBACO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO DE SISTEMAS POR GRAVEDAD 36 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  33. 33. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS La figura 3.4 presenta la Curva de elementos hidráulicos para tuberías circulares, la cual nos permite conocer las condiciones hidráulicas en diferentes alturas de flujo. FIGURA 3.4: CURVA DE ELEMENTOS HIDRÁULICOS b) Diseño estructural de tuberías para alcantarillado En sistemas de alcantarillado, deben aplicarse los criterios indicados en el capítulo 6 para el diseño estructural de tuberías plásticas. Este es un aspecto de suma importancia, pues las cargas que deberán soportar las tuberías empleadas en sistemas de alcantarillado son mayores, por cuanto generalmente se instalan más profundas que las tuberías de agua potable, y no existe una presión interna que genere una fuerza que contrarreste las cargas impuestas. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 37
  34. 34. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.3 TUBOSISTEMAS EN EDIFICACIONES AMANCO cuenta con las tuberías y accesorios requeridos para las diversas instalaciones internas en casas y edificios. A continuación se describen los diversos sistemas ofrecidos por AMANCO, así como sus aplicaciones. a) Sistemas de agua fría y agua caliente AMANCO dispone de una amplia gama de tuberías y accesorios para facilitar todo tipo de instalación de sistemas de agua fría y caliente, los cuales se detallan en el anexo B. FIGURA 3.5: SISTEMAS DE AGUA FRÍA Y CALIENTE a) Agua fría b) Agua caliente Presión y consumos mínimos Para determinar la dimensión de los sistemas, deben conocerse los requerimientos de los aparatos sanitarios y el número de ellos que se instalará. En la tabla 3.4 se exponen los parámetros para el cálculo de consumos. La presión dinámica a la entrada de los aparatos nunca deberá ser menor de 5,0 metros de columna de agua (0,5 kg/cm2). TABLA 3.4: DIÁMETROS, PRESIÓN Y GASTOS MÍNIMOS DE APARATOS SANITARIOS 38 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  35. 35. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS Velocidad del flujo La velocidad mínima de las tuberías de distribución será 0,60 m/s para evitar la sedimentación de partículas, y una velocidad máxima de 2,0 m/s para evitar el ruido excesivo en las tuberías, la cavitación y el golpe de ariete. Sin embargo, la velocidad recomendable está dada por la expresión: Ecuación 3.9 donde: Vmax = velocidad máxima (m/s) < 2,00 m/s Di = diámetro interno (m) En la tabla 3.5 se observan las capacidades de las diferentes tuberías, de acuerdo con la ecuación 3.9 y el tipo de tubería, para uso en edificaciones. TABLA 3.5: CAPACIDADES MÁXIMAS RECOMENDADAS PARA TUBERÍAS DE PVC EN EDIFICACIONES Fuente: Amanco Caudales de diseño Con los valores de la tabla 3.4, y conociendo el número de aparatos por instalar, podemos calcular el caudal de diseño para el tramo en estudio mediante la ecuación: Ecuación 3.10 donde: n Q Qi a = = = = número de aparatos alimentados por una misma tubería caudal de diseño (l/s) caudal requerido por cada aparato (l/s) factor de descarga (=0,30 para sistemas con predominancia de inodoros con fluxómetro; 1/12 para sistemas con predominancia de inodoros con tanque) Una vez determinado el caudal de diseño, podemos definir el diámetro requerido, utilizando para ello la información incluida en la tabla 3.5. Asimismo, las pérdidas por fricción en cada tramo se calculan con la fórmula de Hazen-Williams (ecuación 3.4). MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 39
  36. 36. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS Tuberías para agua caliente Las tuberías y accesorios para agua caliente se fabrican en CPVC (SDR 11) y tienen propiedades básicas similares a las del PVC, con la ventaja de mantener estas características a temperaturas mayores. Las tuberías y accesorios CPVC (SDR 11) se han diseñado para las siguientes condiciones de presión, según la temperatura, con los valores de la siguiente tabla: TABLA 3.6: PRESIÓN DE TRABAJO PARA TUBERÍAS CPVC Fuente: UNI-BELL Dentro de las principales ventajas de la tubería CPVC (SDR 11) están su facilidad y rapidez de instalación, resistencia a la corrosión, superficie interna lisa, reducción de pérdidas de calor gracias a su coeficiente de conductividad térmica, y una notoria reducción del ruido ocasionado por el flujo. b) Sistemas de aguas negras Gasto y diámetros mínimos de las tuberías Al igual que en los sistemas de agua fría y caliente, deben conocerse los requerimientos de los aparatos sanitarios y el números de ellos que se instalará, para lograr una apropiada dimensión del sistema de aguas negras. En la tabla 3.7, se presentan los parámetros para calcular el gasto de los diversos aparatos sanitarios y la dimensión de los conductos. TABLA 3.7: GASTO Y DIÁMETROS MÍNIMOS DE SIFONES Y TUBERÍAS DE DESAGÜE Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) 40 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  37. 37. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS El caudal máximo de un colector se obtendrá considerando la probabilidad de uso simultáneo de las piezas sanitarias conectadas a este. Se puede calcular mediante la ecuación siguiente: Ecuación 3.11 donde: n Q Qi = = = # de aparatos sanitarios que descargan en un mismo colector caudal de diseño (l/s) caudal aportado por cada aparato (l/s) Pendientes y velocidades La pendiente en los tramos horizontales de las tuberías de descarga, así como en colectores primarios y secundarios, será uniforme. En ningún caso las pendientes deberán ser menores de lo establecido en la tabla 3.8. TABLA 3.8: PENDIENTES MÍNIMAS EN TUBERÍAS DE DESAGÜE Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) AMANCO recomienda que las tuberías sean calculadas de manera que funcionen a canal abierto, con velocidades entre 0,6 y 2,5 m/s y una altura de flujo máxima del 50% del diámetro. En edificaciones de varios pisos, se puede llenar hasta un 75%. La dimensión de las tuberías se obtiene mediante la fórmula de Manning (ecuación 3.8), pero además se debe revisar la velocidad para no exceder los límites establecidos. En ningún caso el diámetro del conducto horizontal será menor que el de cualquiera de los desagües de los aparatos que en él descargan. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 41
  38. 38. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS Desagüe vertical de aguas negras Los caudales máximos permisibles en las tuberías de desagüe verticales o bajantes se indican a continuación en la tabla 3.9. Por ninguna razón el diámetro de los bajantes será menor que cualquiera de las tuberías que en él descarguen. TABLA 3.9: DIMENSIÓN DE DESAGÜES VERTICALES DE PVC PARA AGUAS NEGRAS 1 No se permiten inodoros; 2 No se permiten más de dos inodoros; 3 No se permiten más de cuatro inodoros Ventilación sanitaria En edificaciones de más de dos pisos o en aquellas que tengan baterías de aparatos sanitarios conectadas a un mismo ramal o columna, se deben tomar las medidas necesarias para evitar malos olores y garantizar un buen funcionamiento del sistema, esto se logra colocando un sistema auxiliar de ventilación. En la figura 3.6, se muestra un esquema típico de ventilación. De este modo, los gases y olores circularán hacia arriba y escaparán a la atmósfera. Asimismo, se permitirá la entrada y salida de aire, con lo cual las condiciones de succión, aspiración y contrapresión no causarán la pérdida de los sellos de agua de los sifones. En general, es importante tomar en cuenta las siguientes recomendaciones al instalar los sistemas de ventilación: • En bajantes de aguas negras de 38 mm (11/2”), debe utilizarse tubería de ventilación del mismo diámetro. • La distancia máxima entre el sifón y la columna de ventilación no debe exceder lo indicado en la tabla 3.10. • El punto de intersección entre la columna de ventilación y la tubería horizontal de desagüe debe quedar por encima de la línea de carga piezómetrica, tal como se observa en la figura 3.7. 42 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  39. 39. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS FIGURA 3.6: SISTEMA TÍPICO DE VENTILACIÓN TABLA 3.10: DISTANCIA MÁXIMA DEL SIFÓN A LA CONEXIÓN DE VENTILACIÓN Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) FIGURA 3.7: UBICACIÓN DE TUBERÍAS DE CONEXIÓN MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 43
  40. 40. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS En la tabla 3.11, se especifican los diámetros de los ramales de ventilación en función del tamaño de los bajantes de aguas negras. TABLA 3.11: DESAGÜES VERTICALES DE AGUAS NEGRAS Y RAMALES DE VENTILACIÓN Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) c) Sistema de recolección y evacuación de aguas pluviales AMANCO cuenta con un sistema completo para la recolección y evacuación de las aguas pluviales, el cual incluye la canoa diseño colonial y la canoa lisa de alto caudal, con los respectivos bajantes y accesorios, para su aplicación en edificaciones. El caudal de diseño para el sistema de aguas pluviales se puede obtener directamente de la tabla 3.12. Esta tabla está basada en escorrentía producida en superficies impermeables, para tormentas con intensidad de 240 mm/h y un tiempo de concentración de cinco minutos. TABLA 3.12: CAUDALES ORIGINADOS POR TORMENTA (Intensidad = 240 mm/h, coeficiente de escorrentía = 0,95) Fuente: AMANCO Los caudales de la tabla 3.12 pueden utilizarse para determinar la dimensión de las tuberías de desagüe, incluyendo los bajantes y las canoas. 44 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  41. 41. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS Tuberías de desagüe En el cálculo de las tuberías horizontales de desagüe se utilizará la fórmula de Manning (ecuación 3.8), y en este caso se aceptará que las tuberías trabajen a 3/4 partes de su altura bajo el caudal de diseño. Bajantes para aguas pluviales Para determinar la dimensión de las tuberías para bajantes de aguas pluviales del sistema AMANCO, se pueden utilizar los parámetros de la tabla 3.13. TABLA 3.13: CAUDALES MÁXIMOS PERMISIBLES EN BAJANTES PLUVIALES Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) Con el fin de simplificar el cálculo de bajantes se ha preparado la siguiente tabla, en la cual se indica el área de techo máxima que pueden evacuar las tuberías según su diámetro. TABLA 3.14: FACTOR DE ÁREA POR BAJANTE Fuente: Código de instalaciones mecánicas CFIA (Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica) Para calcular el número de bajantes, solo será necesario determinar el área del techo del cual se quieren evacuar las aguas de lluvia y dividirla entre el factor de área de la tabla 3.14, según la sección escogida. Así se obtiene el número de bajantes por instalar. En la tabla 3.15, se aprecia el número de bajantes requeridos, dependiendo del área de techo y del tipo de bajante. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 45
  42. 42. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS TABLA 3.15: NÚMERO DE BAJANTES REQUERIDOS Fuente: AMANCO Canoas (canales) El sistema pluvial AMANCO cuenta con la canoa colonial, la canoa lisa de alto caudal y la canoa española. Al igual que en el caso de las tuberías de desagüe pluvial, las canoas se calculan con la fórmula de Manning (ecuación 3.8), trabajando a 3/4 partes de su altura bajo el caudal de diseño. En la figura 3.8, se muestran nuestras canoas y sus dimensiones, y en la tabla 3.16 se detallan las capacidades de flujo con diferentes inclinaciones. Nuestra recomendación es instalarlas con un gradiente del 0,2%. FIGURA 3.8: CANOAS DEL SISTEMA PLUVIAL AMANCO a) Canoa colonial b) Canoa lisa de alto caudal c) Canoa española 46 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  43. 43. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS TABLA 3.16: CAPACIDAD DE CANOAS AMANCO (flujo a 3/4 de altura de la canoa) Fuente: AMANCO La información de la tabla anterior es muy útil para comprobar que la capacidad de la canoa no sea inferior a la del bajante seleccionado, y evitar así desbordamientos que puedan perjudicar la estabilidad de la canoa. 3.6 TOMAS DOMICILIARIAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO PÚBLICO AMANCO pone a disposición de las entidades encargadas del abastecimiento de agua sus dos sistemas para toma domiciliaria: - Sistema tradicional de toma domiciliaria de PVC - Sistema TD-2000 con tubería de polietileno de alta densidad (HDPE) a) Sistema tradicional de toma domiciliaria PVC La toma domiciliaria tradicional está conformada por una abrazadera de PVC, que permite hacer la derivación en la tubería principal, para instalar luego la tubería de PVC y los accesorios respectivos y dejar el servicio habilitado. En tuberías principales de diámetros pequeños, la derivación puede realizarse mediante la colocación de una tee con la reducción al diámetro requerido. En la figura 3.8, se observan esquemas típicos para tomas domiciliarias en PVC. FIGURA 3.8: TOMAS DOMICILIARIAS EN PVC a- Derivación directa b- Derivación con válvula MIP c- Derivación con válvula de incorporación MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 47
  44. 44. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS b) Sistema TD-2000 con tubería HDPE La toma domiciliaria en HDPE es de fácil instalación.Tiene mayor flexibilidad ante eventos sísmicos y requiere un bajo mantenimiento a largo plazo. El acople rápido evita las fugas de agua, debido al sello hermético producido por el anillo de hule incorporado en los accesorios. No es necesario usar herramientas para lograr el acople entre la tubería y los accesorios, ya que el ajuste se puede realizar manualmente con solo girar las tuercas. En la figura 3.9, se observa el sistema completo para toma domiciliaria TD-2000 con tubería de polietileno de alta densidad. FIGURA 3.9: TOMA DOMICILIARIA TD-2000 CON TUBERÍA HDPE 3.7 CAJAS ROTOMOLDEADAS PARA EDIFICACIONES AMANCO cuenta con toda una gama de cajas rotomoldeadas para uso residencial, comercial e industrial, como complemento a las instalaciones mecánicas y sanitarias. Las cajas rotomoldeadas se fabrican con capacidades de 23, 70 y 95 litros, y sus principales aplicaciones son las siguientes: • Trampas de grasa • Cajas de registro sanitario y pluvial • Otras aplicaciones En las figuras siguientes, se presentan nuestras cajas rotomoldeadas y sus diferentes aplicaciones. 48 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  45. 45. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS FIGURA 3.10: TRAMPAS DE GRASA FIGURA 3.11: CAJAS DE REGISTRO a) Registro sifónico d) Registro sanitario b) Registro pluvial e) Caja de válvulas c) Registro con sumidero f) Interceptor de combustibles MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 49
  46. 46. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.8 DEPÓSITOS PARA AGUA POTABLE Para complementar el tubosistema potable residencial, AMANCO cuenta con sus exclusivos tanques rotomoldeados de polietileno, con capacidad nominal de 1200 litros y efectiva de 1000 litros. Sus principales ventajas son: • Son fáciles de limpiar, por su textura lisa. • Son resistentes a los rayos ultravioleta. • Poseen tapadera hermética. • Pueden instalarse enterrados o a la intemperie. • Su diseño les da una mayor resistencia estructural. • Son fáciles de instalar. Los tanques cuentan con todos los accesorios para su debida instalación y funcionamiento. El kit se suministra adicionalmente. En el capítulo 9 se describe el proceso de instalación. FIGURA 3.12: DEPÓSITO PARA AGUA POTABLE 50 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  47. 47. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.6 TANQUE SÉPTICO Y SISTEMA DRENASEP AMANCO ha ideado un nuevo concepto para el tratamiento de las aguas residuales domésticas, con su nuevo tanque séptico de polietileno y drenaje con tubería Drenasep 115 mm. Con este nuevo sistema, se instalan todos los componentes en una forma rápida, simple y económica, tal como se muestra en la figura 3.13. El detalle de instalación se incluye en el capítulo 9. Drenasep es 50 veces más liviana que la tubería de concreto perforada; sus ranuras posibilitan una mejor distribución de la salida del agua con respecto a la que se logra con el sistema tradicional. Posee una alta resistencia al aplastamiento. Además, es muy fácil de instalar gracias a las uniones y yees de acople rápido, con los cuales se pueden hacer las derivaciones sin necesidad de pegamento. FIGURA 3.13: SISTEMA DRENASEP PARA DRENAJE DE TANQUES SÉPTICOS En la tabla 3.17, se indican las longitudes mínimas de drenaje al utilizar Drenasep 115 mm. TABLA 3.17: LONGITUD DE DRENAJE Fuente: AMANCO MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 51
  48. 48. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS En la figura 3.14, se muestra la sección de la tubería Drenasep y la manera de colocarla en la zanja. El gradiente máximo recomendado es de 0,5%. FIGURA 3.14: COLOCACIÓN DE DRENASEP EN ZANJA a) Sección transversal de zanja 52 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS b) Corte transversal Drenasep
  49. 49. CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DE TUBOSISTEMAS 3.7. POZOS DE VISITA PARA ALCANTARILLADO AMANCO cuenta con sus exclusivos pozos de visita rotomoldeados de polietileno, para aplicaciones en sistemas de alcantarillado sanitario y en pluviales de bajo diámetro. Sus principales ventajas son: • Mayor resistencia a la abrasión y corrosión • Hermetismo • Mayor eficiencia hidráulica • Facilidad de instalación La figura siguiente contiene los elementos que conforman el pozo de visita. FIGURA 3.15: POZO DE VISITA AMANCO Para ajustarse a diferentes profundidades, el anillo elevador se fabrica en 24 y en 60 cm; además, para instalar pozos con caída se puede solicitar el anillo elevador de 60 cm con caras planas. Los diámetros de entrada van desde 150 mm (6”) hasta 300 mm (12”), y los de salida desde 200 mm (8”) hasta 375 mm (15”), y son compatibles con tubería Novafort y con tubería de la norma ASTM D 3034. En el capítulo 8, se describe el proceso de instalación de los pozos de visita. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 53
  50. 50. Manual técnico Capítulo 4 DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA
  51. 51. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA 4.1 SISTEMAS DE RIEGO La agricultura moderna demanda de sistemas de riego para producir en época seca, para mejorar la calidad y la cantidad de las cosechas y, algo muy importante, para producir en el momento oportuno y así obtener los mejores precios. El riego consiste en aplicar una determinada cantidad de agua a la zona radicular de las plantas, para que estas la absorban y cumplan sus funciones metabólicas. Esta cantidad de agua se llama lámina de riego, y busca suplir el agua evapotranspirada por la planta y el suelo circundante. Para calcular el agua evapotranspirada existen varios métodos, que toman en cuenta parámetros tales como la temperatura, la radiación solar y la latitud; por ello, los valores para cada zona deben consultarse preferiblemente a un profesional del ramo. La lámina de riego es llevada al campo por diferentes métodos, los cuales han mejorado conforme a los avances en tecnología. Así, se garantiza que estos sean eficientes en la aplicación del agua. Por ser el agua un recurso finito, con el paso del tiempo, está adquiriendo su verdadero valor. AMANCO ofrece sus innovadores sistemas para las diferentes modalidades de riego existentes en el mercado, desde los tradicionales hasta las últimas tendencias. A continuación se describen estos sistemas. a) Riego por compuertas Este sistema consiste en transportar el agua, desde la fuente de toma hasta los terrenos por irrigar, con nuestra tubería de Novarriego. Esta tubería funciona como conducción hasta llevar el agua a hidrantes donde, a su vez, se conectará a tuberías con compuertas, espaciadas según el cultivo por irrigar. En el campo se realiza la extensión de estas tuberías y se abren las ventanas de los lotes que se requieran regar; una vez terminada esta labor, se cierran estas ventanas y se abren otras en los siguientes lotes, con lo cual se logra un uso eficiente del agua. La tubería de Novarriego se fabrica según la norma ASTM F949, con tubería de pared externa corrugada e interna lisa, en diámetros desde 100 mm (4”) hasta 600 mm (24”), y puede soportar presiones internas hasta de 2,1 kg/cm2 (30 psi). Por su parte, las tuberías con compuertas se fabrican bajo la norma ASTM D2241, en diámetros de 200 mm (8”) y 250 mm (10”), con las compuertas separadas según lo requiera el cultivo. El cálculo hidráulico se efectúa con las ecuaciones 3.3 y 3.4 de Hazen-Williams. En la figura 4.1 se muestra el tubosistema de riego por compuertas. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 57
  52. 52. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA FIGURA 4.1: TUBOSISTEMAS DE RIEGO POR COMPUERTAS AMANCO b) Riego por aspersión El método de riego por aspersión consiste en aplicar el agua a través de emisores llamados aspersores, por los cuales sale el agua. Al entrar el chorro de agua en contacto con la atmósfera, se dispersa y provoca una lluvia artificial. Estos aspersores pueden entregar caudales desde 0,250 m3/h hasta 160 m3/h. Para lograr lo anterior de una forma eficiente, se debe escoger el aspersor que mejor se adapte al cultivo y a las condiciones presentes de textura de suelo, topografía, viento y evapotranspiración. Los fabricantes de aspersores brindan tablas con las características principales para cada uno de sus modelos. En estas tablas, se indican el caudal y el diámetro de alcance para una determinada presión en la base del aspersor. Con esta información y la de las tablas 4.1 y 4.2 siguientes; en las que se presentan criterios para la selección del espaciamiento de aspersores tomando como parámetro la velocidad del viento presente y la velocidad de infiltración para diferentes texturas de suelo, se determina la precipitación horaria que produce el aspersor. Esta precipitación debe ser menor o igual a la velocidad de infiltración del suelo en el que se está estableciendo el sistema de riego, con el fin de evitar que ocurra una escorrentía superficial. 58 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  53. 53. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA TABLA 4.1: ESPACIAMIENTO DE ASPERSORES EN CONDICIONES ESPECÍFICAS DE VIENTO Fuente: USDA TABLA 4.2 VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN SEGÚN TEXTURA DEL SUELO Fuente: USDA Una vez definido el espaciamiento, y con base en la información del caudal o gasto del aspersor, se procede a estimar la precipitación provocada por el aspersor. Comparando con la infiltración básica del suelo, se puede determinar si el aspersor es apto para ese suelo y cultivo. La lámina de riego está dada por lo general en profundidad o milímetros (mm) de agua, por lo que, al comparar la lámina de riego con la precipitación provocada por el aspersor, se obtiene el tiempo de riego. Las ecuaciones siguientes se emplean para la determinación de la lámina y el tiempo de riego. Ecuación 4.1 y con: Ecuación 4.2 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 59
  54. 54. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA donde: I Q Ai = precipitación del aspersor en mm/h (milímetros por hora) = caudal del aspersor en l/h (litros por hora) = área efectiva del aspersor en m2 (metros cuadrados) Da Dl = distancia entre aspersores en metros = distancia entre líneas de aspersores en metros Por ejemplo, para un terreno en el que se sembrarán follajes de porte bajo, donde el suelo es franco de topografía plana y sin vientos, y para el cual se determinó una lámina de riego diaria de 7 milímetros, se busca en el catálogo del fabricante un aspersor que entregue un caudal de 1300 l/h a una presión de 2 atmósferas y con un diámetro de alcance de 28 metros, el cual puede servir para este propósito dada su poca energía de funcionamiento. De este modo se determina que, para esa velocidad del viento (0 KPH), el aspersor debe colocarse a 18 metros entre aspersores y líneas, lo que da a su vez un área efectiva de riego de: Ai = 18 x 18 m = 324 m2; entonces, la precipitación producida por el aspersor es de: I = 1300/324= 4 mm/h Al comparar con la tabla de infiltración para diferentes texturas, se determina que esta velocidad es menor, por lo que no provocará escorrentía superficial y, por último, requerirá de 1 hora y 45 minutos para aplicar la lámina de riego necesaria. En cuanto a los diferentes tipos de riego por aspersión, existen tres formas de colocación: • Fija: las tuberías están completamente fijas en el terreno. • Semifija: la tubería principal está fija en el terreno, y se conectan tuberías móviles que se trasladan de lugar una vez efectuado el riego. • Totalmente móviles: tanto la tubería principal como los laterales o líneas regantes se movilizan a diferentes lugares durante la temporada de riego. En la figura 4.2, se observan diversos sistemas de riego por aspersión. FIGURA 4.2: SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN AMANCO 60 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  55. 55. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Para sistemas semifijos y para los móviles, AMANCO cuenta con Riegomóvil, producido en PVC con la más alta tecnología, para satisfacer las necesidades del agricultor. Además de su bajo costo con respecto a otras alternativas, las tuberías de los sistemas Riegomóvil son más versátiles, más resistentes, más livianas e, incluso, más duraderas por su formulación para protegerlas de la radiación solar. El exclusivo sistema de acople rápido en las tuberías y accesorios, hace que la instalación sea sumamente fácil y segura. La línea de accesorios de Riegomóvil incluye curvas (22,5º, 45º y 90º), así como inversores y adaptadores (macho y hembra), tees en línea (macho, hembra y final), portaaspersores, uniones de reparación, y tapones y acoples (macho y hembra) para estas últimas. En la figura 4.3, se aprecia el sistema Riegomóvil. FIGURA 4.3: SISTEMA RIEGOMÓVIL AMANCO c) Riego por microaspersión Esta modalidad de riego es similar a la aspersión pero con emisores de bajo volumen, esto es, que entregan caudales de 20 a 250 litros por hora y se utilizan por lo general para cultivos en línea y en invernaderos para lograr microclimas controlados. El cálculo de estos sistemas emplea las mismas consideraciones de los sistemas de aspersión; pero en los cultivos, como frutales, se busca también colocar uno o dos emisores por árbol, de manera que estos abarquen la mayor parte de la extensión del área radicular de los árboles. Por lo general, se utilizan sistemas fijos, para los cuales AMANCO ofrece su propia línea de microaspersores MF, así como otros de las fábricas más prestigiosas del mundo. En la figura 4.4 siguiente, se muestran ejemplos de sistemas de riego por microaspersión. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 61
  56. 56. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA FIGURA 4.4: SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN AMANCO d) Riego por goteo El riego por goteo consiste en llevar el agua a la zona radicular de las plantas por medio de emisores llamados goteros que, como su nombre lo indica, entregan el agua gota a gota; y precisamente con ellos, los volúmenes de entrega son muy bajos, en los rangos de 0,3 a 16 litros por hora. Para esta modalidad hay varios tipos de equipo, como las cintas de goteo, que son tubos con goteros espaciados según se requiera. Sus paredes son muy delgadas, por lo que también su precio es menor; sin embargo, su vida útil es muy limitada y no alcanza más de dos a tres temporadas de uso. Existen también mangueras más rígidas, con goteros integrados y separados según se requiera; con los respectivos cuidados, pueden llegar a tener vidas útiles de hasta diez años. AMANCO fabrica la manguera Amancodrip, con un diámetro de 16 mm, a la cual se le integran goteros de 2,2 y 4,2 litros por hora, ya sean sencillos o autocompensados, y con diferentes espaciamientos, que varían entre 0,33 y 1,75 metros. Además, AMANCO suministra goteros individuales de diferentes dotaciones, que se pueden insertar en mangueras de riego según se requiera. Se llaman goteros de botón, y pueden entregar caudales de 1, 2, 3, 4, 6, 12 ó 16 litros por hora, dependiendo de las condiciones del cultivo y del terreno o tipo de invernadero. Asimismo, como componente esencial de los sistemas de microaspersión y goteo, AMANCO pone a disposición del agricultor la tubería Polirriego, fabricada con polietileno de baja densidad (LDPE) en diámetros de 16, 20 y 25 mm, capaz de soportar una presión de trabajo de 3,5 kg/cm2 (50 psi). FIGURA 4.5: SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO AMANCO 62 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  57. 57. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA e) Otras opciones de riego por aspersión Otra versión de riego por aspersión tecnológicamente más avanzada la constituyen las máquinas de riego, estructuras de metal que sostienen una tubería de polietileno con aspersores. Estas tuberías están acopladas a una bomba accionada por un motor, que a la vez mueve la máquina avanzando a lo largo o a la redonda del campo por irrigar, con líneas de avance lateral y pivotes centrales. Otro tipo de máquina, el cañón viajero, cuenta con un tambor en el que se arrolla una manguera de polietileno, conectada en un extremo a un aspersor tipo cañón y en el otro a una bomba. Cuando se inicia el riego, la manguera se desenrolla y se lleva el aspersor a un extremo del campo por irrigar; conforme se va irrigando, el motor acciona el tambor para que la manguera se vaya rebobinando, con lo cual se produce el avance del cañón a lo largo del terreno. En la figura siguiente se muestran ejemplos de estos sistemas, los cuales pueden ser suplidos con tuberías y mangueras de polietileno AMANCO. FIGURA 4.6: OTROS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 63
  58. 58. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA 4.2 COMPONENTES ESENCIALES DE LOS SISTEMAS DE RIEGO Los sistemas de riego en general están compuestos por cinco componentes básicos: Fuente de energía Puede ser una bomba o un acueducto que utiliza la fuerza de gravedad para generar energía (presión); el agua se obtiene de diferentes fuentes, como ríos, lagos, canales o pozos, acordes con la demanda del sistema de riego que se está planeando. Sistema de filtrado Es el corazón de un sistema de riego, sobre todo en los sistemas de riego por goteo y microaspersión; en ellos, se debe contemplar que el máximo tamaño de las partículas que pasen por él no sea mayor que una décima parte del diámetro del emisor para el cual se está colocando el sistema de filtrado. A su vez, este sistema debe contemplar un sistema de limpieza, pues su obstrucción reduce considerablemente la presión disponible. Esta limpieza puede realizarse en una forma manual o automática. Tubería principal Conduce el agua desde la toma hasta las válvulas de control de riego, para lo cual se utiliza la tubería de PVC descrita en este manual, en diámetros de 12 a 600 mm (1/2 a 24”). Tuberías secundarias Son todas las tuberías que van aguas abajo de las válvulas de control, tanto las llamadas divisoras o manifolds como las laterales en las que se colocan los emisores. Al igual que en la tubería principal, en estas se utiliza la tubería de PVC descrita en este manual. Válvulas de control y protección Se emplean para el control de los sistemas de riego, los sistemas hidráulicos en general y los sistemas de bombeo. Algunas de ellas son: - Válvula de compuerta, de mariposa o de globo de operación manual, eléctrica o hidráulica, cuya función es permitir la correcta operación del sistema de bombeo, tanto en el encendido como en el apagado - Válvula de retención, que se utiliza como protección del sistema de bombeo y tuberías, en el caso de que ocurra un retroflujo por un corte abrupto de la energía en la bomba - Válvula de alivio, la cual se coloca para proteger las tuberías en el caso de que se presente una sobrepresión en el sistema - Válvulas de evacuación e ingreso de aire, de doble propósito con las cuales el aire puede entrar en caso de vaciados súbitos de la tubería, para evitar que esta se colapse - Válvulas de control de parcela, para la operación de apertura, cierre y regulación de presión a la entrada de las parcelas. Si se utilizan válvulas de compuerta, estas deben funcionar completamente abiertas o completamente cerradas; no se pueden usar para regulación de flujo, porque no están diseñadas para tal función; por el contrario, las válvulas de globo o válvulas hidráulicas sí están diseñadas para regulación de presión y flujo, por lo que lo recomendable es emplear este tipo de válvulas para asegurar una presión preestablecida constante en la operación de aguas debajo de la válvula. 64 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  59. 59. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA 4.3 SISTEMAS DE SUBDRENAJE a) Diseño hidráulico de Drenaflex AMANCO cuenta con una novedosa tubería corrugada de PVC para el drenaje de suelos: Drenaflex. Drenaflex es el elemento clave para rescatar y mejorar suelos de poca permeabilidad, o para controlar niveles freáticos muy altos, para estabilizar y controlar la presión hidrostática en obras civiles, etc. Drenaflex tiene una gran aplicación en campos deportivos y recreativos, en drenaje de suelos para cultivos, drenaje de muros y cimientos, autopistas, carreteras, parqueos, etc. FIGURA 4.7: TUBERÍA DRENAFLEX a) Corte transversal DRENAFLEX b) Rollo de 50 metros DRENAFLEX El procedimiento para determinar el diámetro interno de la tubería Drenaflex es el siguiente: • Determinamos la intensidad de lluvia (i) en mm/día • Determinamos el factor de permeabilidad (R) del terreno, según la tabla 4.3. • Determinamos las hectáreas (A) de cada dren, teniendo en cuenta su espaciamiento y su longitud. (El procedimiento para calcular el espaciamiento se detalla más adelante.) • Usando estos resultados, calculamos el caudal de diseño (Q) en litros por segundo, mediante la ecuación: Q = 0,13 i R A Ecuación 4.3 • De las condiciones topográficas del terreno, determinamos la pendiente (S) para el dren, en porcentaje. • Con los datos anteriores de Q y S, determinamos el diámetro de Drenaflex requerido, mediante el ábaco de la figura 4.8. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 65
  60. 60. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA TABLA 4.3: FACTOR DE PERMEABILIDAD DEL TERRENO, R Fuente: USDA En la tabla 4.4 siguiente, se detallan las principales características de las tuberías Drenaflex. TABLA 4.4: DIMENSIONES DE LA TUBERÍA DRENAFLEX Fuente: USDA La figura 4.8 presenta el ábaco para determinar la dimensión de las tuberías Drenaflex, el cual es muy útil para seleccionar apropiadamente la tubería. FIGURA 4.8: ÁBACO PARA DETERMINAR LA DIMENSIÓN DE TUBERÍAS DRENAFLEX 66 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  61. 61. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Ejemplo 7: Calcular el diámetro requerido para drenar un área de 40 m de ancho por 100 m de largo. La intensidad de lluvia es de 100 mm/día. El terreno se utiliza para cultivo y tiene una permeabilidad mediana. El dren debe colocarse con un gradiente del 0,5%. Solución: Para el cálculo del caudal, empleamos la ecuación 4.3. Los datos del caso son los siguientes: i = 100 mm/día; R = 0,80, de la tabla 4.3; A = 0,40 ha; por lo tanto, Q = 0,13 (100) (0,80) (0,40) = 4,16 l/s Utilizando el ábaco de la figura 4.8, marcamos en el eje de las ordenadas el valor de 0,5% de la pendiente del dren; trazamos una línea horizontal hasta intersectar la línea de 115 mm de diámetro; luego dibujamos una línea vertical hasta intersectar el eje de las abscisas y leemos el valor de Q máximo. En este caso, encontramos que Q máximo es 5,5 l/s, el cual satisface nuestros requerimientos. Con la curva de elementos hidráulicos de la figura 3.4, encontramos que la altura del líquido en el dren será del 65%. b) Espaciamiento entre drenes Para calcular la separación entre drenes, tal como se muestra en la figura 4.9, se utiliza la fórmula de Hooghoudt siguiente: Ecuación 4.4 donde: L Kf1 = espaciamiento entre drenes (m) = coeficiente de permeabilidad del estrato de suelo arriba del dren (m /d) Kf2 = coeficiente de permeabilidad del estrato de suelo bajo del dren (m /d) D d = distancia entre el dren y el estrato impermeable (m) = factor de espaciamiento (m). Espesor equivalente del estrato del suelo permeable bajo el eje del dren. En la tabla 4.4, se dan los valores de d en función de L y D. = altura del nivel freático permisible en relación con el dren (m) = profundidad del dren (m) = profundidad permisible del nivel freático (m) = precipitación máxima que debe evacuarse (m /d) h t f s MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 67
  62. 62. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA FIGURA 4.9: ESPACIAMIENTO ENTRE DRENES TABLA 4.4: FACTOR DE ESPACIAMIENTO ENTRE DRENES, d Fuente: USDA 68 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  63. 63. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Dado que d está en función de L y D, debemos utilizar el procedimiento por tanteos con un valor asumido de L. Con el D conocido por trabajo de campo, obtenemos el valor para d. Con el valor de d seleccionado de la tabla 4.4, hacemos las sustituciones correspondientes en la ecuación 4.4 y encontramos L. Este valor de L obtenido por la ecuación se chequea con el asumido; si no coincide, se debe realizar un nuevo cálculo con otro valor de L asumido y su correspondiente d. Si hay coincidencia, tenemos ya definida la separación entre drenes, lo cual finalmente nos servirá para calcular el área (A) que contribuye a esa tubería. Ejemplo 8: Calcular el espaciamiento para el siguiente caso: Kf1 = 0,38 m/día; Kf2 = 1,48 m/día; D = 2,5 m; h = 0,5 m; s = 0,007 m/día Primer tanteo: suponemos L = 45 m; de acuerdo con la tabla 3.10 d = 1,99 m. Luego calculamos L. El espacio estimado fue muy grande, por lo cual debemos efectuar un segundo tanteo. Suponemos L = 41 m, y de acuerdo con la tabla 4.4 tenemos que d= 1,94 m. Recalculamos L con este factor d y encontramos L = 41 m (aproximadamente). La tabla 4.5 contiene los valores recomendados por AMANCO para la instalación de tuberías de drenaje Drenaflex. TABLA 4.5: RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DE DRENAFLEX Fuente: AMANCO MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 69
  64. 64. CAPÍTULO 4: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS DE INGENIERÍA AGRÍCOLA c) Patrones de composición de sistemas de drenaje Drenaflex es un sistema completo que le permite diseñar sus sistemas de la manera más conveniente para cada caso, gracias a su línea de accesorios (codos, yees, reducciones, tapones, terminales, etc.). En la figura 4.10, se presentan patrones de composición para sistemas de drenaje con el sistema Drenaflex. FIGURA 4.10: PATRONES DE COMPOSICIÓN DE SISTEMAS DE DRENAJE 70 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  65. 65. Manual técnico Capítulo 5 DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS
  66. 66. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS La instalación de tuberías para la canalización de cables de energía, señales y telecomunicaciones tiene como fin proteger los cables contra posibles daños causados por agentes externos, tanto en viviendas y edificaciones como en infraestructura para urbanizaciones o proyectos institucionales. Por tal razón, AMANCO ha desarrollado una amplia línea de productos para aplicaciones eléctricas y telefónicas, los cuales cumplen los más altos estándares de calidad. 5.1 INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y TELEFÓNICAS EN EDIFICACIONES a) Uso oculto en edificaciones AMANCO cuenta con un sistema completo Conduflex y conduit liviano para instalaciones eléctricas y telefónicas de residencias y edificios, con sus accesorios (curvas, uniones, conectores, cajas rectangulares, cuadradas, octogonales, etc.). Este sistema se ha desarrollado para aplicaciones donde las tuberías no están expuestas al medio, es decir, quedan ocultas entre paredes, cielos, entrepisos, etc. Por las características propias del PVC, nuestras tuberías Conduflex y conduit liviano no generan ni producen llama. No están sujetas a la acción galvánica ni electrolítica, por lo que se constituyen en aislantes perfectos, aun en presencia de metales. Por la impermeabilidad de las tuberías, es totalmente imposible la absorción de agua a través de sus paredes. Las uniones de Conduflex se realizan por medio de accesorios de tipo clip, los cuales pueden cementarse si se requiere hermetismo en la junta. Las uniones con cemento solvente del conduit son totalmente herméticas, lo cual garantiza que los sistemas estarán libres de humedad y de filtraciones. En la figura 5.1 se muestran nuestros tubosistemas eléctricos. FIGURA 5.1: TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS a- Conduflex b- Conduit Las tuberías y accesorios Conduflex se fabrican en 12, 18 y 25 mm; asimismo, el tubosistema conduit liviano comprende tuberías y accesorios desde 12 hasta 50 mm. En las tablas 5.1.a y b, se presenta el número máximo de conductores que pueden introducirse en las tuberías conduit AMANCO. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 73
  67. 67. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.1.a: NÚMERO MÁXIMO DE CONDUCTORES EN TUBERÍA CONDUFLEX 74 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  68. 68. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.1.a: NÚMERO MÁXIMO DE CONDUCTORES EN TUBERÍA CONDUFLEX (continuación) * Clases RHH, RHW, y RWH-2 sin forro MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 75
  69. 69. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.1.b: NÚMERO MÁXIMO DE CONDUCTORES EN TUBERÍAS CONDUIT Y CONDUIT SCH40 (Norma UL651) 76 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  70. 70. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.1.b: NÚMERO MÁXIMO DE CONDUCTORES EN TUBERÍAS CONDUIT Y CONDUIT SCH40 (continuación) * Clases RHH, RHW, y RWH-2 sin forro En aquellas situaciones en que existan diferentes calibres de conductores dentro de un mismo tubo conduit de PVC, deberá sumarse el área de sección transversal de esos conductores, para calcular el tamaño del conduit requerido. Las tablas 5.2, 5.3 y 5.4 contienen las dimensiones de los conductores, así como factores de combinación y porcentajes del área de tubo, que simplifican el cálculo. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 77
  71. 71. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.2: ÁREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE CONDUCTORES TABLA 5.3: COMBINACIÓN DE CONDUCTORES (% de sección utilizable del tubo) 78 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  72. 72. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.4: PORCENTAJES DE ÁREA DE TUBO Las tablas 5.5 y 5.6 especifican las dimensiones de Conduflex y conduit. TABLA 5.5: DIMENSIONES DE TUBERÍA CONDUFLEX TABLA 5.6: DIMENSIONES DE TUBERÍA CONDUIT La tubería conduit se fabrica en largos estándares de 3,00 m. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 79
  73. 73. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS La curvas de conduit cuentan con las dimensiones descritas en la tabla siguiente. TABLA 5.7: DIMENSIONES DE CURVAS CONDUIT b) Uso expuesto en edificaciones AMANCO ofrece también conduit SCH40 para servicio pesado, con certificado de Underwriters Laboratories, para aplicaciones en que los productos deban instalarse expuestos al medio. Este sistema cuenta con tuberías y accesorios producidos a partir de tubería PVC SCH40 desde 12 mm (1/2”) hasta 50 mm (2”), con sus respectivas curvas acampanadas en sus dos extremos en ángulos de 22,5°, 45° y 90°, y offsets en 2x45° y 2x22,5°. En la figura 5.2 se muestran los diversos componentes de este tubosistema; y en las tablas 5.8 y 5.9 se presentan las especificaciones de las tuberías conduit SCH40, curvas y offsets, respectivamente. FIGURA 5.2: COMPONENTES DE TUBOSISTEMA CONDUIT SCH40 80 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  74. 74. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.8: DIMENSIONES DE TUBERÍA CONDUIT SCH40 La tubería conduit SCH 40 se fabrica en largos estándares de 3,00 m; y las curvas y offsets poseen las dimensiones descritas en la tabla siguiente: TABLA 5.9: DIMENSIONES DE CURVAS Y OFFSETS CONDUIT SCH40 RADIO CORTO MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 81
  75. 75. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS 5.2 TUBERÍA PARA INFRAESTRUCTURA EN TELECOMUNICACIONES Y ELECTRIFICACIÓN SUBTERRÁNEA AMANCO ha desarrollado productos especiales para su utilización en el sector de energía y telecomunicaciones, los cuales tienen el objetivo de facilitar y hacer más segura y rápida la construcción de las obras de infraestructura. a) Ducto El ducto es una tubería fabricada de PVC y ampliamente utilizada en canalizaciones subterráneas para sistemas de electricidad y telefonía. Cuenta con todas las características propias del PVC, por lo que es muy apropiado para ese tipo de obras. La materia prima cumple la norma ASTM D1784, clase 12454, y las tuberías se fabrican de acuerdo con las normas ASTM D2241 y F512. El ducto se fabrica en diámetros nominales de 38, 50, 75 y 100 mm. b) Subducto El subducto es una tubería fabricada en polietileno de alta densidad (HDPE) mediante el proceso de extrusión, y se ha utilizado ampliamente en la construcción de sistemas subterráneos de fibra óptica. La materia prima es polietileno virgen de alta densidad (HDPE) sin ningún porcentaje de materia reprocesada, según los requerimientos de ASTM D1248, y según ASTM D2122 en cuanto a diámetros y espesores. El subducto se fabrica en diámetros nominales de 30 mm (1 1/4”) y 40 mm (1 1/2”) y se suministra en rollos con longitudes variables, dependiendo de las necesidades del cliente. Se adapta fácilmente a las condiciones constructivas y evita la construcción de conexiones o registros innecesarios. Por su alta resistencia al impacto, provee una gran seguridad contra golpes o punzadas. Además, por su flexibilidad se adapta fácilmente a los cambios en el trazado vertical y horizontal, y se comporta de forma excelente ante asentamientos del terreno y durante movimientos sísmicos. c) Ductoflex El Ductoflex es un tubo corrugado flexible, fabricado en PVC mediante el proceso de extrusión. Se ha utilizado en forma amplia y satisfactoria en sistemas de energía y telecomunicación, vía cable o fibra óptica. El corrugado de la pared le confiere una alta rigidez, difícilmente alcanzable en otras condiciones, por lo cual es muy resistente al impacto y a la deformación. El Ductoflex se fabrica en diámetros nominales de 50 (2”), 80 (3”) y 115 (4”) mm, y se suministra en rollos de 50 m o a conveniencia del cliente. Asimismo, se fabrica en dos clases: liviano y extrafuerte. La tabla 5.10 muestra los parámetros de rigidez (PS) y resistencia al impacto de ambas clases. 82 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  76. 76. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS TABLA 5.10: CARACTERÍSTICAS DEL DUCTOFLEX d) Multiducto Para efecto de facilitar la labor y aumentar la protección sobre los cables en instalaciones subterráneas, tanto eléctricas como telefónicas, AMANCO ofrece el nuevo Multiducto, el cual es producto de la combinación de tuberías de subducto en HDPE dentro de Ductoflex. El Multiducto se fabrica en tuberías de 115 mm Ductoflex; con 2, 3 y hasta 4 tuberías de subducto de HDPE. En la figura 5.3 se presenta el Multiducto AMANCO. FIGURA 5.3: MULTIDUCTO AMANCO d) Ducto TDP pared estructurada El ducto telefónico y eléctrico corrugado de pared estructurada es una combinación de las tecnologías más avanzadas en la fabricación de tubería de PVC, con los diseños de ingeniería, unidos en un ducto que aprovecha al máximo los materiales para obtener óptimos resultados en la construcción de canalizaciones subterráneas, al menor costo posible y con las mismas garantías de funcionamiento y seguridad de otros productos tradicionales. Sus principales ventajas son: • Pared interna lisa, para facilitar el cableado • Flexible para ajustarse al trazado de la canalización y salvar obstáculos • Liviana, para facilitar la manipulación en obra y en almacén • Junta rápida con empaque de hule, que garantiza el hermetismo • Más económica, en comparación con productos similares MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 83
  77. 77. CAPÍTULO 5: DISEÑO DE TUBOSISTEMAS ELÉCTRICOS En la figura 5.4 y en la tabla 5.11, se presentan las características principales del ducto TPD de pared estructurada. FIGURA 5.4: DUCTO TPD DE PARED ESTRUCTURADA TABLA 5.11: CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DUCTO TPD DE PARED ESTRUCTURADA El ducto TPD se produce en longitudes de 6,00 metros. 84 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  78. 78. Manual técnico Capítulo 6 COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS
  79. 79. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS PLÁSTICAS Las tuberías plásticas derivan de su propia flexibilidad la capacidad de soportar las cargas de relleno. La tubería tiende a experimentar una deflexión como consecuencia de las cargas de relleno y, de ese modo, desarrolla un soporte pasivo del suelo a cada lado de la tubería. Al mismo tiempo, la deformación anular libera a la tubería de la mayor porción de la carga vertical del suelo, la cual es soportada por el suelo circundante a través de un mecanismo de acción de arco sobre la tubería. Las tuberías enterradas pueden también ser sujetas de las cargas vivas que provienen de diversas fuentes, tales como carreteras y ferrocarriles. El efecto de la carga viva es muy importante, sobre todo a bajas profundidades de enterramiento; por el contrario, conforme aumenta la profundidad, disminuye su influencia sobre la tubería. El cálculo de deformación de las tuberías flexibles se basa en las teorías de Marston y Spangler, y mediante la ecuación de Iowa modificada (ecuaciones 6.1a y b) se puede determinar la deformación máxima en términos de porcentaje respecto al diámetro exterior. Ecuación 6.1a Ecuación 6.1b donde: DL K P w H W' E E' SDR PS = factor de retardo de deflexión (DL= 1,0) = = = = = = constante de encamado (ver figura 6.1 y tabla 6.1) prisma de carga (presión del suelo)= w H / 10000 , kg/cm2 peso del suelo, kg/m3 (ver tabla 6.2) altura de relleno sobre la corona del tubo, m carga viva, kg/cm2 (ver tabla 6.3) módulo de elasticidad del material de la tubería, kg/cm2 ( E = 28 150 kg/cm2 para PVC 1120) = módulo de reacción del suelo, kg/cm2 (ver tabla 6.4) = razón dimensional estándar = rigidez de la tubería, kg/cm2 (ver tabla 6.5) FIGURA 6.1: ÁNGULO DE ENCAMADO, ø MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 87
  80. 80. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS TABLA 6.1: VALORES DE LA CONSTANTE DE ENCAMADO, K TABLA 6.2: PESO DE DIFERENTES TIPOS DE SUELO, w TABLA 6.3: CARGAS VIVAS SOBRE TUBERÍAS DE PVC, W' 1 Simula un camión de 20 ton + impacto / 2 Simula una carga de ferrocarril de 27 272 kg/m + impacto 3 Doble tren de aterrizaje de 81 818 kg + impacto / * Influencia despreciable de la carga viva 88 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  81. 81. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS TABLA 6.4: MÓDULO DE REACCIÓN DEL SUELO, E' (para deflexión inicial de tubería flexible) a Designación ASTM D 2487, Designación USBR E-3 b LL = Límite líquido MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 89
  82. 82. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS La tabla siguiente presenta los valores de rigidez de tubería PS según el SDR, para utilizarlos en las ecuaciones 6.1 a y b. TABLA 6.5: RIGIDEZ DE TUBERÍAS DE PVC PARED SÓLIDA (PS), E mín = 28 150 kg/cm2 (400 000 psi) La tubería Novafort tiene una rigidez PS de 3,22 kg/cm2 (46 psi), equivalente a tubería de pared sólida SDR 35. Por su parte, Novaloc tiene una rigidez de 0,7 kg/cm2 (10 psi). Para tuberías perfiladas de gran diámetro, el valor de PS se puede obtener mediante la fórmula: Ecuación 6.2 En la figura 6.2 se observa la conceptualización de la rigidez de la tubería PS. FIGURA 6.2: CONCEPTO DE RIGIDEZ DE TUBERÍA PS 90 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  83. 83. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS donde: PS F L ∆Y E I r rigidez de la tubería (kg/cm2, psi) fuerza aplicada (kg/cm lineal, lb/pulg lineal) longitud de la muestra de tubo, (cm, pulg) deflexión vertical (cm, pulg) módulo de elasticidad = 28 150 kg/cm2= 400 000 psi momento de inercia de la pared de la tubería por unidad de longitud (cm4/cm lineal, pulg4/pulg lineal) = radio medio de la tubería (cm, pulgadas) = = = = = = El momento de inercia I de la pared de la tubería puede calcularse matemáticamente de la siguiente manera: Tubo pared sólida Con el centro de gravedad en el punto medio de la pared del tubo: Ecuación 6.3 donde: e = espesor de pared Tubo pared estructurada El cálculo es ligeramente más complejo y, para su determinación, debemos utilizar la teoría de los ejes paralelos mediante la fórmula: Ecuación 6.4 donde: I’xi = momento de inercia del área (i), mm4 Ai di = área (i), mm2 = distancia del eje neutro X-X al centro de gravedad del área (y) En la figura 6.3, se presentan los parámetros que deben utilizarse para el cálculo de la inercia de la pared según la ecuación 6.4. FIGURA 6.3: SECCIONES TÍPICAS DE PARED ESTRUCTURADA MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 91
  84. 84. CAPÍTULO 6: COMPORTAMIENTO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS Las tuberías plásticas pueden deformarse hasta un 30% sin sufrir daños estructurales; sin embargo, es usual aplicar un factor de seguridad FS=4 para evitar cualquier falla. De este modo, la máxima deformación permisible a largo plazo es de 7,5% con respecto al diámetro exterior de la tubería. Asimismo, se recomienda que la deformación inicial no sea mayor del 5,0%. Ejemplo 8: Calcular la deflexión máxima a largo plazo en la tubería empleada en el ejemplo 3, sabiendo que se colocará a una profundidad de 1,2 m sobre la corona del tubo y que estará sujeta a una carga viva H-20. El material de relleno de la zanja es arcilla inorgánica de baja plasticidad, con menos del 25% de grano grueso, y se compactará moderadamente hasta alcanzar un valor aproximado al 70% de densidad relativa. Solución: El factor DL se considera igual a 1,0. Asimismo, se tomará un valor de K de 0,1. La carga viva W’ que debe soportar el tubo será de 0,19 kg/cm2, según la tabla 6.3. La rigidez PS del tubo SDR 26 es de 8,05 kg/cm2, de acuerdo con la tabla 6.5. El material de relleno es del tipo CL, el cual, bajo un grado de compactación como el descrito, alcanzará un módulo de reacción E’ de 28 kg/cm2. El peso de este suelo es de 2000 kg/cm2 (tabla 6.2). El peso P del prisma de carga se determina de la siguiente manera: P = wH/10000 = 2000(1,2)/ 10000 = 0,24 kg/cm2 donde: w= peso específico del suelo sobre el tubo H= altura de relleno desde la corona del tubo a la superficie Con lo anterior, sustituyendo esos valores en la ecuación 6.1b, tenemos: En la tabla A.3 del anexo A, se presentan las deflexiones máximas para las diferentes tuberías que fabrica AMANCO; en ella podemos comprobar que, para tubería SDR 26 y para una profundidad de 1,20 m, la deflexión máxima es 1,52%, lo cual coincide plenamente con el cálculo anterior. 92 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  85. 85. Manual técnico Capítulo 7 INSTALACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS
  86. 86. CAPÍTULO 7: INSTALACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS Este capítulo contiene recomendaciones generales para la instalación de tuberías plásticas, tanto en sistemas por presión como por gravedad y en pozos de visita, las cuales permitirán que estos funcionen en forma adecuada. De esta manera, se evitarán los daños y problemas producidos por instalaciones defectuosas. Se incluyen en forma separada procesos de instalación y recomendaciones para tuberías de PVC en aplicaciones por presión y por gravedad, con el fin de ajustarse a los distintos esfuerzos producidos en las tuberías en cada caso, así como a las diferencias en el diseño de los productos. 7.1 INSTALACIÓN DE TUBERÍA PVC PARA PRESIÓN a) Características de la zanja Ancho de la zanja Los factores que determinan el ancho de la excavación son los siguientes: - Tipo de suelo (estable o inestable) - Profundidad de la instalación - Diámetro de la tubería El ancho mínimo de la zanja debe ser suficiente para proveer el espacio adecuado para acoplar las tuberías dentro de la zanja, si fuera requerido, así como para colocar y compactar el material del relleno lateral. Si el acoplamiento de los tubos se realiza fuera de la excavación, el ancho de la zanja puede ser menor. En general, es recomendable que la zanja tenga un ancho mínimo por lo menos de 30 cm más el diámetro exterior del tubo, para permitir una adecuada compactación del material de relleno, como se muestra en la figura 7.1. FIGURA 7.1: ANCHO MÍNIMO DE ZANJA Profundidad de la zanja La profundidad de la zanja está principalmente regida por los códigos o normas de construcción de cada región o país. En términos generales, la profundidad mínima de instalación debe proteger a la tubería de los efectos de la carga viva, y del congelamiento en aquellos lugares en que se den temperaturas muy bajas; asimismo, la profundidad máxima se establece de tal manera que no se dificulten las labores de mantenimiento y reparación ni la conexión de nuevos servicios. En la tabla 7.1, se muestran las dimensiones recomendables de profundidad y ancho de zanja para la instalación de tuberías plásticas por presión. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 95
  87. 87. CAPÍTULO 7: INSTALACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS TABLA 7.1: PROFUNDIDAD Y ANCHOS DE ZANJA RECOMENDADOS * Para efectos de operación y mantenimiento. En ocasiones especiales, las tuberías deben colocarse a profundidades menores o mayores del mínimo o máximo establecidos, respectivamente. En esos casos, se deben tomar las precauciones necesarias para que no se produzcan daños por el efecto de la carga viva o por el peso del relleno. En zonas rurales, o en aquellas donde no se vaya a presentar tránsito de vehículos pesados, puede aplicarse una profundidad mínima de 0,45 m para las tuberías de agua potable, tal como se indicó en la tabla anterior. Si por alguna circunstancia no es posible cumplir los valores mínimos de profundidad recomendados, se deberá encamisar la tubería plástica con un tubo metálico, o bien, se podrá proteger con un encaje de concreto que alcance una resistencia a la compresión (f’c) no menor de 180 kg/cm2 a los 28 días. Preparación del fondo de la zanja El fondo de la zanja debe construirse para proveer un apoyo firme, estable y uniforme a todo lo largo de la instalación. Debe preverse una cuna para alojar cada una de las campanas de la tubería, con el propósito de lograr un acoplamiento y soporte adecuados, tal como se muestra en la figura 7.2. FIGURA 7.2: PREPARACIÓN DE FONDO DE ZANJA Tuberías menores de 100 mm (4”) que se instalen a poca profundidad (menos de 90 cm) y en zonas donde no exista tránsito vehicular, no requieren de las cunas para las campanas. Cualquier sobreexcavación que se produzca deberá rellenarse y compactarse a nivel del fondo de zanja, para garantizar un soporte firme a la tubería. Si el material del fondo de la excavación no es adecuado (arcillas expansivas, material orgánico, lodo, etc.), debe sustituirse con material de buena calidad. Los escombros y piedras angulosas o de gran tamaño deben removerse de la zanja, para asegurarse un colchón de suelo a todo alrededor de la tubería y accesorios. En caso de presencia de agua en la zanja, esta deberá drenarse mediante bombas o cualquier otro medio aceptable, hasta que la tubería se haya instalado y el relleno haya alcanzado una altura suficiente para impedir la flotación de la tubería. 96 MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS
  88. 88. CAPÍTULO 7: INSTALACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS b) Instalación de la tubería Tendido de los tubos Para mayor facilidad en la instalación, se recomienda que las campanas se coloquen en sentido contrario al flujo del agua, como se indica en la figura 7.3, aun cuando el sentido del flujo no afecta el funcionamiento ni el hermetismo de la tubería. FIGURA 7.3: COLOCACIÓN DE TUBERÍAS Antes de colocar cada tubo, es conveniente revisar su interior, a fin de eliminar cualquier objeto que pudiera ocasionar obstrucción en el conducto. Acoplamiento de los tubos Para diámetros hasta de 375 mm, no se requieren herramientas especiales, pues el acoplamiento se puede efectuar manualmente, o bien, utilizando un taco de madera y una barra para hacer palanca, tal como se muestra en la figura 7.4. FIGURA 7.4: ACOPLE DE TUBERÍAS Para el acople de tuberías mayores de 450 mm, es recomendable usar un tecle de una tonelada de capacidad y fajas de lona; no deben emplearse cadenas de acero, porque pueden dañar la tubería. Para lograr una fácil inserción del tubo en la campana, debe utilizarse siempre lubricante AMANCO. Nunca deben usarse grasas extraídas del petróleo, ya que pueden dañar los empaques de hule. Siempre que sea posible, los tubos y conexiones deben acoplarse fuera de la zanja. MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS 97
  89. 89. CAPÍTULO 7: INSTALACIÓN DE TUBERÍAS PLÁSTICAS Rendimientos de instalación En la tabla 7.2 se detallan los rendimientos promedio de tendido de tubería, sin interrupciones, de tubería de PVC. Estos rendimientos pueden incrementarse considerablemente si se cuenta con personal calificado. TABLA 7.2: RENDIMIENTOS EN INSTALACIÓN DE TUBERÍA PVC* *No incluye labores de relleno y compactación de zanja. Fuente: AMANCO c) Anclajes Los cambios de dirección en el trazado vertical y horizontal en las tuberías bajo presión, provocan esfuerzos adicionales que deben ser absorbidos por bloques de anclaje. De ese modo, las curvas, tees, reducciones, tapones y tramos de gran inclinación, deben anclarse por medio de bloques de concreto, para impedir su desplazamiento por la acción del empuje, lo cual podría ocasionar el desacople de las uniones con empaque de hule y la rotura de campanas a causa de esfuerzos flexionantes. Además, las válvulas deben apoyarse sobre bloques de concreto para que su peso no sea soportado por la tubería. Es importante señalar que los anclajes deben colocarse siempre, aunque la tubería sea de campana con empaque de hule o cementada, ya que los esfuerzos se presentarán independientemente del tipo de tubería utilizada. La función del anclaje es trasladar al terreno esos esfuerzos, para evitar la falla de las tuberías y de los accesorios. La fuerza de empuje que se produce en las tuberías ante los cambios en el alineamiento, se calcula mediante la siguiente ecuación: Ecuación 7.1 donde: R S P α 98 = = = = fuerza de empuje, kg área interior del tubo, cm2 presión en la tubería, kg/cm2 ángulo de deflexión, grados MANUAL TÉCNICO DE PRODUCTOS

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