2.0 criterios de-diseno-de-redes-de-alcantarillado

Productos Nacobre, S.A. de C.V.

Criterios de Diseño para Redesde Alcantarillado Empleando

Tubería de PVC

Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC

I -1

I N D I C E G E N E R A L

Página

1. Introducción 1-1

1.1. Generalidades 1-1

1.2. Los alcantarillados 1-1

1.3. Alcantarillados con PVC 1-1

1.4. La tubería de PVC DURADRÉN 1-21.4.1.Especificaciones dimensionales de la tubería DURADREN 1-2

1.5. Terminología en alcantarillado 1-4

1.6. Sistemas de alcantarillado 1-6

1.7. Cumplimiento de normas nacionales e internacionales 1-6

2. Requerimientos técnicos de una red de alcantarillado 2-1

2.1. Especificaciones de diseño 2-12.1.1. Velocidad permisible 2-12.1.2. Pendientes permisibles 2-1

2.2. Aportaciones de aguas residuales 2-22.2.1. Cuantificación de los gastos de aguas residuales 2-3

2.2.1.1. Gasto medio diario 2-42.2.1.2. Gasto mínimo 2-42.2.1.3. Gasto máximo instantaneo 2-52.2.1.4. Gasto máximo extraordinario 2-6

3. Aspectos hidráulicos de los alcantarillados 3-1

3.1. Fórmulas para cálculos hidráulicos 3-13.1.1. Fórmula de Manning 3-1

3.1.1.1. Corrección de Thormann 3-33.1.2. Fórmula de Darcy-Weisbach 3-73.1.3. Fórmula de Chezy 3-9

3.2. Efecto de la deflexión de la tubería en la capacidad de descarga 3-10

3.3. La sedimentación en los tubos de alcantarillado 3-13


I -2

Página

4. Aspectos mecánicos 4-1

4.1. Rigidez de la tubería 4-1

4.2. Influencia del suelo en la tubería enterrada 4-3

4.3. Influencia del tráfico vehicular en la tubería enterrada 4-34.3.1. Cargas máximas permisibles en México para los vehículos 4-4

4.4. Fórmulas para el cálculo de deflexión 4-54.4.1. Teoría de deflexión de Spangler 4-54.4.2. Clasificación de los suelos 4-8

4.4.2.1. Módulo de reacción del suelo (E') 4-9

5. Instalación y mantenimiento 5-1

5.1. Transporte, manejo y almacenamiento en obra 5-15.1.1. Transporte 5-15.1.2. Carga, descarga y manejo 5-25.1.3. Almacenamiento en obra 5-3

5.2. Instalación 5-55.2.1. Conexiones de la línea Duradrén 5-55.2.2. Acoplamiento de la tubería 5-55.2.3. Instalación en la zanja 5-85.2.4. Dimensiones de zanja 5-95.2.5. Rendimiento de instalación 5-105.2.6. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11

5.3. Pruebas de hermeticidad en sistemas de alcantarillado 5-125.3.1. Pruebas hidrostáticas 5-125.3.2. Pruebas neumáticas 5-13

5.4. Mantenimiento 5-175.4.1. Equipo hidroneumático de limpieza ( limpieza a alta presión) 5-18

6. Bibliografía 6-1

Anexos

A1. Cuadros de deflexión de la tubería Duradrén A1-1

A2. Resistencia química del tubo de PVC 1114 A2-1

A3. Tablas complementarias A3-1


I -3

I N D I C E DE CUADROS

Página

Cuadro 1.1. Especificaciones de la tubería Duradrén Inglés 1-2Cuadro 1.2. Especificaciones de la tubería Duradrén Métrico 1-2Cuadro 1.3. Normas de la tubería Duradrén 1-5Cuadro 2.1. Velocidades permisibles para tuberías de diferentes

materiales 2-1Cuadro 2.2. Pendientes permisibles para tubería usando la fórmula de

Manning, n=0.009 2-2Cuadro 2.3. Cosumo doméstico per capita 2-3Cuadro 2.4. Clasificación de climas por su temperatura 2-3Cuadro 2.5. Periodo de diseño para elemetos de sistemas de agua potable

y alcantarillado 2-3Cuadro 2.6. Gastos mínimos recomendados para diferentes diámetros 2-5Cuadro 2.7. Gastos mínimos recomendados para PVC 2-5Cuadro 3.1. Cálculo del área, perímetro mojado y radio hidráulico, con la

corrección de Thormann 3-5Cuadro 3.2. Valores recomendados de rugosidad en los sistemas (ε' ) con

tubería de PVC 3-10Cuadro 3.3. Reducción de la sección transversal del tubo y el gasto,

debido a la deflexión 3-11Cuadro 3.4. Fricción requerida por los alacntarillados según el tipo de

material para ser usada en la figura 3.7. 3-14Cuadro 4.1. Rigidez de la tubería Duradrén S.I. 4-1Cuadro 4.2. Pesos de diferentes vehículos automotores 4-4Cuadro 4.3. Factor de impacto vs profundidad de relleno 4-7Cuadro 4.4. Principales tipos de suelos (SUCS) 4-8Cuadro 4.5. Valores promedio del módulo de reacción del suelo (E') (Para

la deflexión inicial en tubos flexibles) 4-9Cuadro 4.6. Guía aproximada para estimar el rango del grado de

compactación vs la clase y el método de relleno comoporcentaje Proctor o de la Densidad Relativa para materialesgranulares 4-10

Cuadro 4.7. Porcentaje Proctor y Módulo de reacción del suelo (E') paradiferentes clases de suelo 4-10

Cuadro 5.1. Capacidad de carga de tubería en camión tipo torton 5-1Cuadro 5.2. Dimensiones de zanja recomendadas 5-9Cuadro 5.3. Rendimiento de lubricante para uniones anger 5-10Cuadro 5.4. Rendimiento de instalación 5-10Cuadro 5.5. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 1 PSI

(0.070 kg/cm2 ) en función de la longitud de prueba para Q= 0.000457 m3/min/m2 5-16

Cuadro 5.6. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 0.5PSI (0.035 kg/cm2 ) en función de la longitud de pruebapara Q = 0.000457 m3/min/m2 5-16


I -4

I N D I C E DE F I G U R A S

Página

Figura 1.1. Tubería de PVC para alcantarillado 1-3Figura 3.1. Radio hidráulico, perímetro mojado, diámetro del tubo

totalmente lleno y parcialmente lleno 3-1Figura 3..2. Relación del grado de llenado (d/D), gasto (Qp/Qt) y velocidad

(Vp/Vt), normal y con la corrección de Thormann 3-4Figura 3.3. Viscosidad cinemática (υ) del agua a presión atmosférica del

nivel del mar 3-9Figura 3.4. Efecto de la deflexión en la conducción en tubos de PVC 3-11Figura 3.5. Transporte de material sólido a través de los alcantarillados 3-12Figura 3.6. Alcantarillados parcialmente llenos 3-13Figura 3.7. Pendiente requerida en relación al diámetro y al grado de

llenado en el tubo, para evitar sedimentación 3-15Figura 4.1. Conceptos de diseño para varios tipos de tubos enterrados 4-2Figura 4.2. Acción del suelo sobre el tubo 4-3Figura 4.3. Valores del coeficiente Cd para usarse en la fórmula 4.4. 4-6Figura 4.4. Valor del coeficiente Cs para usarse en la fórmula 4.6. 4-7Figura 5.1. Transporte de la tubería 5-2Figura 5.2. Carga, descarga y manejo de la tubería 5-3Figura 5.3. Almacenamiento en obra 5-4Figura 5.4. Almacenamiento a la intemperie 5-4Figura 5.5. Silleta con Desv./45º 5-5Figura 5.6. Codo de 45º 5-5Figura 5.7 Codo de 90º 5-5Figura 5.8. Cople reparación 5-5Figura 5.9. Acoplamiento de la tubería Duradrén 5-6Figura 5.10. Forma de Instalación de la tubería 5-6Figura 5.11. Unión anger utilizada en la tubería Duradrén mostrando el

anillo empaque (según Norma NMX-E-111) 5-7Figura 5.12. Zanja tipo 5-8Figura 5.13. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11Figura 5.14. Equipo de limpieza a alta presión (hidroneumático) 5-18

Capítulo 1

Introducción


1 - 1

CRITERIOS DE DISEÑO PARA REDES DE ALCANTARILLADOEMPLEANDO TUBERIA DE PVC.

1.- INTRODUCCION.

1.1.- Generalidades.

Tubos Flexibles S.A. de C.V. fabricante de líneas de Poli (cloruro de Vinilo) (PVC), para diferentesaplicaciones: alcantarillado, hidráulica, sanitario, riego, ducto telefónico, protección de cables, etc.

Las línea DURADREN ya sea en sistema INGLÉS o MÉTRICO, por sus propiedades fisicoquímicases la opción para un saneamiento ecológico.

El presente boletín técnico, se elaboró, con la finalidad de proporcionar los criterios de diseñobásicos para la aplicación del tubo PVC en alcantarillado.

El alcantarillado se define como la red de alcantarillas, generalmente tuberías enterradas, a travésde las cuales se deben evacuar en forma rápida y segura las aguas residuales y pluvialesconduciéndolas a cauces o plantas de tratamiento establecidas.

1.2.- Los alcantarillados

Los alcantarillados en la mayoría de los casos funcionan por gravedad aprovechando la pendientepropia del terreno, aunque en zonas muy planas se hace necesario el uso de sistemas de bombeo.

Actualmente el uso de la tubería se ha generalizado para conducir el agua de desecho. A través deltiempo se han usado distintos materiales en la fabricación de esta tubería como es la de cerámica (barro, barro vidriado ), concreto, asbesto-cemento, fibrocemento y en las últimas décadas losmateriales plásticos como Policloruro de Vinilo PVC y polietileno ( PE ).

1.3.- Alcantarillados con PVC

En México los alcantarillados, usando tubería de PVC, han tenido aplicaciones satisfactorias, enEuropa y EE.UU. su uso es muy generalizado, ya que se aprovecharon las grandes ventajas quetiene este material tales como, resistencia química, hermeticidad, ligereza, impermeabilidad, paredinterior lisa, larga vida útil, etc.. lo cual permite a iguales condiciones de pendiente y diámetro,transportar un mayor gasto que las tuberías sucedáneas.

Los tubos DURADREN INGLÉS y DURADREN MÉTRICO, cumplen con las más estrictas normasde calidad, excediendo los requerimientos de las normas nacionales e internacionales.


1 - 2

1.4 La tubería de PVC DURADREN INGLÉS y DURADREN MÉTRICO y DURAHOL.

1.4.1. Especificaciones dimensionales de la tubería de PVC para alcantarillado.

El cuadro 1.1 presenta en resumen la dimensiones principales de la tubería DURADREN INGLÉSTipo 35 , Tipo 41 y Tipo 51 de 150 mm hasta 300 mm de diámetro. El cuadro 1.2 muestra lasdimensiones de la tubería de DURADREN MÉTRICO Serie 16.5, Serie 20 y Serie 25 de 11 cmhasta 63 cm de diámetro nominal. El cuadro 11.3, se presentan las dimensiones del tuboDURAHOL de 160 a 315 mm de diámetro.( ver figuras 1.1., 1.2 y 1.3.)

Fig. 1.1. Tubería de PVC para alcantarillado DURADRÉN INGLÉS.

Cuadro 1.1 Especificaciones de la tubería DURADREN INGLÉS

DIAMETRONOMINAL

( DN )

DIAMETROEXTERNO

( DE )

ESPESORDE PARED

( e )

PESOPOR TRAMO

(Longitud Útil: 6 m.)

(mm) (pulg)Mínimo(mm)

Máximo(mm)

Mínimo(mm)

Máximo(mm)

Mínimo(kg)

Máximo(kg)

TIPO 35150 6 159.1 159.7 4.6 5.3 19.296 22.134200 8 213.1 213.7 6.1 6.9 34.452 38.820250 10 266.3 267.1 7.6 8.6 53.964 60.822300 12 317.0 318.0 9.1 10.2 77.232 86.256

TIPO 41150 6 159.1 159.7 3.9 4.5 16.558 19.316200 8 213.1 213.7 5.2 5.9 29.628 34.049250 10 266.3 267.1 6.5 7.4 46.466 53.556300 12 317.0 318.0 7.7 8.7 65.758 69.529

TIPO 51150 6 159.1 159.7 3.1 3.6 13.134 15.204200 8 213.1 213.7 4.2 4.8 23.940 27.282250 10 266.3 267.1 5.2 5.9 37.272 42.174300 12 317.0 318.0 6.2 7.0 53.124 59.820

DE DI

Nicho

Marca topeDE: Diámetro ExteriorDI: Diámetro Interiore: Espesor de pared

Campana Espiga

Longitud 6 m.


1 - 3

Fig. 1.2. Tubería de PVC para alcantarillado DURADRÉN MÉTRICO.

Cuadro 1.2. Especificaciones de la tubería DURADREN MÉTRICO.

DIAMETRONOMINAL

( DN )

DIAMETROEXTERNO

( DE )

ESPESORDE PARED

( e )

PESOPOR TRAMO

(Longitud Útil: 6 m.)

(cm) (pulg)Mínimo(mm)

Máximo(mm)

Mínimo(mm)

Máximo(mm)

Mínimo(kg)

Máximo(kg)

SERIE 16.511 4 110 110.3 3.2 3.7 9.318 10.16416 6 160 160.5 4.7 5.4 19.902 22.76420 8 200 200.6 5.9 6.7 31.458 35.57425 10 250 250.8 7.3 8.2 49.086 54.924

31.5 12 315 315.9 9.2 10.3 78.132 87.15035.5 14 355 356.1 10.4 11.6 98.034 110.71840 16 400 401.2 11.7 13.1 126.324 140.91645 18 450 451.4 13.1 14.7 159.642 178.12250 20 500 501.5 14.6 16.3 198.246 220.53663 24 630 631.9 18.4 20.4 316.704 349.944

SERIE 2011 4 110 110.3 3.0 3.5 8.754 10.16416 6 160 160.5 4.0 4.6 17.016 19.44820 8 200 200.6 4.9 5.6 26.262 29.90425 10 250 250.8 6.2 7.0 41.880 47.124

31.5 12 315 315.9 7.7 8.7 65.724 74.01035.5 14 355 356.1 8.7 9.8 83.682 93.95440 16 400 401.2 9.8 11.0 106.338 118.98645 18 450 451.4 11.0 12.3 134.286 149.70650 20 500 501.5 12.3 13.7 167.562 186.38463 24 630 631.9 15.4 17.1 266.406 294.972

SERIE 2511 4 110 110.3 3.0 3.5 8.754 10.16416 6 160 160.5 3.2 3.7 13.680 15.76820 8 200 200.6 3.9 4.5 21.012 24.16825 10 250 250.8 4.9 5.6 33.282 37.920

31.5 12 315 315.9 6.2 7.0 53.184 59.88635.5 14 355 356.1 7.0 7.9 67.296 76.29040 16 400 401.2 7.8 8.8 85.080 95.73645 18 450 451.4 8.8 10.0 108.264 122.73650 20 500 501.5 9.8 11.0 134.418 150.50463 24 630 631.9 12.3 14.0 213.882 242.754

DE DI

Nicho

Marca topeDE: Diámetro ExteriorDI: Diámetro Interiore: Espesor de pared

Campana Espiga

Longitud 6 m.


1 - 4

Fig. 1.3 Tubería de pared estructurada longitudinalmente para alcantarillado DURAHOL.

Cuadro 1.3. Especificaciones de la tuberia DURAHOL.

DiámetroámetroNominal

Mm

Diámetroámetroexteriorl

Mm

Tolerancia( +/- )mm

Espesor dePared total

mm

Espesor dePared interior

Mm160 160 0.5 4.1 0.5200 200 0.6 5.1 0.6250 250 0.8 6.4 0.7315 315 1.0 8.1 0.8

1.5.- Terminología en alcantarillado ( Fuente: Referencia (1))

1.5.1. Accesorios.- Son estructuras o elementos que comunican al alcantarillado con el exteriorpermitiendo realizar trabajos de inspección, limpieza, reparación. Siendo los principales; pozode visita, pozo con caída, pozos especiales y cajas de unión.

1.5.2. Agua freática.- Es el agua natural que se encuentra en el subsuelo a una profundidad quedepende de las condiciones geológicas, topográficas y climatológicas de cada región.

1.5.3. Aguas residuales domésticas.- Conjunto de líquidos resultado del uso primario doméstico ycomercial, por el que haya sufrido degradación original.

1.5.4. Aguas pluviales.- Agua procedentes de la precipitación pluvial.

1.5.5. Aguas residuales municipales.- Aguas procedentes de un sistema de agua municipal.

1.5.6. Albañal.- Tubería de la red de alcantarillado que recoge las aportaciones de las aguasdomésticas y las conduce a las atarjeas.

1.5.7. Alcantarilla.- Conducto subterráneo destinado en las localidades para conducir y eliminar lasaguas residuales derivadas de los usos doméstico, comercial e industrial.

1.5.8. Alcantarillado sanitario.- Red de alcantarillas, generalmente tubería, a través de la cual sedeben evacuar en forma rápida y segura las aguas residuales domésticas, de

Espesorde pared

total

Espesorde paredinterior Diámetro

exterior

Geometría


1 - 5

establecimientos comerciales y pequeñas plantas comerciales conduciéndose a una plantade tratamiento y finalmente a un sitio de vertido donde no causen ni daños ni molestias.

1.5.9. Anillos de hule.- Elemento elastomérico que se usa como sello de juntas o uniones de lastuberías, para conseguir su estanquidad.

1.5.10. Aportaciones de aguas residuales.- Volumen de agua residual por habitante y por díaque se utiliza para la obtención de los gastos de diseño.

1.5.11. Atarjea.- Conducto de servicio público colocado generalmente a lo largo y al centro de lascalles y que tiene por función recoger las aguas de los albañales y conducirlas a lossubcolectores y colectores.

1.5.12. Caja de unión.- Estructura que desempeña la misma función que los pozos de visita soloque se construyen en las uniones de dos o más conductos con diámetro de 76 cm ymayores.

1.5.13. Colector.- Tubería que recoge los caudales de las atarjeas en los pozos de visita, puedenser simples o ramificados. Las ramas se denominan subcolectores.

1.5.14. Conexión domiciliaria.- Conjunto de piezas usadas para conectar el sistema interno dedesagüe (albañal) con la red de atarjeas.

1.5.15. Emisor.- Conducto que recibe las aguas de un colector o un interceptor. No recibe ningunaaportación adicional en su trayecto y su función es conducir las aguas residuales a la plantade tratamiento. También se le llama emisor al conducto que lleva las aguas tratadas de laplanta de tratamiento al sitio de descarga.

1.5.16. Estanquidad.- Característica de un sistema sanitario de no permitir el paso del agua(exfiltraciones ni infiltraciones) a través de la paredes de los tubos, las conexiones y losaccesorios

1.5.17. Sistema flexible.- Propiedad de una línea de conducción sanitaria de permitir movimientorelativo entre sus componentes (tubo, conexiones y accesorios)

1.5.18. Hermeticidad.- Característica de una red de conductos de no permitir el paso del agua(exfiltraciones ni infiltraciones) a través de sus juntas.

1.5.19. Interceptor.- Conducto que capta en forma parcial o total el gasto de dos o más colectores.

1.5.20. Junta.- Es el sistema de unión entre dos tubos y/o accesorios.

1.5.21. Madrinas.- Tuberías generalmente paralelas a los colectores que tienen la función de lasatarjeas.

1.5.22. Pozos de caídas.- Pozo de visita que sirve fundamentalmente para absorber desniveles.

1.5.23. Pozo especial.- Pozo de visita que se construye sobre los colectores y emisores condiámetros de 76 cm a 107 cm.

1.5.24. Pozo de visita.- Accesorio que se coloca o construye en la red de alcantarillado y sirvepara hacer cambios de dirección, de diámetro y pendiente, permite la recepción de lasatarjeas, así como la ventilación del sistema y cuyas dimensiones son las adecuadas parael acceso de un trabajador para inspección y mantenimiento de la red.


1 - 6

1.5.25. Registro.- Estructura formada por una caja, en donde se unen los albañales interiores delpredio y son generalmente de mampostería, de tabique o concreto.

1.5.26. Tratamiento de aguas residuales.- Serie de procesos artificiales a que se someten lasaguas residuales para eliminar o alternar sus constituyentes inconvenientes y obtener unacalidad, que satisfaga los requisitos para su disposición final, de acuerdo con lo que señalela legislación relativa a la prevención y control de la contaminación ambiental.

1.5.27. Tubería trabajando a presión.- Conducto que se diseña hidráulicamente para que trabajea presión interna como el los casos de líneas por bombeo de agua residuales y de sifones.

1.5.28. Tuberías trabajando como canal.- Red de conductos de alcantarillado sanitario cuyodiseño hidráulico se hace para que trabaje a superficie libre (gravedad).

1.5.29. Vertido.- Lugar en que un emisor o interceptor entrega las aguas residuales municipalestratadas, para su disposición final, también se denomina desfogue

1.6.- Sistemas de alcantarillado

Gravedad Bombeo

Vacio

Sanitario +Pluvial

SistemaCombinado

Sanitario Pluvial

Gravedad Bombeo

Vacio

SistemaSeparado

Sistemas deAlcantarillado

Fundamentalmente existen dos esquemas de alcantarillado; combinado, cuando las aguasresiduales y las pluviales son conducidas por la misma tubería; separado, cuando una red conducelas aguas residuales y otra independiente el agua pluvial.

En la construcción de un sistema de alcantarillado siempre se piensa en ejecutar obraseconómicas, por lo tanto, se trata de evitar la construcción de estaciones de bombeo para aguasresiduales y pluviales, procurando que estas aguas escurran por gravedad hasta su sitio final dedisposición; sin embargo, de acuerdo con las condiciones topográficas de la localidad de que setrate, habrá ocasiones en que sea obligado el bombeo.


1 - 7

1.7.- Cumplimiento con Normas Nacionales e Internacionales de la tubería DURADRENINGLÉS, DURADREN MÉTRICO y DURAHOL.

Cuadro 1.4. Normas de la tubería DURADREN Y DURAHOL.

LÍNEANORMA

DEPRODUCTO

NORMADE

COMPUESTODURADRÉN INGLÉS

TIPO 35, 41 y 51150 a 300 mm

NMX - E -211 / 1994

ASTM - D -3034 / 1988

NMX - E -31 / 1994

ASTM - D -1784 / 1981

DURAHOL MÉTRICO160 mm a 630 mm

NMX - E -222 / 1994

NMX - E -31 / 1994

ASTM - D -1784 / 1981

DURADRÉN MÉTRICOSERIE 16.5, 20 y 25

15 cm - 63 cm

NMX - E -215 / 1994

ISO/DIS -4435

NMX - E -31 / 1994

ASTM - D -1784 / 1981

NMX - NORMA MEXICANA; ASTM - AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ISO - INTERNATIONAL STANDARS ORGANIZATION

Capítulo 2

Requerimientos Técnicos de unaRed de Alcantarillado


2 - 1

2.- REQUERIMIENTOS TECNICOS DE UNA RED DE ALCANTARILLADO

2.1. Especificaciones de diseño

2.1.1. Velocidades permisibles.

En el diseño hidráulico de un alcantarillado lo ideal es tener excavaciones mínimas y no requerir dela utilización de equipo de bombeo, pero esto no siempre se puede lograr debido a lascaracterísticas topográficas de cada región. De aquí, se desprende que en el estudio de la soluciónóptima sea necesario tener en consideración los límites permisibles para velocidades deconducción con el objeto de asegurar el buen funcionamiento de la tubería y de las estructuras delsistema.

Cuadro 2.1. Velocidades permisibles para tubería de diferentes materiales.

MATERIAL VELOCIDAD PERMISIBLEDEL TUBO MINIMA ( m/s) MAXIMA (m/s)

Concreto hasta 45 cm

Concreto mayor de 45 cm

Asbesto Cemento

PVC

Polietileno

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

3.0 *

3.5

5.0

5.0**

5.0

* El limitar las velocidades tiene el objeto de evitar la generación de gas hidrógeno sulfurado, que es muy tóxico yaumenta los malos olores en las aguas así como reducir los efectos de la erosión en las paredes de los conductos.Fuente: Referencias (4)(2)

** En el caso del PVC los gases generados por la conducción de las aguas en este rango de velocidades no loafecta, además de soportar la abrasión.

2.1.2. Pendientes permisibles

Con el fin de tener volúmenes menores de excavación se debe procurar que la pendiente de latubería siga en lo posible la pendiente del terreno (4), sin embargo se debe contemplar lo siguiente:

-La pendiente mínima permisible se considera aquella necesaria para tener una velocidadde 0.30 m/s con un gasto de 1 lps y un tirante mínimo de 1.5 cm.(2)

En base a las velocidades permisibles para el PVC, se tienen las siguientes pendientes para cadadiámetro en los dos sistemas.


2 - 2

Cuadro 2.2. Pendientes permisibles para tubería DURADRÉN y DURAHOLusando la fórmula de Manning, n=0.009

DIAMETRO GASTO PENDIENTELÍNEA

NOMINAL( mm ó cm)

INTERNOPROMEDIO

(mm )

MÍNIMO

(lps )

MÍNIMA(v = 0.3 m/s)

( mm / m)

MÁXIMA( v= 5.0 m/s )

( mm / m)

Duradrén Inglés

TIPO 35

150200250300

149.54200.39250.54298.19

1.01.01.02.0

1.221.341.450.86

124.6684.3862.6549.67

Duradrén Inglés

TIPO 41

150200250300

151.01202.28252.85301.13

1.01.01.02.0

1.221.341.460.86

123.0583.3361.8949.02

Duradrén Inglés

TIPO 51

150200250300

152.69204.38255.58304.28

1.01.01.02.0

1.221.351.460.87

121.2482.1961.0148.35

DuradrénMétrico

SERIE 16.5

11162025

31.535.540455063

103.25150.15187.70234.90295.95333.55375.80422.90469.85592.15

1.01.01.01.02.02.02.03.04.05.0

1.121.221.311.420.850.890.930.690.560.51

204.28123.9992.0768.2750.1742.7836.4931.1727.0919.90

DuradrénMétrico

SERIE 20

11162025

31.535.540455063

103.65151.65189.90237.20299.05337.05379.80427.40474.75598.45

1.01.01.01.02.02.02.03.04.05.0

1.121.221.321.430.860.900.940.690.570.51

203.23122.3590.7267.3949.4842.1835.9830.7326.7219.62

DuradrénMétrico

SERIE 25

11162025

31.535.540455063

103..65153.35191.90239.90302.25340.65384.00431.90479.95604.65

1.01.01.01.02.02.02.03.04.05.0

1.121.231.321.440.860.900.940.700.570.51

203.23120.5589.3966.3848.7841.5935.4530.3126.3319.35

Durahol160200250315

151.80189.80237.20298.80

1.01.01.02.0

1.221.311.420.86

122.1990.7267.3949.53

Nota: Los datos para pendiente mínima son gasto mínimo y velocidad mínima (0.3 m/s ); para pendiente máxima, seusó velocidad máxima (5.0 m/s) y un 82 % de llenado.

2.2. Aportaciones de aguas residuales

El sistema de alcantarillado mantiene una relación directa con el servicio de agua potable, por lotanto existe una razón de proporción entre la dotación de agua potable y la aportación de aguasresiduales a la red de alcantarillado. Es comunmente aceptado que la aportación de aguasresiduales representa el 75 % de la dotación de agua, asumiendo que el 25% restante se pierde ynunca llega a la tubería.


2 - 3

Para tal efecto, se consideran las cantidades de agua que se indican en el cuadro 2.3, las cualesestán en función del clima y clase socioeconómica. El cuadro 2.4 presenta la clasificación del climaen base a su temperatura media anual.

Cuadro 2.3. Consumos domésticos per capita.

CLIMA CONSUMO POR CLASE SOCIOECONÓMICARESIDENCIAL MEDIA POPULAR

CÁLIDO 400 230 185SEMICÁLIDO 300 205 130TEMPLADO 250 195 100NOTAS::1) Para los casos de climas semifrío y frío se consideran los mismos valores que para elclima templado.2) El clima se selecciona en función de la temperatura media anual (cuadro 2.4.)

Cuadro 2.4. Clasificación de climas por su temperatura

TEMPERATURA MEDIA ANUAL( º C )

TIPO DE CLIMA

Mayor que 22 CÁLIDODe 18 a 22 SEMICÁLIDO

De 12 a 17.9 TEMPLADODe 5 a 11.9 SEMIFRÍOMenor que 5 FRÍO

Cuando dentro del área de servicio del sistema de alcantarillado se localicen industrias, se debeconsiderar la aportación de éstas, sin olvidar que se debe tratar y regular sus descargas dentro desus propias fábricas antes de ser vertidas a la red municipal.

2.2.1. Cuantificación de los gastos de aguas residuales

Debido a que la construcción de un sistema de alcantarillado involucra fuertes inversiones, seproyecta para servir de manera eficiente a un número de habitantes mayor al existente en elmomento de elaborar el proyecto. En base a estudios de carácter técnico-económico, normalmenteel período de diseño de los proyectos se establece de acuerdo con el siguiente criterio (ver elManual de Diseño de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de la C.N.A. en el libro V, DatosBásicos de Ingeniería Básica).

Cuadro 2.5. Período de diseño para elemento de sistemas deagua potable y alcantarillado.

ELEMENTO PERIODO DE DISEÑO(años)

Fuente:a) Pozob) Embalse (presa)

5hasta 50

Línea de conducción de 5 a 20Planta potabilizadora de 5 a 10Estación de Bombeo de 5 a 10Tanque de 5 a 20Distribución primaria de 5 a 20Distribución secundaria a saturación (*)


2 - 4

Red de atarjeas a saturación (*)Colector y emisor de 5 a 20Planta de tratamiento de 5 a 10

(*) En el caso de distribución secundaria y red de atarjeas, por condiciones deconstrucción difícilmente se podrá diferir la inversión.

Para la cuantificación del gasto medio de aguas residuales, se considera como aportación el 75 %de la dotación de agua potable tomando en cuenta el crecimiento que pudiera tener este dentro deun período de 5 a 20 años el área a la cual prestará su servicio la red, así como la longitudacumulativa de la tubería tributaria o el área acumulativa servida y la densidad de población.

2.2.1.1. Gasto Medio Diario

El gasto medio diario se calcula con la siguiente fórmula:

QmedAp P

(2.1)= ×( )

86400

En donde:

Ap = Aportación de aguas residuales en l/hab/día

P = Población en No. de Hab.

En el caso del diseño por tramos de la línea de alcantarillado la fórmula anterior tiene unavariación:

QmedNo Hab Dp Ca

a ba b

−−=

× × (2.1a)

( . )

86400

En donde:

Qmeda-b= Gasto medio del tramo a-b, lps

Dp = Dotación de agua potable en l/hab/día (cuadro 2.3.)

No. Haba-b = No de habitantes en el tramo

Ca = Coeficiente de aportación

2.2.1.2. Gasto Mínimo

El gasto mínimo es el menor de los valores que generalmente se presentará en la conducción . Elcriterio aceptado es considerar que el gasto mínimo en un flujo variable de aguas residuales es lamitad del gasto medio.(7)

QmínQmed

(2.2)=2


2 - 5

Este gasto es aceptado generalmente como base en la elaboración de proyectos.

En los casos en que se tengan gastos muy pequeños se acepta como gasto mínimo 1.5 lps quecorresponde a la descarga de un inodoro de 18 litros, y de 1 lps para uno de 6 litros; el siguientecuadro muestra las recomendaciones de la SAHOP y CNA de gastos mínimos para los diferentesdiámetros. (14), (7)

Cuadro 2.6. Gastos mínimos recomendados para diferentes diámetros

Diámetroen concreto

No. dedescargas

Aportación por descarga Gasto mínimo de aguasresiduales ( lps )

cm simultáneas Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts.

20 1 1.5 1.0 1.5 1.025 1 1.5 1.0 1.5 1.030 2 1.5 1.0 3.0 2.038 2 1.5 1.0 3.0 2.045 3 1.5 1.0 4.5 3.061 5 1.5 1.0 7.5 5.0

El cuadro 2.7, se elaboró tomando como base el cuadro 2.6.

Cuadro 2.7. Gastos mínimos recomendados para PVC

Diámetroen concreto

No. dedescargas

Aportación por descarga Gasto mínimo de aguasresiduales ( lps )

mm simultáneas Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts.

200 1 1.5 1.0 1.5 1.0250 1 1.5 1.0 1.5 1.0300 2 1.5 1.0 3.0 2.0315 2 1.5 1.0 3.0 2.0400 2 1.5 1.0 3.0 2.0450 3 1.5 1.0 4.5 3.0500 4 1.5 1.0 6.0 4.0630 5 1.5 1.0 7.5 5.0

2.2.1.3 Gasto máximo instantáneo

El máximo gasto que se considera, pueda presentarse en un instante dado, se le conoce comogasto instantáneo. Este valor determina la capacidad requerida en las tuberías.

Para obtener el gasto máximo instantáneo se requiere multiplicar el gasto medio por el coeficientede Harmon que es aceptado en México como un valor bastante aproximado, Este coeficiente fuedesarrollado en forma empírica por W.G. Harmon y trata de cubrir la variabilidad en lasaportaciones por descargas domiciliarias durante el año y el día.(7) La relación es la siguiente:

Qmáx inst M Qmed. . (2.3)= ×

Siendo M, el coeficiente de Harmon, el cual se define de la siguiente forma:

MP

(2.4)= ++

114

4


2 - 6

Donde:

P = Población de proyecto en miles de habitantes

Esta relación es válida para poblaciones hasta 63,454 habitantes, para poblaciones mayores elcoeficiente será igual a 2.17, es decir, que para poblaciones mayores a 63,454 usuarios, lavariación no sigue la ley establecida por Harmon. Para poblaciones menores a 1,000 habitantesserá igual a 3.8. (7)

2.2.1.4 Gasto Máximo extraordinario

Este gasto prevé los excesos de las descargas a la red de alcantarillado. Se obtiene multiplicandoel gasto máximo instantáneo por el coeficiente de previsión o seguridad .

La relación para obtener el gasto máximo extraordinario es la siguiente:

Qmáx ext Qmáx inst Cs. . . . (2.5)= ×

Donde:Cs = Coeficiente de seguridad, 1.0 ≤ Cs ≤ 2.0

Los valores del coeficiente de seguridad van de 1.0 a 2.0 tomándose comúnmente 1.5. parasistemas combinados y 1.0 para sistemas separados.

Ejemplo 2.1.

Obtener los gastos medio, mínimo y máximo extraordinario y el diámetro para un tramo inicial deuna red de alcantarillado, de una población de proyecto de 150,000 habitantes. La zona en sumayoría es de clase socioeconómica media y tiene una temperatura media anual de 20 ºC (cuadro2.3. y 2.4.).

Solución

Del cuadro 2.4. se tiene que para una temperatura media anual de 20 ºC el clima se clasifica comosemicálido. Del cuadro 2.3. para una clase socioeconómica media y un clima semicálido se tiene unconsumo de 205 l/hab/día.

1. Datos de la línea:Longitud del tramo: 90 mLongitud tributaria: 0Longitud acumulada: 90 mDensidad de población: 0.867 hab/mPoblación en el tramo: 72 hab

2. Cálculo de los gastos de proyecto.

Qmedhab l hab día

= 0.128 lps= × ×( / / . )72 205 0 75

86400 (fórmula 2.1 a)

Qmín = 0.128/2 = 0.064 lps (fórmula 2.2)

por norma el gasto no debe ser menor al mostrado en el cuadro 2.7 por lo que se considerará comogasto mínimo 1.0 lps que corresponde a la descarga de un inodoro de 6 litros de capacidad.

Qmín por norma = 1.0 lps


2 - 7

El coeficiente de Harmon aplicado en el tramo se toma de 3.8, por lo que el gasto máximoinstantáneo es:

Qmáx. inst. = 3.8 ×0.128 lps = 0.486 lps (fórmula 2.3), por lo que se toma de 1 lps

y el gasto máximo extraordinario aplicando un coeficiente (Cs) de 1.5 es:

Qmáx. ext. = 0.486 lps ×1.5 = 0.730 lps (fórmula 2.5), por lo que se toma de 1 lps

Cálculo del gasto y la velocidad a tubo lleno con pendiente y diámetro propuesto.

Una vez calculados los diferentes gastos se procede a hacer el diseño de la línea de conducción,para ello se calcula primeramente el diámetro usando la pendiente de la línea y el gasto máximoextraordinario. Las pendientes se muestran en la siguiente figura

90 m

113.4

112.74

St = 7.3 mm/m

Sp = 8 mm/m

φ = 200 mm

1 2

Normalmente las pendientes de plantilla propuesta, se expresan en enteros, debido a que en lapráctica es difícil dar en el campo pendientes con aproximaciones a la décima.

Por tratarse de un tramo inicial se propone el diámetro mínimo, que desde el punto de vistaoperacional y de conservación, para evitar las obstrucciones, es de 20 cm en concreto y 200mm en PVC Duradrén S.I. Tipo 41.

Cálculo de Velocidad y Gasto a tubo lleno.

a) Para PVC

La velocidad a tubo lleno es:

Datos:n de Manning = 0.009φ interno del tubo = 202.28 mm = 0.2023 mPendiente propuesta = 8 mm / m = (0.008 m/m)


2 - 8

V m / sT.LL. = × × =1

0 009

0 2023

40 008 1 36

2

3

1

2

.(

.) ( . ) . (ver fórmulas 3.1 y 3.8)

y el gasto a tubo lleno.

Q T.LL. = × × × =π ( . ). .

0 2023

41 36 1000 43 69

2

lps

Nota: Se pueden usar para calcular los valores anteriores los cuadros A3.1. y A3.2. del anexoA3

b) Para concreto

La velocidad a tubo lleno es:

Datos:n de Manning = 0.013φ interno del tubo = 20 cm = 0.20 mPendiente propuesta = 8 mm = (0.008 m/m)

V 0.93 m / sT.LL. = × × =1

0 013

0 20

40 008

2

3

1

2

.(

.) ( . ) (ver fórmulas 3.1 y 3.8)

y el gasto a tubo lleno.

Q T.LL. = × × × =π ( . ). .

0 20

40 93 1000 29 34

2

lps

Cálculo de velocidades reales

Las velocidades reales máxima y mínima se determinan en función de las relaciones Qp/Qt y Vp/Vt(figura 3.2. - también se puede usar el cuadro A3.3. del anexo A3 -).

El cálculo de velocidad máxima es el siguiente:

a) Para PVC.

Qmáx ext

Q

lps

lpsT LL

.

..

. .

= =1

43 690 023

b) Para concreto

Qmáx ext

Q

lps

lpsT LL

. .

..

. .

= =1

29 340 034

Obteniendo este valor se consulta la Relación del grado de llenado (d/D), gasto (Qp/Qt) y velocidad(Vp/Vt), normal y con la corrección de Thormann, de la figura 3.2., capítulo 3. (ver también elcuadro A3.3. del anexo A3)


2 - 9

a) Para PVC

Vmáx

V T LL

...

. . = 0 442

b) Para concreto

Vmáx

V T LL

..

. .

= 0 464

Con este valor se puede determinar la velocidad máxima de la siguiente manera:

a) Para PVC.

V m x V m sT LL á = .442 .442 . = .601 . .0 0 1 36 0× = × / (< 5 m/s dentro del rango permisible)

b) Para concreto

V m x V m sT LL á = .464 .464 .9 = .432 . .0 0 0 3 0× = × / (< 3 m/s, dentro del rango permisible)

Para el cálculo de la velocidad mínima se hace lo mismo que con la velocidad máxima:

a) Para PVC.

Qmín

Q

lps

lpsT LL

. .

..

. .

= =1 0

43 690 023

b) Para concreto

Qmín

Q

lps

lpsT LL

. .

..

. .

= =1 0

29 340 034

Utilizando nuevamente la figura 3.2 o el cuadro A3.3. del anexo A3

a) Para PVC

Vmáx

V T LL

...

. . = 0 442

b) Para concreto

Vmáx

V T LL

..

. .

= 0 464


2 - 10

Con estos valores se determina la velocidad mínima

a) Para PVC.

V m x V m sT LL á = .442 .442 . = .601 . .0 0 1 36 0× = × / (< 0.3 m/s dentro del rango permisible)

b) Para concreto

V m x V m sT LL á = .464 .464 .9 = .432 . .0 0 0 3 0× = × / (< 0.3 m/s, dentro del rango permisible)

En ambos casos el tubo está dentro de los rangos permisibles.

Capítulo 3

Aspectos Hidráulicos de losAlcantarillados


3 - 1

3. ASPECTOS HIDRAULICOS DE LOS ALCANTARILLADOS

3.1. Fórmulas para cálculos hidráulicos

Para los cálculos hidráulicos de tuberías existe gran diversidad de fórmulas, en este boletín seaplicarán las fórmulas de Manning, Darcy-Weisbach y Chezy.

3.1.1 Fórmula de Manning

Por lo general la fórmula de Manning se ha usado para canales, en tuberías la fórmula se usapara canal circular parcial y totalmente lleno. Uno de los inconvenientes de esta fórmula es quesolo toma en cuenta un coeficiente de rugosidad obtenido empíricamente y no toma en cuenta lavariación de viscosidad por temperatura. Las variaciones del coeficiente por velocidad, si lastoma en cuenta aunque el valor se considera para efectos de cálculo constante, la fórmula escomo sigue aplicada a tubos:

vn

Rh S RhA

Pm= =1 2

31

2 (3.1), (3.2)

En donde:

v = Velocidad del flujo ( m/s ) A = Área del tubo ( m² )n = Coeficiente de rugosidad ( adim ) Pm = Perímetro mojado ( m )S = Pendiente del tubo ( m/m )Rh = Radio hidráulico ( m )

Figura 3.1. Radio hidráulico, perímetro mojado, diámetro de tubo totalmente lleno y parcialmente lleno.

a). Tubo lleno

Pm

b). Tubo parcialmente llenopor arriba de la mitad

Pm

α°

S

Pm

c). Tubo parcialmente llenopor abajo de la mitad

β°S

D Dd

d

D

Ya que el gasto es igual al producto del área por la velocidad, esto es:

Q vA= (3.3)Sustituyendo en ( 3.1 )

QA

nRh S=

23

12 (3.4)


3 - 2

Donde:

Q = Gasto en ( m³ /s )n = Coeficiente de rugosidad ( adim )S = Pendiente del tubo ( m/m )Rh = Radio hidráulico ( m )

Para tubo completamente lleno el área, el perímetro y el radio hidráulico quedan definidos de lasiguiente manera:

AD

Pm D RhA

Pm

D

D

D= = = = =π π

π

π

(3.5), (3.6),

(3.7)

2

2

44

4

( )

Donde:

π = 3.1415927D = Diámetro interno de la tubería ( m )

La fórmula de Manning para tubo completamente lleno es la siguiente: (Fig. 3.1 a) )

QA

n

DS= ( )

4

23

12 (3.8)

Cuando es tubo parcialmente lleno (en la mayoría de los casos ), la fórmula es un poco máscompleja. Para tubo lleno por arriba de la mitad ( d/D > 0.5 ) las fórmulas del área, perímetromojado y radio hidráulico serían:

AD sen

PmD

RhD sen= − + ° = − = + °

−

2

4 2 2 22

41

2( ) ( )

( )π α α π α α

π α (3.9) (3.10) (3.11)

Donde:

α°= Angulo formado desde la superficie del agua hasta el centro del tubo. ( figura 3.1 )

α α α π°= −−

= °×−41

1801

2tan

K

K K (grados) (rad) (3.12) (3.13)

Donde:

K = d/D ( Fig. 3.1 b) )


3 - 3

Ejemplo 3.1.: Un tubo lleno a 3/4 de su capacidad ( K= 3/4 = 0.75 ) valor comunmente utilizadopara el diseño, resultaría:

α = 2.0944 rad = 120°

A = 0.6319 D²

Pm = 2.0944 D

Rh = 0.3017 D

Para tubos por abajo de la mitad del diámetro ( K ≤ 0.5 )

AD sen= −

2

4 2 2( )β β º

(3.14)

PmD=2

β (3.15)

RhD sen= − °4

1(β

β

) (3.16)

β ) (3.17)°=−

−4 1

2tan (

K

K K

β β π= °× (3.18)180

Donde:

K = d/D para K ≤ 0.5 (Fig. 3.1 c) )

Ejemplo 3.2.: Un tubo lleno al 1% de su capacidad ( K= 0.01 ).

β = 0.40067 rad = 22º 57' 24"

A = 0.00133 D²

Pm = 0.20033 D

Rh = 0.00664 D

3.1.1.1. Corrección de Thormann

Con las fórmulas desarrolladas anteriormente se puede deducir que la máxima descarga ocurrecuando el tubo esta parcialmente lleno al 95 % de su capacidad. Muchos investigadores hanllevado a cabo experimentos sobre el flujo en líneas de tuberías parcialmente llenas, Thormannllegó a la conclusión de que la máxima descarga no ocurre al 95 % sino a tubo lleno, esto sepodría explicar por la fricción que existe entre la frontera del aire y del agua. Thormann


3 - 4

desarrolló una ecuación para corregir los valores de gastos, esto sería demostrado para tirantesde más del 50 % de llenado. (18)

La modificación es la siguiente:

Pm' = Pm + ω S (3.19)Donde:

Pm' = Perímetro mojado corregido de acuerdo a Thormann (m)Pm = Perímetro mojado (m)ω = Factor de correcciónS = Ancho del nivel del agua (m) [ver figura 3.1 a), b)]

El valor de ω es calculado como sigue:

ω =− − −( ) ( )10 5 3 5 10 5

150

dD

dD (3.20)

El cuadro 3.1 (12) muestra las relaciones del área, perímetro mojado y radio hidráulico en funcióndel diámetro para los tubos parcialmente llenos y totalmente llenos incluyendo la corrección deThormann.

La figura 3.2. muestra la relación existente entre el grado de llenado , el gasto y la velocidad,usando la fórmula de Manning (ver también cuadro A3.3. en el anexo A3)

Figura 3.2. Relación del grado de llenado (d/D) , gasto (Qp/Qt) y velocidad (Vp/Vt) , normal y con la corrección de Thormann


3 - 5

Cuadro 3.1 Cálculo del área , perímetro mojado y radio hidráulico , con lacorrección de Thormann

K =d/D

α ó βrad

α°ó β°Grados

ºA/D² Pm/D Rh/D ωωωω S/D Pm'/D Rh'/D

0.00 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -- -- -- --0.10 1.2870 73.7398 0.0409 0.6435 0.0635 -- -- -- --0.20 1.8546 106.2602 0.1118 0.9273 0.1206 -- -- -- --0.30 2.3186 132.8436 0.1982 1.1593 0.1709 -- -- -- --0.40 2.7389 156.9261 0.2934 1.3694 0.2142 -- -- -- --0.50 3.1416 180.0000 0.3927 1.5708 0.2500 0.0000 1.0000 1.5708 0.25000.60 2.7389 156.9261 0.4920 1.7722 0.2776 -0.0267 0.9798 1.7460 0.28180.67 2.4478 140.2463 0.5594 1.9177 0.2917 -0.0239 0.9404 1.8952 0.29510.70 2.3186 132.8436 0.5872 1.9823 0.2962 -0.0133 0.9165 1.9701 0.29810.80 1.8546 106.2602 0.6736 2.2143 0.3042 0.0800 0.8000 2.2783 0.29560.90 1.2870 73.7398 0.7445 2.4981 0.2980 0.2933 0.6000 2.6741 0.27841.00 0.0000 0.0000 0.7854 3.1416 0.2500 0.6667 0.0000 3.1416 0.2500

Ejemplo 3.3.:

1. ¿Qué gasto conducirá y cual será la velocidad del agua en una tubería parcialmentellena al 67 % de su diámetro (d/D = 0.67), si el material de que está compuesta es PVCcon un coeficiente de rugosidad de Manning (n) igual a 0.009, una pendiente de 0.005m/m (0.5 %, 5 mm) y un diámetro nominal de 200 mm (Duradrén Inglés Tipo 41)?

2. Para las mismas condiciones ¿cuál serán el gasto y la velocidad, si la tubería fuera deconcreto (n = 0.013), con diámetro nominal de 20 cm?

Solución:

1. Para tubería de PVC

I.- De la figura 3.2 entrando con el valor de d/D = 0.67 en el eje de las ordenadas setraza una línea recta hasta que intercepte las curvas Qp/Qt y Vp/Vt, se le en el eje de lasabscisas los siguientes valores:

a) Sin corrección de Thormann (normal):

Qp/Qt = 0.785 Vp/Vt = 1.120

b) Con corrección de Thormann

Qp/Qt = 0.785 Vp/Vt = 1.105

Haciendo el cálculo a tubería completamente llena (fórmula 3.8) se tiene lo siguiente:

Para PVC, el diámetro interno promedio de la tubería de 200 mm es: 202.30 mm;

A = πD² /4 = 0.0321 m², Rh = D/4 = 0.0506 m:

Qt = 0.0321 / 0.009 x ( 0.0506)2/3 (0.005)1/2 = 0.0345 m3 /s = 34.54 lpsVt = Qt / A = 0.0345 m3 /s / 0.0321 m² = 1.074 m/s


3 - 6

a) Qp = 0.785 x 34.54 lps = 27.11 lpsVp = 1.120 x 1.074 m/s = 1.20 m/s

b) Qp = 27.11 lpsVp = 1. 105 x 1.074 m/s = 1.19 m/s

II.- Usando el cuadro 3.1 se tienen los siguientes valores para d/D = 0.67

A/D² = 0.5594; A = 0.0229 m²

a) Rh/D = 0.2917; Rh = 0.0590 m

b) Rh'/D = 0.2951; Rh' = 0.0597 m

Calculando el gasto y la velocidad:

a) Qp = 0.0229 / 0.009 x ( 0.0590 )2/3 ( 0.005)1/2 = 27.27 lpsVp = 0.0273 / 0.0229 = 1.19 m/s

b) Qp = 0.0229 / 0.009 x ( 0.0597 )2/3 ( 0.005 )1/2 = 27.48 lpsVp = 0.0275 / 0.0229 = 1.20 m/s

2. Para tubería de Concreto

I.- Los valores obtenidos de la gráfica son iguales en el caso del concreto, haciendo elcálculo para tubería completamente llena con un diámetro interno de 200 mm:

A = πD² /4 = 0.0314 m², Rh = D/4 = 0.05 m:

Qt = 0.0314 / 0.013 x ( 0.05)2/3 (0.005)1/2 = 0.0201 m3 /s = 23.19 lpsVt = Qt / A = 0.0232 m3 /s / 0.0314 m² = 0.738 m/s

a) Qp = 0.785 x 23.19 lps = 18.20 lpsVp = 1.120 x 0.738 m/s = 0.83 m/s

b) Qp = 18.20 lpsVp = 1.105 x 0.738 m/s = 0.82 m/s

II.- Usando el cuadro 3.1 se tienen los siguientes valores para d/D = 0.67

A/D² = 0.5594; A = 0.0224 m²

a) Rh/D = 0.2917; Rh = 0.0583 m

b) Rh'/D = 0.2951; Rh' = 0.0590 m

Calculando el gasto y la velocidad:

a) Qp = 0.0224 / 0.013 x ( 0.0583 )2/3 ( 0.005)1/2 = 18.32 lpsVp = 0.0183 / 0.0224 = 0.82 m/s

b) Qp = 0.0224 / 0.013 x ( 0.0590 )2/3 ( 0.005 )1/2 = 18.47 lpsVp = 0.0185 / 0.0224 = 0.83 m/s


3 - 7

3.1.2. Fórmula de Darcy - Weisbach

Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach sin embargo

por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" ( ó λ ) de fricción ha caído en desuso. Algunasdependencias del gobierno la han retomado actualmente por lo que se anexa:

La fórmula original de tuberías a presión es: ( 3 ), (4 ), (5 )

∆H f LD

vg

= (3.21)2

2Donde:

∆H = Pérdidas de energía ( m)f = Coeficiente de fricción ( adim )L = Longitud del tubo ( m)v = Velocidad media ( m/s)g = Aceleración de la gravedad ( m/s² )D = Diámetro interno del tubo ( m )

para el cálculo de f existen diferentes fórmulas por citar algunas de las siguientes:

Poiseville

Para flujo laminar desarrollo la siguiente relación: ( 5 )

f = 64Re

(3.22)

Donde:Re = Número de Reynolds.

Re = vDυ (3.23)

Siendo:

υ = Viscosidad cinemática ( m²/s )

En la figura 3.3. se muestra la variación de viscosidad cinemática del agua por la temperatura (fuente ( 5 ) )

Esta fórmula es válida para tubos lisos o rugosos y para Re ≤ 2300 en régimen laminar.

Colebrook - White

1 23 71

2 51f

Log Df

= − + (3.24)ε

..

Re


3 - 8

Figura 3.3. Viscosidad cinemática (υυυυ) del agua a presión atmosféricadel nivel del mar

0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Viscosidad

Cinem

t

ica

Temperatura ºC

m²/s)

á

( x 10 -6

Donde:

ε = Rugosidad absoluta del material ( m )Re = Número de Reynolds.υ = Viscosidad cinemática ( m²/s )f = Coeficiente de fricción ( adim )D = Diámetro interno del tubo ( m )

La cual es iterativa y es válida para tubos lisos y rugosos en la zona de transición o turbulenta ycon Re > 4000.

Para canales es apropiado cambiar el diámetro por el radio hidráulico (Rh), tanto para la f comopara el Re. ( 1 ) , ( 3 )

fgRhSv

= 82

(3.25)

Despejando para la velocidad y multiplicando por el área mojada

v g RhSf

= 8 (3.26)

Q A g RhSf

= (3.27)8


3 - 9

La fórmula de f y Re quedarían ( 3 )

1 214 8

0 627f

LogRh f

= − + (3.28)ε.

.Re

Re = vRhυ (3.29)

La referencia (19) recomienda la siguiente fórmula desarrollada a partir de la fórmula original deDarcy - Weisbach

v g DS LogD D g DS

= − ⋅ +⋅

2 23 7

2 51

2

(3.30)( )

.

.ε υ

Donde:S = Pendiente del gradiente hidráulico (m/m)v = Velocidad (m/s)g = Aceleración de la gravedad (m/s²)D = Diámetro interno del tubo (m)υ = Viscosidad cinemática del fluido 1.31 × 10-6 (m²/s)

3.1.3. Fórmula de Chezy

La fórmula de Darcy - Weisbach es muy precisa y laboriosa, en la práctica la fórmula de Chezy(o la de Manning) es más aceptable para el cálculo de flujo en los alcantarillados (18), es comosigue (10), (18).

Q CA RhS= (3.31)

Donde:Q = gasto en ( m³/s )C = Coeficiente de Chezy ( m½ / s )A = Perfil del tubo ( área mojada ) ( m² )Rh = Radio hidráulico ( m )S = Pendiente o gradiente ( m/m )

La velocidad puede ser calculada como:

v C RhS (3.32)=

y el coeficiente de C de Chezy podría ser calculado con la siguiente fórmula simplificada: ( 4 )

C LogRh= 18

12 (3.33)

ε ,

Donde:ε' = Es la rugosidad del sistema ( m )


3 - 10

Los valores de rugosidad ( ε' ) que pueden ser usados en la fórmula se muestran en el cuadro3.2.; estos valores integran la rugosidad de la tubería, la influencia de los pozos de visita y lossedimentos y la capa fangosa que se forma en el tubo. ( 4 )

Cuadro 3.2 Valores recomendados de rugosidad en lossistemas ( εεεε' ) con tubería de PVC.

TIPO CONCRETOmm

PVCmm

Sistema combinado

Sistema separado

- Alcantarillado de aguas residuales

- Alcantarillado de agua pluvial

1.5

1.5

1.5

0.4 (1.0 )

0.4

0.4 ( 1.0 )

3.2 Efecto de la deflexión de la tubería en la capacidad de descarga.

Al deflexionarse el tubo de PVC, el área de sección transversal del tubo se ve ligeramentereducida. El área elíptica de sección transversal después de la ovalación del tubo será un pocomenor que el área de sección transversal antes de la deflexión.

Figura 3.4. Efecto de la deflexión en la conducción en tubos de PVC

r

a

b

Tubosin deflexión

Tubodeflexionado

Para comparar el área seccional entre un tubo sin deflexión ( forma circular) y uno deflexionado(forma elíptica ) se tienen las siguientes relaciones:


3 - 11

C D C a E e

ea b

a

= =

= −

π (3.34) (3.35)

(3.36)

2

2 2

4 ( )

Donde:

C = Perímetro del círculoD = Diámetro interno no deflexionadoC2 = Perímetro del tubo deflexionadoE (e) = Función elíptica del primer tipo de e. ( excentricidad numérica)

Por otro lado se tienen las siguientes relaciones para calcular el área de la elipse.(17),(4)

Ae a b (3.37)= × ×π

Donde:Ae = área de la elipse ( m² )a = Radio largo de la elipse ( m )b = Radio corto de la elipse ( m )

La fórmula 3.34 muestra la relación para obtener el área del circulo.

El área del tubo deflectado se calculó asumiendo que los perímetros del tubo deflectado y sindeflexión son iguales ( C2 = C ) ( 6 ) el cuadro 3.3 muestra el efecto de la deflexión en el área y elgasto.

Cuadro 3.3 Reducción de la sección transversal del tubo y el gasto debido a la deflexión.

DEFLEXION ( % )% REDUCCION DE LA SECCION

TRANSVERSAL DE FORMACIRCULAR A ELIPTICA

% REDUCCION DEL GASTO

5.0 0.366 0.67.5 0.898 1.3

10.0 1.431 2.415.0 3.146 5.220.0 5.473 8.925.0 8.378 13.630.0 11.814 18.935.0 15.761 24.9

Fuente: Ref. ( 17 )


3 - 12

3.3 La sedimentación en los tubos de alcantarillado.

El agua que se conduce a través de los tubos de alcantarillado contiene muchos elementossólidos tales como heces fecales, restos de vegetales, arena, etc.. Estos materiales puedensedimentarse dentro de los tubos si las condiciones de flujo no generan una fuerza suficientepara arrastrar dichos materiales. Por mucho tiempo se ha considerado que la velocidad baja delflujo es la principal causa de que se provoquen asentamientos de materiales, sin embargo se haencontrado que el esfuerzo cortante ( τ ) es el factor fundamental.

La fuerza de fricción del material sólido, asumiendo que la capa del agua es mayor a la capa queforma el material sólido, se obtiene (Fig. 3.5):

τ φ ρ ρf d wp g d= − (3.38)( )

Donde:

τf = Fricción del material a lo largo del fondo ( N / m² )φ = Factorρd = Densidad del material ( kg / m3 )g = Aceleración de la gravedad ( m/s² )ρw = Densidad del agua en el alcantarillado ( kg/m3 )d = Espesor de la capa de material ( m )p = Porosidad del material

Haciendo:f p= φ (3.39)

Tendríamos:τ ρ ρf d wf g d= −( ) (3.40)

Los valores de f se han determinado experimentalmente y varían de 0.04 a 0.8.

Figura 3.5. Transporte de material sólido a través de los alcantarillados

��

ττττττττ

f

Para prevenir sedimentación la fuerza del agua que circula tendrá que actuar con fuerzasmayores a la de fricción . (18)

El peso del agua residual por unidad de longitud será: (Fig. 3.6)

G g Aw= ρ (3.41)


3 - 13

Donde:G = Peso del agua residual por unidad de longitud (N/m)ρw = Densidad del agua residual (kg/m2)g = Aceleración de la gravedad (m/s2)A = Area mojada (m2)

Fig. 3.6. Alcantarillados parcialmente llenos

��

��

A

Pm

v

W

= Arco Tan (S)

ShG

θ

Debido a la pendiente del tubo (S) la componente de la masa sería:

W G Sen Ag Senw= = (3.42)θ ρ θ

Donde:θ = Tan-1 (S)S = Pendiente de la tubería (m/m)

Así el esfuerzo cortante quedaría como:

τ ρ θ= w gA

Pm Sen (3.43)

Y cuando se tienen pendientes pequeñas:

τ ρ= w gA

Pm S (3.44)

Donde:A/Pm = Rh = Radio Hidráulico (m)Pm = Perímetro mojado (m)

Para flujo permanente uniforme la fórmula de Chezy (fórmula 3.32) despejada para pendientequeda:

S Shv

C Rh= =

2

2 (3.45)


3 - 14

Donde:C = Coeficiente de Chezy (m 1/2/s) (fórmula 3.33)v = Velocidad del flujo (m/s)Rh = Radio Hidráulico (m)Sh = Pendiente Hidráulica (línea de energía) (adim)

Sustituyendo (3.45) en (3.44)

τ ρ= W gv

C (3.46)

2

2

Esto muestra que el esfuerzo cortante (τ) es una función del cuadrado del cociente v/C.

La figura 3.7. puede ser usada para calcular la pendiente requerida para evitar sedimentación enla tubería, basandose en el diámetro, el % de llenado y el esfuerzo cortante mostrados en elcuadro 3.4. dependiendo del tipo de sistema de alcantarillado y el material de la tubería. Seagregan dos ejemplos del uso del nomograma.

Cuadro 3.4. Fricción requerida por los alcantarilladossegún el tipo de material para ser usada enla figura 3.7. (Fuente: Ref.(18) )

FRICCIÓN REQ. (N/m²)TIPO DE SISTEMA

PVC CONCRETO

COMBINADO 1.5 - 3.0 (3) 3 - 6

SEPARADO

AGUAS PLUVIALES 1.0 - 2.0 (2) 2 - 4 AGUAS RESIDUALES 0.5 - 1.5 (1) 1 - 3

(1), (2) y (3) Indicados en la figura 3.7.

Ejemplos 3.4.:

1a. Para PVC de 300 mm de diámetro al 10 % de llenado, con esfuerzo cortante de 1N/m² se requiere una pendiente de 0.005 m/m ( 0.5 % ó 1:200).

1b. Para concreto con las mismas condiciones de llenado y un esfuerzo cortante de 2N/m², la pendiente requerida es de 0.01 m/m (1% ó 1:100).

2a. Para concreto de 300 mm de diámetro con una pendiente de 0.005 m/m (0.5 % ó1:200) y un esfuerzo cortante de 2 N/m², requiere de un llenado al 23 %

2b. En PVC bajo las mismas condiciones con un esfuerzo cortante de 1 N/m², requierede un llenado del 10 %


3 - 15

Figura 3.7. Pendiente requerida en relación al diámetro y al grado dellenado en el tubo, para evitar sedimentación (Fuente: Ref (18)).

DIÁMETRO (D)

m

LÍNEA DE

AYUDA

% LLENADO

DEL TUBO

ESFUERZO

CORTANTE

N/m²

PENDIENTE

DEL TUBO

% m/m

2.0

1.5

1.0

30

20

15

100

80

60

40

30

20

10

90

70

50

89

67

45

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

10

9

8

7

6

3

2

1.5

1.0

0.8

0.6

0.4

0.3

0.9

0.7

0.5

PVC

0.67

0.50

0.33

0.25

0.20

0.01

(1:30)

(1:40)

(1:50)

(1:60)

(1:70)(1:80)

(1:90)

(1:100)

3.3

2.5

2.0

1.7

1.4

1.31.1

1.0

(1:150)

(1:200)

(1:300)

(1:400)

(1:500)

0.4

0.3

5

4

3

0.2

0.1

0.17

0.140.13

0.110.10 0.001

(1:600)(1:700)

(1:800)(1:900)

(1:1000)

(1:1500)

(1:2000)

0.067

0.050

0.033 (1:3000)

0.20.020 (1:4000)

(3)

(2)

(1)

Capítulo 4

Aspectos Mecánicos


4 - 1

4.- ASPECTOS MECANICOS.

4.1. Rigidez de la tubería.

La rigidez es la propiedad inherente a los tubos de oponer resistencia a ser deflexionados. Larelación siguiente es recomendada por ASTM-D-2412 para el cálculo de la rigidez de la tuberíamedida a un valor del 5% de deflexión.(17)

PsE

RD (4.1)=

−4 47

1 3.

( )

Donde:

Ps = Rigidez del tubo (kg/cm²)E = Módulo de elasticidad del PVC ( 28,129.4 kg/cm² - 2758 MPa - )RD = Relación de dimensiones (adim)

RDDE

eprom

mín

(4.2)=

DEprom = Diámetro externo promedio (mm)e min = Espesor mínimo de pared (mm)

Nota: En la tubería Duradrén Sistema Inglés el RD corresponde al Tipo.

Aplicando la fórmula anterior se obtiene la siguiente rigidez según el RD de la tubería:

Cuadro 4.1. Rigidez de la tubería Duradrén.

Rigidez (Ps)Tipo oSerie

kg/cm² PSI

51 1.006 14.341 1.965 27.935 3.199 45.5

25 1.006 14.320 1.965 27.9

16.5 3.500 49.8

Durahol 1.965 27.9

Como se puede observar la rigidez del tubo aumenta conforme disminuye el RD esto es que lapared del tubo es más gruesa.

El tubo DURAHOL tiene una rigidez equivalente a un tubo serie 20.

Se denomina tubo flexible, aquel que permite deflexiones de más de un 3% sin que haya fractura, ytubo rígido, aquel que no permite deflexiones mayores a 0.1 % sin que haya fractura (13). Lasprincipales diferencias de las tuberías rígidas, semi-flexible y flexible se muestran en la figura 4.1.(13)


4 - 2

Se han hecho estudios exhaustivos en tuberías rígidas y flexibles los cuales demostraron que: (13)

"1. Las cargas desarrolladas sobre la tubería rígida son mayores que las desarrolladassobre la tubería flexible.

2. Las cargas externas tienden a concentrarse directamente abajo y arriba del tubo rígido,creando un momento de aplastamiento que debe ser resistido por las paredes del tubo.En los tubos flexibles la carga es distribuida uniformemente alrededor de sucircunferencia, y la carga en cualquier punto es menor que para la del tubo rígido.

3. Las cargas externas son soportadas por fuerzas de compresión en la seccióntransversal de la tubería. Parte de estas cargas son transmitidas lateralmente almaterial alrededor del tubo, del módulo de elasticidad del material del tubo y del tipo derelleno."

"Estas son las diferencias inherentes entre el comportamiento del tubo rígido y elcomportamiento del tubo flexible; es por ésto que la teoría de las cargas combinadas sobretubos rígidos (Schlick), no se debe aplicar a las tuberías flexibles."

Figura 4.1. Conceptos de diseño para varios tipos de tubos enterrados

��

Determinación de lavida estructural

Características de laestructura

Cap. de deform. (%)

Ejemplos de materia-les

Crit. diseño del tubo

Resistencia delmaterial del tubo

Cap. deform. delmaterial del tubo+ rigidez suelo rigidez suelo

Rigidez anulardel tubo +

El tubo solo for-ma la estructura

El tubo + el sueloforman la estruc-tura

Ambas caracte-rísticas

0 5 > 5

ConcretoBarro

Acero PEADPPPVC

Esfuerzo Esfuerzo /deformación

Deflexión y estabilidad

Rígido Semi - Flexible Flexible

≈ ≈

Fuente: Referencia (6) PEAD: Polietileno de alta densidad, PP: Polipropileno


4 - 3

4.2. Influencia del Suelo en Tubería Enterrada

Una tubería enterrada recibe fuerzas laterales y verticales del suelo que la rodea, así al que estápor encima del tubo. El grado en que se compacta el relleno en la zanja afecta de manera relevanteal comportamiento del tubo en el suelo. Cuando se instala una tubería lo ideal sería alcanzar losvalores de Peso Volumétrico Seco ( γs ) (Proctor) más altos por medio de la compactación, de talforma que fuesen lo más semejantes posibles a los originales del suelo sin alterar; así se evitaríanfuturos reacomodos que afectasen la tubería. Sin embargo los resultados de la práctica en muchasocasiones distan mucho de llegar a ser los valores requeridos por el tubo.

Uno de los principales parámetros para conocer el comportamiento del tubo ante dichas fuerzas esla rigidez; un tubo rígido (como concreto) tenderá a soportar las cargas del suelo, mientras un tuboflexible tenderá a deformarse ante dichas cargas cambiando su forma original circular a una formaelíptica. La norma ASTM D-3034(7) recomienda que la máxima deflexión permisible en la tuberíasea de 7.5 % , esto no quiere decir que el tubo falle al 7.5 % de deflexión sino que es un valortomado para evitar una disminución significativa de la capacidad de conducción de la tubería (versección 3.2.). Debido a que el tubo flexible reacciona de acuerdo a los movimientos relativos delsuelo se puede decir que se forma un sistema suelo-tubo. La siguiente figura ilustra la manera enque actúa el suelo en tuberías flexibles y en tuberías rígidas.

Figura 4.2. Acción del suelo sobre el tubo

��

��

a). Tubo Rígido b). Tubo Flexible

Fricción Fricción

4.3. Influencia del Tráfico Vehicular en la Tubería Enterrada

Además de las fuerzas que recibe la tubería del suelo, existen otras fuerzas debidas al tráfico. Lainfluencia del tráfico es más notoria cuando la tubería está enterrada a profundidades cercanas a lasuperficie del suelo, conforme aumenta la profundidad la influencia disminuye. La fuerza ejercidapor el tráfico depende del tipo de vehículo. Para los métodos de cálculo de deflexión que se veránen el siguiente apartado se usan camiones normalizados.


4 - 4

4.3.1. Cargas máximas permisibles en México para los vehículos.

Existe una clasificación de vehículos de acuerdo a la carga para facilitar los cálculos; así se tienevehículos tipo A donde se involucran todos los automóviles, las camionetas tipo pick-up y los quetengan un peso menor a 3 ton, los tipo B en el que quedan incluidos todos los autobuses y los tipoC, que son los camiones de carga con más de 3 ton y los cuales se desglosan en grupos por existiruna gran variedad de características, su peso puede variar desde 3 ton hasta 60 ton con diferentescombinaciones en la posición de ejes y llantas. El siguiente cuadro muestra la clasificación devehículos en México de acuerdo a la carga máxima permisible:

Cuadro 4.2. Pesos de diferentes vehículos automotores

Tipo de Peso Peso de ejes cargados (ton)vehículo total Tractor Semire- Remolque

(ton) Delantero Trasero molque Delantero Trasero

AutomóvilA2 2 1.0 (s) 1.0 (s)

AutobúsB2 15.2 5.5 (s) 10.0 (s)B3 20.0 5.5 (s) 14.5 (s)B4 27.0 9.0 (t) 18.0 (t)

CamionesA '2 5.5 1.7 (s) 3.8 (s)C2 15.5 5.5 (s) 10.0 (s)C3 23.5 5.5 (s) 18.0 (t)C4 28.0 5.5 (s) 22.5 (tr)

T2-S1 25.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s)T2-S2 32.5 5.5 (s) 10.0 (s) 18.0 (t)T3-S2 41.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t)C2-R2 35.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s)C3-R2 43.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s)C3-R3 51.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) 18.0 (t)T2-S1-R2 45.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s) 10.0 (s)T3-S3 50.5 5.5 (s) 18.0 (t) 22.5 (tr)T2-S2-R2 53.5 5.5 (s) 10.0 (s) 18.0 (t) 10.0 (s)T3-S1-R2 53.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) 10.0 (s)T3-S2-R2 61.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 10.0 (s)T3-S2-R3 69.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 10.0 (s) 18.0 (t)T3-S2-R4 77.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 18.0 (t) 18.0 (t)

(s) = eje sencillo; (t) = eje tándem; (tr) = eje triple; Fuente: referencia (8)

C = Camión con un chasis; T = Tractor (unidad solo motor); S= Caja o semirremolque jalado directamente por el tractor;R = Remolque; caja jalada por el semirremolque.

En México, las cargas máximas legales por eje son:(8)

5.5 ton por eje sencillo rueda sencilla,10.5 ton para eje sencillo rueda doble,18.0 ton para eje tándem (doble) rueda doble,27.0 ton para eje triple rueda doble.


4 - 5

4.4. Fórmulas para el Cálculo de Deflexión

Se han desarrollado variadas relaciones para calcular la deflexión de las tuberías debido a lascargas que soportan, ya sean las que recibe del suelo llamadas comunmente cargas muertas, oaquellas que recibe del tráfico vehícular denominadas cargas vivas. En el presente capitulo sepresentarán las fórmulas más usuales. Un ejemplo del cálculo se muestra en el anexo.

La mayoría de las fórmulas se basan en la siguiente expresión general:(18)

Deflexión = Cargas Externas

Rigidez del suelo Rigidez del tubo+

4.4.1. Teoría de Deflexión de Spangler

Una de las relaciones de mayor uso para el cálculo de deflexión es la de Spangler llamadacomunmente "Fórmula Iowa", la cual además de relacionar las características del suelo y de latubería considera un factor de deflexión a largo plazo, esto es la deflexión alcanzada en el momentoque el suelo finaliza de asentarse en la zanja y la tubería deja de deflexionarse. La fórmula es lasiguiente:(17)

∆y

D

D K Wc K WscE

RDE

l 100

(4.3)%

( ). '

=+

−+2

3 10 061

3

Donde:

∆y/D = Deflexión del tubo en base al diámetro originalWc = Cargas muertas (MN/m2 ó kg/cm2 )Wsc = Cargas vivas (MN/m2 ó kg/cm2 )E = Módulo de elasticidad del tubo (2,759 MN/m2 ó 28,129.4 kg/cm2 )E' = Módulo de reacción del suelo (MN/m2 ó kg/cm2 )Dl = Factor de deflexión a largo plazo (adim, Spangler recomienda un Dl = 1.5)RD = Relación de dimensiones (adim) ver fórmula 4.2

Nota: En el tubo Duradrén Sistema Ingles los tipos corresponden al RD, en el caso del tubo métrico se hacenecesario aplicar la fórmula 4.2. con los datos proporcionados en el cuadro 1.2. del capitulo 1.

Las cargas muertas se calculan con la siguiente relación, desarrollada por Martson: (18)

Wc Cd Bd= (4.4)γ

Donde:

γ = Densidad del relleno (MN/m3 ó kg/cm3 )Bd = Ancho de la zanja (m ó cm)Cd = Coeficiente de carga para conductos instalados en zanjas (adim)

y se obtiene con la siguiente expresión:


4 - 6

Cde

k

kH

Bd

= −−

1

2

2 '

(4.5)

µ

µ 'Donde:

H = Profundidad de relleno (m)kµ' = Factor determinado por la relación de la presión horizontal y vertical (k) y la

fricción de la pared de la zanja (adim)e = Base de los logaritmos naturales ( 2.71828 )

Figura 4.3. Valores del Coeficiente Cd para usarseen la fórmula (4.4) (fuente: Ref. (17))

0.1

1.0

10.0

Valores de Kµ'

Kµ'=0.1924 (A)

Kµ'=0.165 (B)

Kµ'=0.150 (C)

Kµ'=0.130 (D)

Kµ'=0.110 (E)

0.1 1.0 10

VALORES DE H/Bd

V

A

L

O

R

E

S

Cd

0.2 0.3 0.4 0.5 2 3 4 5 6 20 30

0.2

0.3

0.4

0.5

2

3

4

5

(A) Para materiales granulares sin cohesión; (B) Máximo para arena y grava; (C) Máximo para suelos saturados;(D) Máximo para arcillas; (E) Máximo para arcillas saturadas.

La presión del suelo debido al tráfico se determina con la siguiente relación, la cual es unamodificación a la teoría de Boussinesq.(18)

Wsc CsP F

L DE=

(4.6)

'

Donde:P = Carga concentrada de la rueda (0.70 MN ó 7,135.6 kg)L = Longitud efectiva (0.9 m ó 90 cm)DE = Diámetro externo de la tubería (m ó cm)F' = Factor de impacto (adim)


4 - 7

Cuadro 4.3. Factor de impacto vs Profundidad de relleno

Profundidad deEnterramiento (m)

Carreteras Vías deFF.CC.

Pistas deAterrizaje

0.0 a 0.3 1.50 1.75 1.000.3 a 0.6 1.35 - 1.000.6 a 0.9 1.15 - 1.00

Mayor a 0.9 1.00 - 1.00Nota: Para propósitos prácticos se puede tomar un valor de 1.5 excepto en cruces de vías de FF. CC.Fuente : Ref. (17)

Cs = Coeficiente de carga de ruedas (adim)

Cs sen HF

A H B H

ABH

F A H B H= −

+ +−

++

+−1

2 1 11

2 2 2 2 2 2 2 2π( (

( )( )) (

( ) ( )) ) (4.7)

Donde:

A = L / 2 B = DE / 2 F = A2 + B2 + H2

L = Longitud efectiva (m)H = Profundidad de relleno (m)

Figura 4.4. Valor del Coeficiente Cspara usarse en la fórmula (4.6)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.1 1

C

o

e

f

i

c

i

e

n

t

e

Profundidad de Relleno (H) (m)

Cs

0.2 0.3 0.4 2 3 4 5 6 7 8 0.1 1

Profundidad de Relleno (H) (m)

0.2 0.3 0.4 2 3 4 5 6 7 8

100 mm

150 mm

200 mm

250 mm

300 mm

Diámetro Nominal

Duradrén

Sistema Inglés

35.5 cm

40 cm

45 cm

50 cm

63 cm

Diámetro Nominal

Duradrén

Sistema Métrico

0.9

0.7

0.5

0.3

0.1


4 - 8

4.4.2. Clasificación de suelos.

La clasificación de suelos más usada desde el punto de vista de mecánica de suelos es el SistemaUnificado de Clasificación de Suelos (SUCS) el cual asigna un símbolo para cada uno de los tiposde suelo, ya sean orgánicos o inorgánicos. Sus principales parámetros de clasificación son: elLímite Líquido (LL), el Límite Plástico (LP) y el tamaño de partículas (granulometría). Los cualesdescriben el comportamiento mecánico del suelo (11). Las normas ASTM D-2487 y D-2488muestran la clasificación de suelos y el método visual-manual de clasificación respectivamente (verreferencia (17)). La clasificación SUCS se muestra a continuación. (11) y (17). Además muestra laclasificación de la Unibell Plastics Pipe Asociation en grupos de relleno.

Cuadro 4.4. Principales tipos de suelos (SUCS)

Símbolos delGrupo

Clasif.

Usualen

México

Usualen

EE.UU.

Unibell Nombres típicos

- - ClaseI

Material granular, angular manufacturado , de 1/4 a 1 1/2" (6 a 40 mm),incluyendo materiales representativos de la región como roca triturada, coral

picado, conchas trituradas,Gp GW Clase Gravas bien graduadas; mezclas de grava y arena; pocos o ningún finos.Gm GP II Gravas mal graduadas; mezclas de grava y arena; pocos o ningún finos.GL GM Clase Gravas limosas; mezclas de grava y limo mal graduadas.GB GC III Gravas arcillosas; mezclas de grava, arena y arcilla mal graduadas.Ab SW Clase Arenas bien graduadas; arenas gravosas; pocos o ningún finos.Am SP II Arenas mal graduadas; arenas gravosas; pocos o ningún finos.AL SM Clase Arenas limosas; mezclas de arena y limo mal graduados.AB SC III Arenas arcillosas; mezclas de arena y arcilla mal graduadas.Lp ML Clase Limos inorgánicos y arenas muy finas, polvo de roca; arenas finas limosas o

arcillas ligeramente plásticasBp CL IV Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media; arcillas gravosas; arcillas

arenosas; arcillas limosas; arcillas pobres.Op OL Clase V Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad.Lc MH Clase Limos inorgánicos; suelos micáceos o diatomáceos arenosos finos o limosos,

limos elásticos.Bc CH IV Arcillas inorgánicas de alta plasticidad; arcillas francas muy comprensibles.Oc OH Clase Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta muy compresibles.T PT V Turba y otros suelos altamente orgánicos en estado de descomposición.No recomendable para usarse como relleno

Fuente: Ref. (17), (11) y (7)

La Unibell Plastic Pipe Association (Ref. (17)) hace una agrupación de los tipos de suelos los cualesson mencionados en el cuadro 4.3. con fines de usarlos de relleno en las zanjas, los subdivide encinco clases tomando en cuenta sus propiedades mecánicas.


4 - 9

4.4.2.1. Módulo de reacción del suelo (E')

Muchas investigaciones han tratado de medir los valores de E' sin éxito. El método más usual esmedir las deflexiones en el tubo teniendo todas las demás variables conocidas resolviendo, enforma inversa, la fórmula Iowa para determinar el valor correcto de E'. (17)

Amster K. Howard compiló valores de E' usando información de más de 100 laboratorios y pruebasde campo para varios tipos y densidades de suelo, dichos valores se muestran en el cuadro 4.5.

Cuadro 4.5. Valores promedio del módulo de reacción del suelo (E') (Para la Deflexión inicialen tubos flexibles)

E' según el grado de compactación del encamado

TIPO DE SUELO PARA ENCAMADO DE TUBERIAS(SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE

SUELOS - SUCS-)(1)

A VOLTEO(2)

LIGERO,Proctor <85%

Densidadrelativa <40%

(3)

MODERADO,Proctor

85% - 95 %Densidadrelativa

40% - 70%(4)

ALTO,Proctor >95%

Densidadrelativa>70%

(5)

Suelos bien graduados (LL>50)b , Suelos con media a alta plasticidad, CH, MH, CH-MH

Use E' = 0

Suelos bien graduados (LL<50), Suelos con media a nula plasticidad CL, ML, ML-CL, con menos de 25 % de partículasgruesas.

3.52 kg/cm2

50 PSI0.35 MN/m2

14.06 kg/cm2

200 PSI1.38 MN/m2

28.13 kg/cm2

400 PSI2.76 MN/m2

70.32 kg/cm2

1000 PSI6.90 MN/m2

Suelos bien graduados (LL<50), Suelos con media a nula plasticidad CL, ML, ML-CL, con más del 25 % de partículas gruesasSuelos de partículas gruesas con finos GM, GC, SM, SCc conteniendo más del 12 % definos

7.03 kg/cm2

100 PSI0.69 MN/m2

28.13 kg/cm2

400 PSI2.76 MN/m2

70.32 kg/cm2

1000 PSI6.90 MN/m2

140.65 kg/cm2

2000 PSI13.80 MN/m2

Suelos de partículas gruesas con pocos o sin finos GW, GP, SW, SPc conteniendo menos del 12% definos

14.06 kg/cm2

200 PSI1.38 MN/m2

70.32 kg/cm2

1000 PSI6.90 MN/m2

140.65 kg/cm2

2000 PSI13.80 MN/m2

210.97 kg/cm2

3000 PSI20.70 MN/m2

Roca triturada 70.32 kg/cm2

1000 PSI6.9 MN/m2

210.97 kg/cm2

3000 PSI20.70 MN/m2

210.97 kg/cm2

3000 PSI20.70 MN/m2

210.97 kg/cm2

3000 PSI20.70 MN/m2

Precisión en términos de porcentaje de deflexiónd ± 2 ± 2 ± 1 ± 0.5

Fuente : Ref (17)a Norma ASTM D-2487b LL = Límite líquidoc O cualquier suelo en el límite que comience con esos símbolos (p.ej. GM-GC, GC-SC)d Para ± 1% de precisión y una deflexión predecida de 3%, la deflexión real estaría entre 2% y 4%Nota: Estos valores son aplicables sólo para rellenos con profundidades menores de 15 m. La tabla no incluye ningún factor de seguridad. Parauso solo en predicciones iniciales de deflexión, puede ser aplicado un factor de largo plazo (F') apropiado para deflexiones a largo plazo. Si elencamado cae entre dos categorías de compactación, seleccione el menor valor de E' o el promedio de los dos valores. El porcentaje Proctorbasado en la máxima densidad en seco (peso volumétrico seco) de las normas de prueba usando aproximadamente 598,000 J/ m3 (12,500 PieLb/ Pie3 ) (ASTM D-698) (6.1 kg cm / cm3 )

El cuadro 4.6. presenta una guía aproximada para estimar el grado de compactación alcanzadosegún el método utilizado y el cuadro 4.7. el módulo de reacción del suelo E' según la clase desuelo y la compactación Proctor dada.


4 - 10

Cuadro 4.6. Guía aproximada para estimar el rango del grado de compactación vs laclase y el método de relleno como porcentaje Proctor o de la DensidadRelativa* ,para materiales granulares**

CLASE DE RELLENO I II III IVDESCRIPCION DEL MATERIAL Material

granularmanufacturado

Suelos dearena y grava

limpios

Suelosmezcladosgranulosos

Suelos degranos finos

Contenido óptimo de humedad en% de suelo seco

9-12 9-18 6-30

Método de compactación del suelo Rango en % Proctor o Densidad Relativa (valores entre paréntesis)Compactado con apizonador

mecánico95-100

(75-100)95-100

(80-100)95-100 90-100

Compactado con vibrocompactadorportátil

80-95(60-75)

80-95(60-80)

80-95 75-90

Con pizón manual 60-80(50-60)

60-80 60-75

A volteo 60-80(40-60)

60-80(50-60)

60-80 60-75

Fuente: Ref. (17) * La densidad relativa está anotada entre paréntesis.** Esta tabla sirve como una guía aproximada para definir promedios de compactaciones Proctor conseguidos a través de variosmétodos de compactación de suelo en diferentes clases de suelo. La tabla tiene la intención de proveer una guía y no serecomienda para su uso en diseño. Los valores reales de diseño deberán ser calculados por el ingeniero para suelos específicos ycon contenidos de humedad específicos.

Cuadro 4.7. Porcentaje Proctor y Módulo de reacción del suelo (E') paralas diferentes clases de suelo

Clase de relleno( Clasificación UNIBELL )

Rango de DensidadProctor %

Módulo de reacción del Suelo(kg/cm2 , PSI y MN/m2)

I - 210.97 - 3,000 - 20.70II 85-95

75-8565-75

140.65 - 2,000 - 13.80 70.32 - 1,000 - 6.90

14.06 - 200 - 1.38III 85-95

75-8565-75

70.32 - 1,000 - 6.9028.13 - 400 - 2.767.03 - 100 - 0.69

IV 85-9575-8565-75

28.13 - 400 - 2.7614.06 - 200 - 1.383.52 - 50 - 0.69

V CLASE DE SUELONO RECOMENDADA

Fuente: Ref (17)Nota: El porcentaje de la densidad Proctor de acuerdo a ASTM 698


4 - 11

Ejemplo 4.1.Se va ha instalar una tubería de alcantarillado de PVC Duradrén de 300 mm de diámetro (12") tipo41 a 5 m de profundidad a lomo de tubo, se hizo el análisis granulométrico del que resultaron dossuelos principales: Gravas bien graduadas, Gp (suelo 1) y Arenas limosas, AL (suelo 2). Lasdensidades son respectivamente, 1700 kg/m3 y 1900 kg/m3 . ¿Cual será la deflexión que presentaráel tubo para un grado de compactación de 65 - 75 %, de 75 - 85% y de 85 - 95 % Proctor?

Solución.

Tomando el cuadro 4.4. de clasificación de suelos se observa que el suelo Gp es clase II yel suelo AL corresponde a la clase III. Los valores de kµ' para esas clases según la figura4.3. son de 0.165 y 0.150 respectivamente.

El factor de impacto para 5 m de profundidad a lomo de la tubería para carreteras es de 1.0(cuadro 4.3)

El ancho de zanja recomendado para tubería de 300 mm es de 0.70 m (cuadro 5.2.,capítulo 5 - recomendados para tubería de PVC por el ITP-)

Cálculo de cargas muertas:

H/Bd = 5m / 0.70 m = 7.143

Entrando a la gráfica 4.3. con este valor resulta un coeficiente Cd1= 2.7 y Cd2= 2.9. lascargas muertas serán para cada tipo de suelo de: (fórmula 4.4.)

Wc1 = (2.7) (1,700 kg/m3 ) (0.70 m) = 3,213 kg/m2 = 0.3213 kg/cm2

Wc2 = (2.9) (1,900 kg/m3 ) (0.70 m) = 3,857 kg/m2 = 0.3857 kg/cm2

Cálculo de cargas vivas:

Primeramente se calcula el valor del coeficiente Cs usando la figura 4.4. con 5 m deprofundidad de relleno y 300 mm de diámetro Duradrén S.I.

Cs = 0.0055

La carga concentrada por ruedas de un vehículo se asume de 0.07 MN que equivale a7,135.6 kg, el diámetro externo para tubería de 300 mm se toma del promedio de losdiámetros máximo y mínimo del cuadro 1.1, siendo DE = 0.3175 m, por lo que, la cargaviva resultará igual a: (Fórmula 4.6)

Wsckg

m mkg m

= =( . )

( , . )( . )

( . )( . ). /0 0055

7 135 6 1 0

0 9144 0 3175135 1 2

Wsc = 0.0135 kg/cm2


4 - 12

Cálculo de la deflexión de la tubería:

El cálculo de deflexión de la tubería se hace usando la fórmula 4.3. A continuación sepresenta el cálculo de deflexión para uno de los grados de compactación. En la tablasiguiente se presentan los resultado para los demás grados de compactación para las dosclases de suelo.

Suelo 1Dl = 1.5E' = 14.06 kg/cm2 para suelo clase II , 65-75 % proctor (cuadro 4.7.)K = 0.1∆y

D1 100

0.3213 kg / cm kg / cm ) (28,129.4 kg / cm

(14.06 kg / cm

2 2

22

%( . )( . )( ) ( . )( .

)

( ). )

= +

−+

1 5 0 1 0 1 0 01352

3 41 10 061

3

∆y/D1 = 4.31 %

Clase de Suelo DensidadProctor (%)

E'(kg/cm2 )

∆∆∆∆y/D(%)

Clase II65-7575-8585-95

14.0670.32140.65

4.311.100.57

Clase III65-7575-8585-95

7.0328.1370.32

8.322.991.31

Conclusión:

La tubería se comporta satisfactoriamente en ambos suelos, no se recomienda tenercompactaciones proctor menores a 75 % con suelo clase III. La deflexión máxima permisible es de7.5 % (apartado 4.2.)

Ejemplo 4.2.

Tomando los datos del problema anterior, cambiando solamente el ancho de zanjas de 0.70 m a0.85 m según la recomendación de la CNA (cuadro 5.2.)

Solución.

Cálculo de cargas muertas:

H/Bd = 5m / 0.85 m = 5.882

Cd1= 2.65Cd2= 2.75

Wc1 = (2.65) (1,700 kg/m3 ) (0.85 m) = 3,829 kg/m2 = 0.3829 kg/cm2

Wc2 = (2.75) (1,900 kg/m3 ) (0.85 m) = 4,441 kg/m2 = 0.4441 kg/cm2


4 - 13

Cálculo de cargas vivas:

Cs = 0.0055

Wsckg

m mkg m

= =( . )

( , . )( . )

( . )( . ). /0 0055

7 135 6 1 0

0 9144 0 3175135 1 2

Wsc = 0.0135 kg/cm2

Cálculo de la deflexión de la tubería:

Suelo 1Dl = 1.5E' = 14.06 kg/cm2 para suelo clase II , 65-75 % proctor (cuadro 4.7.)K = 0.1∆y

D1 100

0.3829 kg / cm kg / cm ) (28,129.4 kg / cm

(14.06 kg / cm

2 2

22

%( . )( . )( ) ( . )( .

)

( ). )

= +

−+

1 5 0 1 0 1 0 01352

3 41 10 061

3

∆y/D1 = 5.11 %

Clase de Suelo DensidadProctor (%)

E'(kg/cm2 )

∆∆∆∆y/D(%)

Clase II65-7575-8585-95

14.0670.32140.65

5.111.280.66

Clase III65-7575-8585-95

7.0328.1370.32

9.423.381.48

Conclusión:

Como se puede observar en el cuadro anterior el ancho de zanja afecta significativamente a ladeflexión de la tubería por lo que se recomienda tener los anchos menores posibles, esto esaquellos que permitan elaborar los trabajos de instalación (nivelación de plantillas, instalación de latubería, acostillado, relleno y compactación).

Nota Aclaratoria:

Las gráficas que se presentan en el Anexo A1, se hicieron tomando los anchos de zanjarecomendados por el ITP (Instituto de Tuberías Plásticas), por lo que para otros anchos se debentomar las precauciones necesarias.

Capítulo 5

Instalación y Mantenimiento


5 - 1

5.- INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO.

Debido a la relevancia que actualmente se le ha dando al aspecto ecológico, se buscan opcionesque reduzcan los riesgos de contaminación. La tubería de PVC por sus propiedades dehermeticidad, estanquidad, resistencia a la corrosión y abrasión es actualmente una de las mejoresopciones para alcantarillados en el mercado.

La amplia experiencia en instalaciones hidráulicas nos proporciona bases sólidas para utilizar latubería de PVC con unión Anger (espiga - campana) en alcantarillados.

El presente capitulo trata sobre los métodos de limpieza recomendados para alcantarillados contubería de PVC usando la línea Duradrén y Durahol, además de las recomendaciones detransporte, manejo, almacenamiento e instalación de la tubería.

5.1. Transporte, manejo y almacenamiento en obra.

5.1.1. Transporte.

Los tubos de PVC DURADREN y DURAHOL son fabricados en longitudes de 6 m. La cantidad detubos de los diferentes diámetros que puede transportar un camión tipo torton se muestran en lasiguiente tabla:

Cuadro 5.1 Capacidad de carga de tubería en un camión tipo torton

DNmm ó cm

No detramos

Longitud

(m)150 - 16.0 200 1200200 - 20.0 120 720250 - 25.0* 77 462300 - 31.5* 48 288

35.5 42 25240 35 21045 30 18050 20 12063 12 72

*Valores aproximados

El transporte debe realizarse procurando que no se dañen los materiales. Los tubos debencolocarse en superficies planas tal como se muestra en la figura 5.1. En el transporte la altura de laestiba no debe exceder de 2.5 m. La colocación de los tubos debe hacerse tal como se muestra enel detalle de la figura 5.1.

Al transportar los tubos, debe evitarse en lo posible, la carga mixta; pero si es inevitable, está debeacomodarse de manera que no lastime a los tubos. Con el objeto de economizar el flete se pueden"telescopiar" los tubos, introduciendo unos dentro de otros, siempre y cuando los diámetros lopermitan.

Cuando el transporte se haga a grandes distancias y sobre todo en tiempo de calor, la carga debeprotegerse y dejar un espacio entre la cubierta y los tubos que permita la circulación de aire paraevitar deformaciones que pueden ocasionar el peso de los tubos y la temperatura a la que estánsometidos.


5 - 2

Fig. 5.1. Transporte de la tubería

5.1.2. Carga, descarga y manejo.

Carga y descarga

Durante la carga y descarga de los tubos, estos no deben arrojarse al suelo, someterlos a pesoexcesivo o golpearlos (Fig. 5.2. A y B) . Se recomienda que por lo menos dos hombres se encargende esta operación.

Cuando la carga o descarga se haga con grúas o montacargas, se deben utilizar elementos que nodañen los tubos, tales como eslingas de nilón, fajas de lona, etc. Debe evitarse el uso de cadenasde acero.

Manejo

Para evitar daño a los tubos, nunca se deben arrastrar, golpearlos contra el suelo o conherramientas (Fig. 5.2. C). Se recomienda no desatarlos para su manejo (aquellos tubos quevengan en atados) (figura 5.2. D).


5 - 3

Fig. 5.2. Carga, descarga y manejo de la tubería

A temperaturas inferiores a 0º C la resistencia de los tubos a los golpes se reduce, por lo que hayque tener mayor cuidado en el manejo.

5.1.3. Almacenamiento en obra

El lugar de almacenamiento debe situarse lo más cercano posible al sitio de la obra. Los tubosdeben de colocarse en un superficie plana, nivelada y libre de piedras, apoyando la primera línea detubos sobre polines, los cuales deben tener una separación no mayor a 1.5 m ( Fig. 5.3. A)

La figura 5.3. B, C y D, muestran la forma de estibar la tubería en campo. La estiba que más serecomienda es la de camas perpendiculares (figura B), sobre todo si se cuenta con suficienteespacio. La estiba de camas paralelas (figura C), es la más adecuada cuando se dispone de pocoespacio, y la estiba piramidal (figura D), es práctica únicamente cuando se carece de espaciosuficiente y se tienen pocos tubos.


5 - 4

Fig. 5.3. Almacenamiento en obra.

5.2 Almacenamiento a la intemperie.

Cuando los tubos vayan a estar expuestos al sol por más de 30 días deben almacenarse bajotecho. No deben cubrirse con lonas o polietileno, pues esto provoca un aumento de la temperaturaque puede causar deformaciones, por lo que se recomienda un techado que permita una buenaventilación a los tubos (figura 5.4.)

Fig. 5.4. Almacenamiento a la intemperie.


5 - 5

5.2.1. Conexiones de la línea DURADREN.

FIGURA PIEZA DESCRIPCIÓNSilleta c/desviación a 45 °

5.5.

8” x 6”10” x 6”12” x 6”

35.5 cm x 6”40 cm x 6”45 cm x 6”50 cm x 6”63 cm x 6”

20 cm x 16 cm25 cm x 16 cm

31.5 cm x 16 cm35.5 cm x 16 cm40 cm x 16 cm45 cm x 16 cm50 cm x 16 cm63 cm x 16 cm

5.6.

CODO DE :

45° x 6"45° x 8"

45° x 16 cm45° x 20 cm

5.7.

CODO DE:

90° x 6"90° x 8"

90° x 16 cm90° x 20 cm

5.8.

COPLE REPARACIÓN DE:

6", 8", 10", 12"y

16, 20, 25, 31.5, 35.5, 40, 45, 50 y 63 cm

La tubería fue descrita en el apartado 1.4.1. del capitulo 1, figura 1.1


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5.2.2. Acoplamiento de la tubería.

La instalación de los tubos de PVC consistente en la unión de los tramos de tubo, dentro o fuera dela zanja se realiza de la siguiente forma: primero, se acarrean los tubos del lugar dealmacenamiento hasta ser depositados en el bordo de la zanja, después se bajan a esta, mediantecuerdas, para tubos de diámetros entre 35.5 cm a 63 cm, o manualmente con tuberías dediámetros menores a 35.5 cm. La espiga del primer tramo a instalar se apoya sobre algún materialduro (base de concreto, roca, pared de la zanja o cualquier objeto fijo) y se procede a unir los dostramos. La figura 5.8. muestra la forma de acoplar la tubería de PVC con unión anger.

Para diámetros de 150 mm a 300 mm (6" a 12") Sistema Inglés y de 16 cm a 40 cm SistemaMétrico, el acoplamiento puede hacerse manualmente o con barreta, con la que se hace palanca,protegiendo adecuadamente la campana con un taquete de madera. (figura 5.9.)

Para diámetros de 45 cm a 63 cm Sistema Métrico, el acoplamiento se hace ayudándose con untecle de cadena de una tonelada de capacidad y dos estrobos de cable de acero, o dos tramos decadena de 3/8" x 3 m cada uno. (figura 5.9.)

Fig. 5.9. Acoplamiento de la tubería Duradrén.

A.- Limpiar la campana por dentro y la espigade los dos tramos de tubo a unir con limpiadory un trapo limpio.

B.- Colocar el anillo empaque dentro del nichode la campana.

C.- Aplicar el lubricante en la espiga hasta lamarca tope.

D.- Unir los dos tramos de tal forma que laespiga entre dentro de la campana hasta lamarca tope.

Los tubos DURADREN de Sistema Inglés yDURAHOL vienen con el anillo empaquecolocado (integrado) de fabrica.


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Fig. 5.10. Forma de instalación de la tubería

La ventajas de la unión anger entre otras son: el movimiento relativo que existe entre la espiga y lacampana que permite acomodos del suelo; al seguir los lineamientos de instalación e introducir laespiga dentro de la campana hasta la marca tope, deja dentro de la campana un espacio llamado,cámara de dilatación, el cual le permite al tubo contraerse y dilatarse debido a la variación de latemperatura; el anillo empaque permite que la unión sea hermética por lo que no permiteexfiltraciones que puedan contaminar los mantos acuíferos, ni infiltraciones que excedan lacapacidad de conducción de la tubería y de las plantas de tratamiento cuando existan, igualmenteimpide la entrada a la red de sustancias nocivas. El anillo empaque se fabrica de materialelastomérico según Norma NMX-E-111. La figura 5.11. muestra la unión anger.

Fig. 5.11. Unión Anger utilizada en la tubería DURADRÉN mostrandoel anillo empaque (según Norma NMX-E-111)


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5.2.3. Instalación en la zanja.

Relleno Compactado: El tubo de PVC debe ser instalado sobre una cama o plantilla apropiada queproporcione un soporte longitudinal uniforme bajo el tubo. El material de relleno debe sercompactado bajo los lados del tubo para tener un buen acostillado. El relleno inicial debe serdepositado a una altura suficiente sobre el lomo del tubo como protección al impacto durante elrelleno final (a volteo o compactado según lo especifique el proyecto). Todo el material de rellenocompactado debe ser seleccionado y depositado cuidadosamente, evitando piedras y escombros,además no se recomienda usar arcillas de alta plasticidad. Una apropiada compactación delmaterial del acostillado, que es la sección del relleno que va desde la parte baja del tubo hasta eleje del mismo, es fundamental para obtener el peso volumétrico de suelo especificada por elIngeniero de diseño. (figura 5.12.)

Fig. 5.12. Zanja tipo

RELLENO FINAL

A volteo o com-

pactado, según

lo especifique el

RELLENO

COMPACTADO

Acostillado

Plantilla

RellenoInicial

Ancho de Zanja (Bd)

proyecto

La compactación del relleno es fundamental para el buen comportamiento mecánico deltubo.

Relleno final (a volteo o compactado): Después de depositar y compactar los materiales de rellenoinicial, se hace el relleno final el cual puede ser depositado con máquina y puede contener piedras yrocas no muy grandes y escombro; el relleno final puede ser a volteo o compactado según loespecifique el proyecto.

Para consultar la clasificación de suelos (SUCS), los valores promedio del módulo de reacción delsuelo (E'), una guía aproximada del grado de compactación según el método de relleno, así comolos porcentajes proctor y módulo de reacción para diferentes clases de suelo, refiérase a loscuadros 4.4. , 4.5., 4.6. y 4.7. respectivamente del capitulo 4.


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5.2.4. Dimensiones de la zanja.

El siguiente cuadro muestra las dimensiones recomendadas de zanja para la tubería Duradréntanto en Sistema Inglés como en Sistema Métrico.

Cuadro 5.2. Dimensiones de zanja recomendadas.

Diámetro Ancho de Zanja (m)Nominal

Inglés Métrico

Recomendadopor ITP para

tubos de PVC

Recomendadopor CNA

6" 16 cm 0.60 0.708" 20 cm 0.60 0.7510" 25 cm 0.65 0.8012" 31.5 cm 0.70 0.85

35.5 cm 0.75 0.9040 cm 0.80 1.0045 cm 0.85 1.1050 cm 0.90 1.2063 cm 1.05 1.30

ITP: Instituto de Tuberías Plásticas.

5.2.5. Rendimientos de instalación

El siguiente cuadro muestra los rendimientos de lubricante para instalar tubería anger. (5)

Cuadro 5.3. Rendimiento de lubricante parauniones anger

DiámetroNominal

(pulg ó cm)

No deuniones

por lata de1000 gr.

Cantidad delubricante por

unión (gr.)

4 ó 10 180 5.546 ó 15 81 12.358 ó 20 54 18.5710 ó 25 46 21.66

12 ó 31.5 38 26.0035.5 31 32.5040 31 32.5045 23 43.3350 15 65.0063 8 130.00

Nota: El número de uniones varia dependiendo de laconsistencia del lubricante y de la experiencia del instalador.


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El rendimiento de instalación se muestra a continuación (5):

Cuadro 5.4. Rendimiento de instalación

DiámetroNominal

Tubos de 6 m que se instalan porcuadrilla

en una jornada de

No de operadorespor cuadrilla

(pulg ó cm) 8 horas Oficiales Peones4 ó 10 175 (1050 m) a mano 1 36 ó 15 160 (960 m) con barreta 1 38 ó 20 120 (720 m) con barreta 1 310 ó 25 100 (600 m) con barreta 1 3

12 ó 31.5 90 (540 m) con barreta 2 335.5 80 (480 m) con barreta 2 340 70 (420 m) con barreta 2 345 65 (390 m) con tecle 2 350 60 (360 m) con tecle 2 463 55 (330 m) con tecle 2 4

Estos rendimientos no consideran el acarreo de la tubería del lugar de almacenamiento a la zanja,solo el bajado de la tubería y su posterior unión dentro de la misma. Estos valores son promedio porlo que pueden ser inferiores o superiores dependiendo de la experiencia y habilidad de losinstaladores, Además son para condiciones de zanja donde no exista nivel freático alto y consideraque el fondo de la zanja fue nivelado previamente según la pendiente de proyecto. Tampoco estánconsiderados los trabajos de relleno y compactación.


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5.2.6. Instalación de la descarga domiciliaria.

Para la instalación de las descargas domiciliarias los elementos principales son: la silleta condesviación a 45º, los codos de 90º ó 45º según la posición del albañal y la profundidad de la atarjea,el limpiador y el cemento para PVC y las abrazadera de alambre "recocido" o acero inoxidable(recomendable) para sujetar la silleta a la atarjea durante el secado de la unión cementada. Lasiguiente figura muestra la forma de instalación, los pasos a seguir se muestran más abajo.

Figura 5.13. Instalación de la descarga domiciliaria

1 2 3

Presentar las piezas para determinar el lugarexacto donde deberá colocar la silleta, ya quesu localización depende de la tubería dedescarga y del codo.

Marcar con la plantilla la guía para efectuar laperforación en el tubo (atarjea) donde llegará ladescarga domiciliaria. Preparar abrazaderas deacero o en su defecto de almabre recocido, dospor silleta (dos hilos cada una)

Hacer los barrenos conforme a la plantilla, conun taladro o un berbiquí utilizando broca paramadera de 5/8” ó 3/4” de diámetro

4 5 6

CEMENTO

LIMP IADOR

Hacer la perforación en el tubo (atarjea) conserrucho de punta o con caldora eléctrica,siguiendo la guía interior marcada con laplantilla

Con escofina o lima de media caña eliminar losexcesos y filos del material, en la perforación

Limpiar bien la base de la silleta y la superficiedel tubo (emplear limpiadorpara tubería de PVCDuralón). Aplicar cemento para PVC Duralóntanto en la silleta como en el tubo, formandouna película uniforme de un milímetro deespesor (mínimo) en ambas superficies (usarpegamento que forme película y de secadolento)

7 8 9

Colocar la silleta sobre la parte marcada en eltubo y checar que la perforación correspondacon la descarga de la silleta. Apretar lasabrazaderas de alambre, sobre la silleta y eltubo.

Dejar secar (fraguar) el pegamento durantecuatro horas minímo para enseguida instalar elcodo de 45° o de 90° y el tubo de la descargadomiciliaria, para proceder a la prueba dehermeticidad.

Una vez aprobada la priueba de hermeticidad,rellenar la zanja y compactar bien el terreno


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5.3. Pruebas de Hermeticidad en Sistema de Alcantarillado

La principal finalidad de las pruebas a las tuberías es para comprobar el buen funcionamiento delas mismas, comprobar la hermeticidad, estanquidad y la resistencia a la presión a que essometida. El procedimiento para realizar las pruebas hidrostáticas se describe a continuacióntomando como base el que se sigue en líneas de conducción de agua potable, ya que existenrelativamente pocas experiencias al respecto. Por otro lado, para las pruebas neumáticas sedescribe el procedimiento recomendado por Unibell (16). (norma UNI-B-6-90).

Las pruebas de los sistemas de alcantarillado son imprescindibles para garantizar el buenfuncionamiento y la inversión hecha.

5.3.1. Pruebas hidrostáticas.

El siguiente procedimiento es una adaptación de las pruebas que se hacen en tubería paraconducción de agua potable ampliamente probadas en México, se deben tener variasconsideraciones respecto a la manera de hacer la prueba.

Una vez instalado el tubo en la zanja se deben tapar los tramos de tubería solo dejando aldescubierto las uniones para verificar la hermeticidad. Es necesario poner tapas en la línea aprobar. La prueba se debe hacer de preferencia entre pozo y pozo de visita cuidando en atracarbien las tapas.

• Para facilitar la instalación de las tapas en los pozos de visita se recomienda dejar instalado eltubo de tal forma que una longitud de aproximadamente 30 cm quede dentro del pozo, dichotramo de tubo puede ser cortado después de realizada la prueba.

• Para la tubería Duradrén S.I. se recomienda poner un tapón campana y/o espiga según searequerido. Enseguida mediante el uso de taquetes de madera para evitar dañar el tubo yusando polines también de madera, se debe atracar la tapa a las paredes del pozo de visita.En el pozo de vista aguas abajo se recomienda hacer las adaptaciones necesarias para lainstalación de un manómetro, una válvula para purga y para la alimentación del agua. En elpozo de visita aguas arriba se instalará una válvula de purga. Para los tubos Duradrén S.M.se recomienda usar tapas ciegas de Fo.Fo. unidas a la tubería mediante una junta mecánicadebido a que piezas de este diámetro en PVC no se fabrican actualmente en México.

• Se procede a llenar la tubería mediante una bomba centrífuga, durante este proceso lasválvulas de purga deben estar completamente abiertas con el fin de extraer el aire atrapadodel tubo. La presión de prueba se consigue, una vez que el tubo ha sido llenado de agua,usando ya sea la misma bomba o una bomba de émbolo accionada a mano ("liebre" o"tijera").

• Una vez lleno el tramo se procede a cerrar la válvula de purga del pozo aguas arriba bombearel agua lentamente con la bomba de émbolo y con ayuda del manómetro. Se debe tenercuidado en mantener la válvula de purga "ahorcada" de tal forma de permitir que la presióndentro de la tubería se eleve lentamente. Una vez alcanzada la presión de prueba(0.75 kg/cm2) se procede a cerrar la purga y la válvula de paso de la alimentación del tubo.

• El tiempo de prueba recomendado es de media hora en el que la caída de presión en elmanómetro no debe ser significativa.

• Durante la prueba se deben de hacer recorridos periódicos a lo largo de la línea para checarque no existan de fugas.


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• Si se presentan fugas se procede a hacer la reparación de los tramos mal instalados. Se debedrenar la tubería antes de realizar cualquier reparación. Una vez realizadas las reparacionesse procede a probar la tubería nuevamente.

• En caso de no existir fugas se retira el equipo de prueba y se cubren las partes de la tuberíaque quedaron al descubierto. Se procede a probar otro tramo de tubería.

Con el fin de ahorrar tiempo se pueden probar primero todos los tramos de tubería, dejandoindicados los tramos que presentaron fuga para realizar las reparaciones al final. Los tramosreparados deben volverse a probar.

La prueba se pueden hacer de aguas arriba hacia aguas abajo para facilidad de utilización delagua.

La prueba debe ser certificada por el Ingeniero residente del organismo operador correspondientecon el fin de obtener la aprobación del sistema de alcantarillado instalado.

5.3.2. Pruebas neumáticas.

Las pruebas de hermeticidad con aire a baja presión son económicas y el equipo puede seroperado rápida y fácilmente. La referencia (16) menciona que en EE. UU. a mediados de los 50's latasa de infiltración en los alcantarillados permitida era de 1000 galones por pulgada de diámetro pormilla por día ( 239.792 m3/m de diámetro/km/día), aunque algunas municipalidades permitian hasta1500 galones / pulgada de diámetro/milla/día ( 359.689 m3/m de diámetro /km/día). Para los 60's latasa de infiltración permitida fue reducida a 500 galones/pulgada de diámetro/milla/día ( 119.896m3/m de diámetro/km/día). En los 70's la tasa permitida de infiltración siguió disminuyendo debido aluso de materiales para tubería de mejor calidad y a mejores juntas con sello elastomérico.

En 1964 Roy Edwin Ramseier llevó a cabo las más notable e importante investigación acerca depruebas de aire a baja presión (16) recopilando información de 515 pruebas de aire y concluyó losiguiente: "Las especificaciones recomendadas consideran una línea de tubería aceptable si laspérdidas de aire no exceden 0.0030 ft3/min/ft2 de superficie interna de tubo (9.144 × 10-4 m3/min/m2

de superficie interna de tubo), cuando se prueba a una presión de 3 PSI (0.211 kg/cm2 ) sobre elpromedio de la contrapresión de cualquier nivel freático en el cual el tubo puede estar sumergido.Cuando cualquier sección de instalación, probada totalmente entre pozos de vista o estructuras delimpieza, las pérdidas de aire en una tasa mayor a 0.0030 ft3/min/plg2 de superficie interna de tubo,pero la tasa total de pérdida de la sección bajo prueba no exceda 2.0 ft3/min (0.057 m3 /min), lalínea de tubería debe ser considerada libre de fugas significativas. Cuando esas tasas de fugasson excesivas, una fractura en el tubo, fuga en la unión o fugas en las tapas estarán presentes, ylas reparaciones apropiadas deben ser hechas". Otro trabajo realizado por Ramseier en 1972 de untotal de 1,100 pruebas hechas en alcantarillados instalados, dieron como resultado que, en laslíneas de tubería probadas un "85% de las fugas eran inferiores a 0.0015 ft3/min/ft2 (4.572 × 10-4 m3/min/m2 )", además encontró que"94 % de las tuberías probadas tuvieron una pérdida menor a2.0 ft3/min (0.057 m3/min) y el 87 % tuvieron una pérdida menor a 1.0 ft3/min (0.028 m3/min)" ; comose puede observar esta tasa de fugas es la mitad de la original, por lo que Ramseier concluye"0.015 puede ser usado en una área donde los fabricantes de tubería y los contratistas hayanaceptado la prueba de aire". (16)

Del análisis extensivo, Ramseier concluyó que: " Una especificación basada solo en el promedio depérdidas por unidad de superficie puede ser uniformemente aplicado a todas las secciones quetengan una área interna menor a 625 ft2 (58.064 m2 ), pero conforme se incrementa el área deltubo la posibilidad de no detectar una fuga en una tubería se incrementa. Una especificaciónbasada solo en las pérdidas totales permitirá un elevado promedio de pérdidas para seccionescortas".


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Ramseier llega a la siguiente conclusión: "Las secciones probadas no deben perder más que Qft3/min/ft2 de superficie interna de tubo para cualquier porción conteniendo menos de 625 ft2

(58.064 m2 ) de superficie interna del tubo. El total de fugas de cualquier sección no debe exceder625Q ft3/min/ft2 (58.064Q m3/min/m2 )".

A continuación se describe el método desarrollado por Unibell para pruebas de hermeticidad conaire el cual toma como base los trabajos realizados por Roy Edwin Ramseier.

La prueba de aire a baja presión se basa tomando una tasa de fugas de 0.0015 ft3/min/ft2 (4.572 ×10-4 m3/min/m2 ) la cual es muy recomendable ya que dicha tasa produce un valor máximo total defugas de cerca de 1.0 ft3/min (0.028 m3/min).(16)

Nota: Es extremadamente importante que todos los tapones estén instalados y atracados, detal manera que se evite un reventamiento y la expulsión violenta de los tapones. Por dar unejemplo de los daños que puede causar esto, una tubería de 8" (200 mm) con una presióninterna de 5 PSI (0.352 kg/cm2 ) desarrolla una fuerza de 250 lbs (113.4 kg), y una fuerza de2250 lbs (1,020.6 kg) es ejercida sobre un tapón en un tubo de 24" (630 mm) con una presiónde 5 PSI (16). La presión máxima recomendable para evitar daños personales es de 9 PSI(0.633 kg/cm2 ) en la prueba de aire.

Para asegurar que la presión máxima de prueba no rebase los 9 PSI se recomienda utilizarun regulador o una válvula de seguridad ajustada máximo a este valor.

Procedimiento de prueba

• Preparación de la línea de prueba: Después de que la línea a probar entre pozos de visita,fue debidamente cubierta por el relleno, se procede a colocar y atracar los tapones en losextremos, colocando en primer término el tapón aguas arriba, para evitar que se introduzcaagua en el tubo, esto es importante sobre todo en lugares con nivel freático alto. Serecomienda hacer una prueba de los tapones en un tramo de tubo fuera de la zanja a unapresión de 9 PSI (0.633 kg/cm2 ) procurando que ninguna persona se encuentre en direccióndel eje longitudinal del tubo con el fin de evitar accidentes personales. Estos tapones se debenconservar en su lugar sin la necesidad de atraques.

Los tapones pueden ser neumáticos o mecánicos.

• Presurización: Se procede a introducir lentamente aire a baja presión en la línea selladahasta alcanzar una presión de 4 PSI (0.281 kg/cm2 ) por arriba del promedio de lacontrapresión generada por el nivel freático (cuando exista), pero nunca mayor a 9 PSI (0.633kg/cm2 ).

• Estabilización de la presión: Una vez alcanzada los 4 PSI (0.281 kg/cm2 ) se debeestrangular la línea de alimentación para mantener la presión durante al menos 2 minutos,este tiempo permite que la temperatura del aire se estabilice con la temperatura de lasparedes del tubo.

• Tiempo de prueba: Se debe retirar la manguera de alimentación, una vez estabilizada latemperatura. Un monitoreo continuo del medidor de presión se debe realizar mientras lapresión decrece a no menos de 3.5 PSI (0.246 kg/cm2 ) sobre la contrapresión del nivelfreático. A partir de este momento se debe comenzar a medir el tiempo de caída de presión,con un cronómetro o cualquier otro aparato con un 99.8 % de precisión.


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El criterio para la aceptación de las líneas, determina un tiempo predeterminado para unacaída de presión específica. Tradicionalmente la caída de presión es de 1 PSI (0.070 kg/cm2 ),sin embargo pueden ser especificados otros valores de caída de presión. Si se especifica unacaída de presión de 0.5 PSI (0.035 kg/cm2 ) el tiempo requerido para esta caída de presiónserá la mitad del requerido para 1 PSI.

• Criterio de aceptación o rechazo de la línea: Si el tiempo mostrado en los cuadro 5.5. y 5.6para caídas de presión de 1 PSI (0.070 kg/cm2 ) ó 0.5 PSI (0.035 kg/cm2 ) respec-tivamente,transcurre sin alcanzar la caída de presión preestablecida la sección en prueba se aceptaconsiderándola libre de defectos. La prueba puede ser suspendida una vez que pasado eltiempo la caída de presión no se ha presentado.

Si cae la presión antes del tiempo especificado en los cuadros, la tasa de pérdida de aire debeser considerada excesiva y por lo tanto se rechaza la línea. El contratista debe determinar consus propios recursos, la fuente o fuentes, de fuga y debe reparar y/o remplazar todos losmateriales defectuosos y/o la mano de obra a la satisfacción de el Ingeniero. El alcance y tipode reparaciones, así como los resultados, estarán sujetos a la aprobación del Ingeniero. Lainstalación del tubo deberá entonces ser probada nuevamente.

• Criterio de tiempo de prueba: El criterio de tiempo de Ramseier establece que ningunasección en prueba debe ser aceptada si sus pérdidas son mayores que Q ft3/min/ft2 desuperficie interna de tubo (Q m3/min/m2 de superficie interna de tubo) para cualquier secciónque contenga menos de 625 ft2 (58.064 m2 ) de superficie interna de tubo. La fuga total decualquier sección en prueba no debe exceder 625 Q ft3/min.

La siguiente relación es la establecida por Ramseier para calcular el tiempo de prueba.

TDK

QSI = 0 085. (5.1)

Donde:

TSI = Tiempo mínimo, en segundos, permitido para que la presión de aire "caiga" en 1.0 PSI (0.07032 kg/cm2 , 0.7032 m.c.a.)

D = Diámetro nominal en pulgadasK = 0.000419 DL, pero no menor a 1.0Q = 0.0015 pies cúbicos/minuto/pies cuadrados de superficie interno

(ft3/min/ft2 )L = Longitud de tubo bajo prueba en pies

Esta relación transformada para unidades métricas excepto el diámetro ( debido a que esdiámetro nominal) queda de la siguiente forma:

TDK

QSM = 0 025908. (5.2)

Donde:

TSM = Tiempo mínimo, en segundos, permitido para que la presión de aire "caiga" en 1.0 PSI (0.07032 kg/cm2 , 0.7032 m.c.a.)

D = Diámetro nominal en pulgadasK = 0.0013747 DL, pero no menor a 1.0Q = 0.000457 metros cúbicos/minuto/metros cuadrados de superficie interna

del tubo (m3/min/m2 )


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L = Longitud de tubo bajo prueba en metros

Cuadro 5.5. Tiempo mínimo requerido para una caída de presión de 1 PSI (0.070 kg/cm2) enfunción de la longitud de prueba para Q = 0.000457 m3/min/m2

Diámetro deltubo

Tiempomínimo

Long.para

tiempomínimo

Tiempopara

longitudeslargas

Tiempo de especificado para longitud (L) en min:seg

plg mm ócm

min:seg m seg 25 m 50 m 75 m 100 m 125 m 150 m

4 100 3:46 182.0 0.805 L 3:46 3:46 3:46 3:46 3:46 3:466 150 5:40 121.3 2.803 L 5:40 5:40 5:40 5:40 5:50 7:008 200 7:34 90.8 5.000 L 7:34 7:34 7:34 8:20 10:25 12:30

10 250 9:26 72.8 7.775 L 9:26 9:26 9:43 12:57 16:12 19:2612 300 11:20 60.7 11.203 L 11:20 11:20 14:00 18:40 23:20 28:0014 35.5 13:13 52.0 15.250 L 13:13 13:13 19:03 25:25 31:46 38:0716 40.0 15:07 45.5 19.934 L 15:07 16:36 24:55 33:13 41:31 49:5018 45.0 17:00 40.5 25.111 L 17:00 20:55 31:23 41:51 52:19 62:4620 50.0 18:53 36.3 31.212 L 18:53 26:00 39:00 52:00 65:00 78:0024 63.0 22:40 30.2 45.033 L 22:40 37:31 56:17 75:03 93:49 112:35

Cuadro 5.6. Tiempo mínimo requerido para una caída de presión de 0.5 PSI (0.035 kg/cm2) enfunción de la longitud de prueba para Q = 0.000457 m3/min/m2

Diámetro deltubo

Tiempomínimo

Long.para

tiempomínimo

Tiempopara

longitudeslargas

Tiempo especificado para longitud (L) en min:seg

plg mm ócm

min:seg m seg 25 m 50 m 75 m 100 m 125 m 150 m

4 100 1:53 182.0 0.403 L 1:53 1:53 1:53 1:53 1:53 1:536 150 2:50 121.3 1.402 L 2:50 2:50 2:50 2:50 2:55 3:308 200 3:47 90.8 2.500 L 3:47 3:47 3:47 4:10 5:13 6:15

10 250 4:43 72.8 3.888 L 4:43 4:43 4:52 6:29 8:06 8:4312 300 5:40 60.7 5.602 L 5:40 5:40 7:00 9:20 11:40 14:0014 35.5 6:37 52.0 7.625 L 6:37 6:37 8:32 12:43 15:53 19:0416 40.0 7:34 45.5 9.967 L 7:34 8:18 12:28 16:37 20:46 24:5518 45.0 8:30 40.5 12.556 L 8:30 10:28 15:42 20:56 26:09 31:2320 50.0 9:27 36.3 15.606 L 9:27 13:00 19:30 26:00 32:30 39:0024 63.0 11:20 30.2 22.517 L 11:20 18:46 28:09 37:32 46:55 56:18

Ejemplo 5.1.

A).- Se tiene una línea de 12" de diámetro con una longitud de 125 m entre pozo y pozo de visita,sin descargas domiciliarias. ¿Cual es el tiempo de prueba requerido para una caída de presiónde 0.5 PSI ?

Solución: El tiempo de prueba requerido puede ser leido directamente del cuadro 5.6. y es de11 minutos, 40 segundos.

B).- ¿Cual será el tiempo de prueba requerido para una caída de presión de 1 PSI en una línea de95 m de longitud entre pozo y pozo de visita, con un diámetro nominal de 8"?

Solución: De la tabla 5.5. para tubería de 8" el tiempo de prueba para longitudes largas es igual a,5.000 L, sustituyendo la longitud resulta, 475 seg, (7 min, 55 seg)


5 - 17

5.4. Mantenimiento

Las tecnologías usadas actualmente para mantenimiento de las los sistemas de alcantarillado(concreto, A-C, PVC, etc.) se resume como sigue: (15)

1. Inspección periódicaVisualmente.Equipos de video. (TV)

2. Mantenimiento preventivo ( Calendarizado )LavadosLimpieza a alta presiónUtilización de varillasUtilización de cubetas o canjilones

3. Mantenimiento de emergencia ( Fuera de calendario )Limpieza a alta presiónVarillas: Desenraizadoras o cortadorasUso de cubetas o canjilones

Hoy en día, varios organismos operadores realizan mantenimiento de rutina en las tuberías dealcantarillado de PVC con limpiadores de alta presión.

La economía de éste tipo de mantenimiento es obvia cuando se compara contra el costo efectivode la limpieza con varillas. Sin embargo la limpieza a alta presión, en ocasiones, no es adecuadapara el mantenimiento de algunos alcantarillados construidos con materiales muy susceptibles a laintrusión de raíces. El alcantarillado de PVC no es vulnerable a la penetración de raíces y por estono requiere necesariamente de "varilleo".

Los alcantarillados de PVC prácticamente no requieren mantenimiento, sin embargo, no se lepuede considerar como la solución perfecta de todos los problemas de recolección de aguasresiduales, aunque las experiencias demuestran que puede resolver muchos problemas comunesde mantenimiento.

Quizá algunos de los otros métodos de limpieza nunca sean utilizados en el mantenimiento de losalcantarillados de PVC, aunque ninguna característica de éste material nos lleva a procedimientosde limpieza imprácticos o antieconómicos. En general, el sentido común prevalece en la limpiezadel alcantarillado de PVC. Los procedimientos de mantenimiento, cuando requeridos, son obvios ytrabajan bien.

Ningún reporte documentado ha sido recibido por parte de un organismo operador que demuestreproblemas de costos excepcionales en el mantenimiento de alcantarillados de PVC.Invariablemente, a largo plazo, el mantenimiento preventivo calendarizado prueba ser menoscostoso que el mantenimiento de emergencia.

El factor principal en el costo de mantenimiento de los alcantarillados se relaciona con la seleccióndel material - tubería - que no requiera mantenimiento excesivo o extensivo.

Muchos municipios están seleccionando materiales que aseguren costos de mantenimientorazonables y aceptables; el PVC satisface dichos requerimientos.


5 - 18

5.4.1. Equipo Hidroneumático de Limpieza (limpieza a alta presión)

Como se vio en el apartado anterior existen variados métodos de limpieza para el mantenimientode las líneas de alcantarillado con PVC. El método más recomendado para la limpieza y desazolvede las líneas con PVC es el equipo hidroneumático. Esto no significa que los equipos tradicionalesno funcionen con este tipo de alcantarillados sino que por las ventajas que presenta el equipohidroneumático tales como: extracción de lodos, limpieza con chorro a alta presión, su versatilidad ypor hacer la limpieza sin elementos cortantes que puedan dañar las paredes de la tubería, mejorarala efectividad del mantenimiento en el alcantarillado. La siguiente figura muestra un camión delimpieza a alta presión.

Fig. 5.14. Equipo de limpieza a Alta Presión (hidroneumático)

Capítulo 6

Bibliografía


6 - 1

6.- BIBLIOGRAFÍA.

(1) Anteproyecto de Norma. " Industria del Plástico, Tubo y Conexiones - Tubos de Poli(Cloruro de Vinilo), PVC sin plastificante, con Junta Hermética de Material Elastomérico;utilizados para Sistemas de Alcantarillado.1993. Comite Consultivo Nacional deNormalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Hidráulicos..Subcomite Nacional de Sistemas de Agua Potable y Alcantarillado. México.

(2) CNA. 1992. Lineamientos Técnicos para la elaboración de Estudios y Proyectos de AguaPotable y Alcantarillado Sanitario. México.

(3) Editors of Modern Plastics Encyclopedia. 1976. Guide to Plastics. EE. UU.

(4) Gieck, Kurt. 1981. Manual de Fórmulas Técnicas. México.

(5) ITP, 1991. Manual de construcción de sistemas para abastecimiento de agua potable contubería de PVC. Instituto de Tuberías Plásticas. México.

(6) L.E., Janson y J. Molin. 1991. Design and Installation of Buried Plastics Pipes. Suecia

(7) Lara G. Jorge Luis, 1991. Alcantarillado. Universidad Nacional Autónoma de México,Facultad de Ingeniería, División de Ingeniería Civil, Topográfica y Geodésica.Departamento de Ingeniería Sanitaria. México.

(8) Olver B., Fernando. 1986. Estructuración de Vías Terrestres. México

(9) Sotelo Avila, Gilberto. 1987. Hidráulica General, Volumen 1, Fundamentos. México.

(10) Sotelo Ávila, Gilberto. 1986. Apuntes de Hidráulica II. UNAM; Facultad de Ingeniería;División de Ingeniería Civil, Topografía y Geodésica; Departamento de Hidráulica. México.

(11) SRH. 1961. Mecánica de Suelos, Instructivo para ensaye de suelos. Dirección de Estudiosy Proyectos. Departamento de Ingeniería Experimental. México.

(12) Trueba Coronel, Samuel. 1956. Hidráulica. México.

(13) Tubos Flexibles, 1984. Criterios de Diseño para Abastecimiento de agua PotableEmpleando Tubería de PVC Duralón Anger. México.

(14) UNAM. 1988. Normas de Proyecto para Obras de Alcantarillado Sanitario en LocalidadesUrbanas de la República Mexicana. Facultad de Ingeniería. México.

(15) Unibell, 1981. Maintenance of PVC Sewer Pipe. Unibell Palstics Pipe Association. EE.UU.

(16) Unibell, 1990. Recommended Practice for Low-Pressure Air Testing of Installed SewerPipe. Unibell Plastics Pipe Association. UNI-B-6-90. EE. UU.

(17) Unibell. 1982. Handbook of PVC Pipe, Design and Construction. Unibell Plastics PipeAssociation. EE. UU.

(18) Wavin, KLS, B.V. 1982. Plastics Sewers. Holanda.

(19) Wavin. Ultra-Rib Desing Manual. OSMA, Wavin. England.

(20) Webber, N.B. 1969. Mecánica de Fluidos para Ingenieros. Londres, Inglaterra.

Anexo A1

Cuadros de Deflexión de laTubería Duradrén


A1 - 1

R E L A C I Ó N DE G R Á F I C A S

Página

Deflexión tubería Duradrén

Gráfica A1 - 1a. Tipo 41, DN 150 mm A1-2Gráfica A1 - 1b. Tipo 41, DN 150 mm (continuación) A1-2Gráfica A1 - 2a. Tipo 51, DN 150 mm A1-3Gráfica A1 - 2b. Tipo 51, DN 150 mm (continuación) A1-3Gráfica A1 - 3a. Tipo 41, DN 200 mm A1-4Gráfica A1 - 3b. Tipo 41, DN 200 mm (continuación) A1-4Gráfica A1 - 4a. Tipo 51, DN 200 mm A1-5Gráfica A1 - 4b. Tipo 51, DN 200 mm (continuación) A1-5Gráfica A1 - 5a. Tipo 41, DN 250 mm A1-6Gráfica A1 - 5b. Tipo 41, DN 250 mm (continuación) A1-6Gráfica A1 - 6a. Tipo 51, DN 250 mm A1-7Gráfica A1 - 6b. Tipo 51, DN 250 mm (continuación) A1-7Gráfica A1 - 7a. Tipo 41, DN 300 mm A1-8Gráfica A1 - 7b. Tipo 41, DN 300 mm (continuación) A1-8Gráfica A1 - 8a. Tipo 51, DN 300 mm A1-9Gráfica A1 - 8b. Tipo 51, DN 300 mm (continuación) A1-9Gráfica A1 - 9a. Serie 20, DN 35.5 cm A1-10Gráfica A1 - 9b. Serie 20, DN 35.5 cm (continuación) A1-10Gráfica A1 - 10a. Serie 25, DN 35.5 cm A1-11Gráfica A1 - 10b. Serie 25, DN 35.5 cm (continuación) A1-11Gráfica A1 - 11a. Serie 20, DN 40 cm A1-12Gráfica A1 - 11b. Serie 20, DN 40 cm (continuación) A1-12Gráfica A1 - 12a. Serie 25, DN 40 cm A1-13Gráfica A1 - 12b. Serie 25, DN 40 cm (continuación) A1-13Gráfica A1 - 13a. Serie 20, DN 45 cm A1-14Gráfica A1 - 13b. Serie 20, DN 45 cm (continuación) A1-14Gráfica A1 - 14a. Serie 25, DN 45 cm A1-15Gráfica A1 - 14b. Serie 25, DN 45 cm (continuación) A1-15Gráfica A1 - 15a. Serie 20, DN 50 cm A1-16Gráfica A1 - 15b. Serie 20, DN 50 cm (continuación) A1-16Gráfica A1 - 16a. Serie 25, DN 50 cm A1-17Gráfica A1 - 16b. Serie 25, DN 50 cm (continuación) A1-17Gráfica A1 - 17a. Serie 20, DN 63 cm A1-18Gráfica A1 - 17b. Serie 20, DN 63 cm (continuación) A1-18Gráfica A1 - 18a. Serie 25, DN 63 cm A1-19Gráfica A1 - 18b. Serie 25, DN 63 cm (continuación) A1-19

Nota: Las leyendas de las gráficas se componen de un número romano que corresponde a laclasificación de suelos especificada en el cuadro 4.4. del capítulo 4; el valor enporcentaje corresponde a la densidad Proctor.


A1 - 2

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1-1a. Deflexión tubería Duradrén Tipo 41, DN 150 mm

Deflexión %

Profundidad de enterramiento (m)

1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1-1b. Deflexión tubería Duradrén Tipo 41, DN 150 mm

Deflexión %



A1 - 3

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexi¢n %



A1 - 4

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 5

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1-4b. Deflexión tubería DuradrénTipo 51, DN 200 mm

Deflexión %



A1 - 6

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 7

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1-6a. Deflexión tubería Duradén Tipo 51, DN 250 mm

Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%



A1 - 8

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1-7b Deflexión tubería Duradrén Tipo 41, DN 300 mm

Deflexión

%



A1 - 9

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 8a. Deflexión tubería Duradrén Tipo 51, DN 300 mm

Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 8b. Deflexión tubería Duradrén Tipo 51, DN 300 mm

Deflexión

%



A1 - 10

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 9a. Deflexión tubería Duradrén Serie 20, DN 35.5 cm

Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 9b. Deflexión tubería Duradrén Serie 20, DN 35.5 cm

Deflexión

%



A1 - 11

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 10a. Deflexión tubería Duradrén Serie 25, DN 35.5 cm

Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 10b Deflexión tubería Duradén Serie 25, DN 35.5 cm

Deflexión

%



A1 - 12

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 11a. Deflexión tubería Duradrén Serie 20, DN 40 cm

Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 11b. Deflexión tubería Duradrén Serie 20, DN 40 cm

Deflexión %



A1 - 13

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión

%


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 12b. Deflexión tubería Duradrén Serie 25, DN 40 cm

Deflexión

%



A1 - 14

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 13a. Deflexión tubería DuradrénSerie 20, DN 45 cm

Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 13b. Deflexión tubería DuradrénSerie 20, DN 45 cm

Deflexión %



A1 - 15

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Gráfica A1 - 14a. Deflexión tubería DuradrénSerie 25, DN 45 cm

Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 16

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 17

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 18

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %



A1 - 19

0,1

1

10

I - 95% II - 90% II - 80% II - 70% III - 90%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


1

10

100

III - 80% III - 70% IV - 90% IV - 80% IV - 70%

0 1 2 3 4 5 6 7 8


Deflexión %


Anexo A2

Resistencia Química del PVC 1114


A2 - 1

Anexo A2. Resistencia Química de la tubería de PVC 1114(Fuente: Referencia (17) )

R = Resistente, C = Condicionado, N = No resistente

COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºC COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºCAceite de algodón R R Ácido láctico, 25% R RAceite de castor R R Ácido láurico R RAceite de coco R R Ácido linoléico R RAceite de linaza R R Ácido maléico R RAceite de maíz R R Ácido málico R RAceite de máquinas R R Ácido metilsulfónico R RAceite de oliva C - Ácido nicotínico R RAceite de silicón R N Ácido nítrico, 0-50% R CAceite mineral R R Ácido nítrico, 60 % R CAceite para corte de roscas R - Ácido nítrico, 70 % R CAceite para motor R R Ácido nítrico, 80 % C CAceite vegetal R R Ácido nítrico, 90 % C NAceites y grasas R R Ácido nítrico, 100 % N NAceites lubricantes R R Ácido nítrico, vapores N NAcetamina - - Ácidos nítrico y sulfúrico, mezclados R RAcetato butílico N N Ácido nitroso R CAcetato de metilo N N Ácido oléico R RAcetato de vinilo N N Ácido oxálico R RAcetilaldehido N N Ácido palmítico, 70 % R NAcetilaldehido, aq 40% C N Ácido palmítico, 10 % R RAcetileno C C Ácido peracético, 40 % R NAcetona N N Ácido perclórico, 10 % R CÁcido acético, glacial R N Ácido perclórico, 70 % R NÁcido acético, vapor R R Ácido pícrico N NÁcido acético 20% R R Ácido pirogálico C CÁcido acético 80% R R Ácido salicílico R RÁcido adípico R R Ácido selénico R RÁcido aril-sulfónico R R Ácido silícico R RÁcido arsénico 80 % R R Ácido sulfónico de antraquinona R RÁcido bencensulfónico N N Ácido sulfúrico, 70-90% R CÁcido bencensulfónico 10% R R Ácido sulfúrico, 90-100% C NÁcido benzóico R R Ácido sulfúrico, hasta 70% R RÁcido Bórico R R Ácido sulfuroso C NÁcido bromhídrico, 20% R R Ácido tánico R RÁcido Brómico R R Ácido tartárico R RÁcido butírico R N Ácido tricloroacético R RÁcido cianhídrico R R Ácidos grasos R RÁcido cítrico R R Agua, normal R RÁcido cloracético R R Agua de mar R RÁcido clorhídrico, 20% R R Agua destilada R RÁcido clorhídrico R R Agua mineral R RÁcido clorosulfónico R N Agua regia C NÁcido Crecílico, 50 % R R Agua salada R RÁcido crómico, 30 % R C Aguas residuales residenciales R RÁcido crómico, 40 % R C Alcohol alílico R RÁcido crómico, 50 % N N Alcohol benzílico N NÁcido crómico, 10 % R R Alcohol butil (2-butanol) R NÁcido diglicólico R R Alcohol butil (n-butanol) R RÁcido esteárico R R Alcohol etílico R RÁcido fluorbórico, 25% R R Alcohol hexílico R RÁcido fluorhídrico, 10% R C Alcohol isopropil (2-propanol) R RÁcido fluorhídrico, 60% R C Alcohol Metílico R RÁcido fluorhídrico, 100% R C Alcohol Propil (1-propanol) R RÁcido fluorsilícico R R Alidas de etileno N NÁcido fórmico R N Almidón R RÁcido fosfórico R R Alquil xantato de potasio R NÁcido ftálico C C Alumbre R RÁcido gálico R R Amil acetato N NÁcido glicólico R R Amil cloruro N NÁcido hipocloroso R R Amonia , líquido N N

Anexo A2. Resistencia Química de la tubería de PVC 1114 (continuación)


A2 - 2

(Fuente: Referencia (17) )R = Resistente, C = Condicionado, N = No resistente

COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºC COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºCAmonia, gas R R Dimetil formamida N NAmonia, aq R R Dimetilamina R RAnhídrido acético N N Dioctilftalato (DOP) N NAnilina N N Dioxano-1,4 N NAntraquinona R R Dióxido de azufre, húmedo R CAzúcares, aq R R Dióxido de azufre, seco R RAzufre R R Dióxido de carbono R RBenceno N N Dióxido de carbono, aq R RBenzaldehido > 10 % N N Éteres N NBenzaldehido 10% R N Etil alidas N NBisulfuro de carbono N N Etil ester N NBorax R R Fenil carbinol N NBromo, gas 25% R R Fenil hidracina N NBromo, aq R R Fenil hidracina, ácida C NBromo líquido N N Fenol C NBromuro de metileno N N Fluorina, gas seco C NBromuro de metilo N N Fluorina, gas húmeda C NButadina R R Fluoruro de amonio, 25% R CButanodiol R R Formaldehido R RButantetrol (eritritol) R N Fosfato disódico R RButileno R R Fósforo, amarillo R CButilfenol R N Fósforo, rojo R RCal sulfurada R R Fosgeno, gas R CCaseina R R Fosgeno, líquido N NCelosolve R C Freón, F21, F22 N NCerveza R R Freón, F11, F12, F113, F114 R RCetonas N N Gas de coque R RCiclohexáno N N Gas de hulla, Manuf. N NCiclohexanol N N Gas natural, metano R RCiclohexanona N N Gasolinas C CCloramina R - Gelatina R RClorato de sodio R C Glicerina (glicerol) R RClorhidrato de anilina N N Glicol de etileno R RClorito de sodio R R Glicoles R RCloro, gas, seco C N Grasa de cerdo R RCloro, gas, húmedo N N Heptano R RCloro, líquido N N Hexano R CCloro Activo 12.5 % R R Hidracina N NCloro Activo 5.5 % R R Hidrógeno R RCloro acuoso R R Hidroquinona R RCloro benceno N N Hidróxido de calcio R RCloroformo N N Hipoclorito de calcio R RClorotionil N N Iodo alcalino N NCloruro ácido de anilina N N Iodo aq 10% N NCloruro Alílico N N Iodo en KI, 3% aq C NCloruro de clorobenzil N N Ioduro de metileno N NCloruro de metileno N N Jabones R RCloruro de metilo N N Jabones metálicos, aq R RCloruro estánnico R R Jarabes R RCloruro estañoso R R Keroseno R RCombustible Jet, JP4, JP5 R R Lauril clorado R RCombustibles Diesel R R Lauril sulfatado R RCresol N N Leche R RDetergentes, aq R R Licor de papel Kraft R RDibutil sebacato C N Licor de remolacha R RDibutilftalato N N Licor de sulfito R RDiclorobenceno N N Licor negro de papel R RDicloroetileno N N Licor verde de papel R RDicromáto de sodio, ácido R R Licores R RDietil-amina N N Licores de caña de azúcar R R

Anexo A2. Resistencia Química de la tubería de PVC 1114 (continuación)(Fuente: Referencia (17) )


A2 - 3

R = Resistente, C = Condicionado, N = No resistente

COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºC COMPUESTO QUÍMICO 22.8ºC 60.0ºCLicores de tanino R R Sales de cobre, aq R RMelaza R R Sales de litio R RMercurio R R Sales de magnesio R RMetano R R Sales de mercurio R RMetil ciclohexano N N Sales de niquel R RMetil cloroformo N N Sales de plata R RMetil metacrilato R - Sales de plomo R RMetil salicilato R R Sales de potasio, aq R RMiel de maíz R R Sales de sodio, aq R RMonoclorobenceno N N Sales de zinc R RMonoetanolamina N N Sales diazoicas R RMonóxido de carbono R R Sales férricas R RNafta R R Salicilaldehido C CNaftaleno N N Soluciones platinadas R CNicotina R R Sosa cáustica (hidróxido de sodio) R RNitrobenceno N N Sulfato Hidroxilamina R RNitroglicerina N N Sulfato de manganeso R RNitroglicol N N Sulfato de metilo R CNitropropano C C Sulfuro de hidrógeno, aq R RÓleum N N Sulfuro de hidrógeno, seco R ROrina R R Tall oil (Deriv. pulpa madera) R RÓxido de etileno N N Terpiniol C CÓxido de mesitilo N N Tetracloroetano C CÓxido de propileno N N Tetracloruro de carbono R NÓxido nitroso, gas R C Tetracloruro de titanio C NOxígeno, gas R R Tetraetilo de plomo R COzono, gas R C Tetrahidrofurano N NParafina R R Thiner para laqueado C NPegamento de origen animal R R Tintes de anilina N NPentano C C Tolueno N NPentóxido de fósforo R C Trementina (aguarrás) R RPercloroetileno C C Tributil de citrato R -Permanganato de potasio, 25% C C Tributil de fosfato N NPeróxido de Hidrógeno, 50% R R Tricloroetileno N NPeróxido de Hidrógeno, 90% R R Tricloruro de antimonio R RPetróleo C N Tricloruro de fósforo N NPetróleo, sulfuroso R R Tricresil fosfato N NPetróleo, refinado R R Trietanolamina R CPetróleo crudo R R Trietilamina R RPiridina N N Trifloruro de boro R RPotasa cáustica (hidróxido de potasio) R R

Trimetilpropano R C

Propano R R Trióxido de Azufre, húmedo R CPropileno diclorado N N Trióxido de azufre,gas,seco R RPropilglicol R R Urea R RPulpas y jugos de frutas R R Vaselina N NQuímicos fotográficos, aq R R Vinagre R RSales de amonia, excepto fluoruro R R Vinos R RSales de Bario R R Whiskey R RSales de calcio, aq R R Xileno N N

Nota: Los datos de resistencia química se dan únicamente como referencia. La información está basadaprincipalmente en la inmersión de probetas en las diferentes sustancias y en menor grado en experienciasde campo.

Anexo A3

Tablas Complementarias

Tubos Flexibles, S.A. de C.V: Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC

A3-1

Anexo A3.1. Tabla de datos para cálculos hidráulicos a tubolleno (Fórmula de Manning n=0.009 )

DiámetroNominal

(mm ó cm)

DiámetroInterno

Promedio( mm )

ÁreaHidráulica

(m2 )

RadioHidráulico

[Rh] ( m )

Rh2/3

( - )

KRh2/3 / n

( - )

Tipo 35150 149.54 0.01756 0.03738 0.11180 12.42288200 200.39 0.03153 0.05009 0.13588 15.09819250 250.54 0.04929 0.06263 0.15771 17.52316300 298.19 0.06983 0.07454 0.17712 19.67964

Tipo 41150 151.01 0.01791 0.03775 0.11254 12.50416200 202.28 0.03214 0.05057 0.13675 15.19449250 252.85 0.05021 0.06321 0.15868 17.63164300 301.13 0.07122 0.07528 0.17829 19.81011

Tipo 51150 152.69 0.01831 0.03817 0.11337 12.59673200 204.38 0.03281 0.05110 0.13770 15.29947250 255.58 0.05130 0.06390 0.15982 17.75833300 304.28 0.07272 0.07607 0.17953 19.94802

Tipo 16.516.0 150.15 0.01770 0.03754 0.11211 12.4566420.0 187.70 0.02767 0.04693 0.13010 14.4553025.0 234.90 0.04333 0.05873 0.15108 16.7869931.5 295.95 0.06879 0.07399 0.17624 19.5822735.5 333.55 0.08737 0.08339 0.19087 21.2076040.0 375.80 0.11091 0.09395 0.20666 22.9626545.0 422.90 0.14046 0.10573 0.22359 24.8433050.0 469.85 0.17338 0.11746 0.23985 26.6495863.0 592.15 0.27539 0.14804 0.27984 31.09367

Serie 2016.0 151.65 0.01806 0.03791 0.11286 12.5394720.0 189.80 0.02829 0.04745 0.13107 14.5629125.0 237.20 0.04418 0.05930 0.15207 16.8963931.5 299.05 0.07023 0.07476 0.17747 19.7187835.5 337.05 0.08922 0.08426 0.19220 21.3557040.0 379.80 0.11329 0.09495 0.20813 23.1253045.0 427.40 0.14347 0.10685 0.22517 25.0192250.0 474.75 0.17702 0.11869 0.24151 26.8345463.0 598.45 0.28128 0.14961 0.28182 31.31382

Serie 2516.0 153.35 0.01846 0.03834 0.11370 12.6330120.0 191.90 0.02892 0.04798 0.13203 14.6701425.0 239.90 0.04520 0.05998 0.15322 17.0243731.5 302.25 0.07175 0.07556 0.17873 19.8592035.5 340.65 0.09114 0.08516 0.19357 21.5074940.0 384.00 0.11581 0.09600 0.20966 23.2954845.0 431.90 0.14651 0.10797 0.22675 25.1945350.0 479.95 0.18092 0.11999 0.24327 27.0301363.0 604.65 0.28714 0.15116 0.28377 31.52973


A3-2

Anexo A3.2. Tabla de Pendientes (S1/2 )

Pendiente [S]mm % m/m S1/2 mm % m/m S1/2 mm % m/m S1/2

1 0.1 0.001 0.03162 31 3.1 0.031 0.17607 61 6.1 0.061 0.246982 0.2 0.002 0.04472 32 3.2 0.032 0.17889 62 6.2 0.062 0.249003 0.3 0.003 0.05477 33 3.3 0.033 0.18166 63 6.3 0.063 0.251004 0.4 0.004 0.06325 34 3.4 0.034 0.18439 64 6.4 0.064 0.252985 0.5 0.005 0.07071 35 3.5 0.035 0.18708 65 6.5 0.065 0.254956 0.6 0.006 0.07746 36 3.6 0.036 0.18974 66 6.6 0.066 0.256907 0.7 0.007 0.08367 37 3.7 0.037 0.19235 67 6.7 0.067 0.258848 0.8 0.008 0.08944 38 3.8 0.038 0.19494 68 6.8 0.068 0.260779 0.9 0.009 0.09487 39 3.9 0.039 0.19748 69 6.9 0.069 0.26268

10 1.0 0.010 0.10000 40 4.0 0.040 0.20000 70 7.0 0.070 0.2645811 1.1 0.011 0.10488 41 4.1 0.041 0.20248 71 7.1 0.071 0.2664612 1.2 0.012 0.10954 42 4.2 0.042 0.20494 72 7.2 0.072 0.2683313 1.3 0.013 0.11402 43 4.3 0.043 0.20736 73 7.3 0.073 0.2701914 1.4 0.014 0.11832 44 4.4 0.044 0.20976 74 7.4 0.074 0.2720315 1.5 0.015 0.12247 45 4.5 0.045 0.21213 75 7.5 0.075 0.2738616 1.6 0.016 0.12649 46 4.6 0.046 0.21448 76 7.6 0.076 0.2756817 1.7 0.017 0.13038 47 4.7 0.047 0.21679 77 7.7 0.077 0.2774918 1.8 0.018 0.13416 48 4.8 0.048 0.21909 78 7.8 0.078 0.2792819 1.9 0.019 0.13784 49 4.9 0.049 0.22136 79 7.9 0.079 0.2810720 2.0 0.020 0.14142 50 5.0 0.050 0.22361 80 8.0 0.080 0.2828421 2.1 0.021 0.14491 51 5.1 0.051 0.22583 81 8.1 0.081 0.2846022 2.2 0.022 0.14832 52 5.2 0.052 0.22804 82 8.2 0.082 0.2863623 2.3 0.023 0.15166 53 5.3 0.053 0.23022 83 8.3 0.083 0.2881024 2.4 0.024 0.15492 54 5.4 0.054 0.23238 84 8.4 0.084 0.2898325 2.5 0.025 0.15811 55 5.5 0.055 0.23452 85 8.5 0.085 0.2915526 2.6 0.026 0.16125 56 5.6 0.056 0.23664 86 8.6 0.086 0.2932627 2.7 0.027 0.16432 57 5.7 0.057 0.23875 87 8.7 0.087 0.2949628 2.8 0.028 0.16733 58 5.8 0.058 0.24083 88 8.8 0.088 0.2966529 2.9 0.029 0.17029 59 5.9 0.059 0.24290 89 8.9 0.089 0.2983330 3.0 0.030 0.17321 60 6.0 0.060 0.24495 90 9.0 0.090 0.30000


A3-3

Anexo A3.3. Relaciones para tuberías según el grado de llenado (d/D)

Llenado

d/D

Áreas

Ap/At

RadioHidráulicoRhp/Rht

Velocidad

Vp/Vt

Gasto

Qp/Qt

Llenado

d/D

Áreas

Ap/At

RadioHidráulicoRhp/Rht

Velocidad

Vp/Vt

Gasto

Qp/Qt0.01 0.0017 0.0265 0.0890 0.0002 0.51 0.5127 1.0126 1.0084 0.51700.02 0.0048 0.0528 0.1408 0.0007 0.52 0.5255 1.0248 1.0165 0.53410.03 0.0087 0.0789 0.1839 0.0016 0.53 0.5382 1.0367 1.0243 0.55130.04 0.0134 0.1047 0.2221 0.0030 0.54 0.5509 1.0483 1.0319 0.56850.05 0.0187 0.1302 0.2569 0.0048 0.55 0.5636 1.0595 1.0393 0.58570.06 0.0245 0.1555 0.2892 0.0071 0.56 0.5762 1.0704 1.0464 0.60300.07 0.0308 0.1805 0.3194 0.0098 0.57 0.5888 1.0810 1.0533 0.62020.08 0.0375 0.2053 0.3480 0.0130 0.58 0.6014 1.0912 1.0599 0.63750.09 0.0446 0.2298 0.3752 0.0167 0.59 0.6140 1.1011 1.0663 0.65470.10 0.0520 0.2541 0.4012 0.0209 0.60 0.6265 1.1106 1.0724 0.67180.11 0.0598 0.2781 0.4260 0.0255 0.61 0.6389 1.1197 1.0783 0.68890.12 0.0680 0.3018 0.4500 0.0306 0.62 0.6513 1.1285 1.0839 0.70600.13 0.0764 0.3253 0.4730 0.0361 0.63 0.6636 1.1369 1.0893 0.72290.14 0.0851 0.3485 0.4953 0.0421 0.64 0.6759 1.1449 1.0944 0.73970.15 0.0941 0.3715 0.5168 0.0486 0.65 0.6881 1.1526 1.0993 0.75640.16 0.1033 0.3942 0.5376 0.0555 0.66 0.7002 1.1599 1.1039 0.77290.17 0.1127 0.4166 0.5578 0.0629 0.67 0.7122 1.1667 1.1083 0.78930.18 0.1224 0.4388 0.5775 0.0707 0.68 0.7241 1.1732 1.1124 0.80550.19 0.1323 0.4607 0.5965 0.0789 0.69 0.7360 1.1793 1.1162 0.82150.20 0.1424 0.4824 0.6151 0.0876 0.70 0.7477 1.1849 1.1198 0.83720.21 0.1527 0.5037 0.6331 0.0966 0.71 0.7593 1.1902 1.1231 0.85270.22 0.1631 0.5248 0.6507 0.1061 0.72 0.7708 1.1950 1.1261 0.86800.23 0.1738 0.5457 0.6678 0.1160 0.73 0.7822 1.1994 1.1288 0.88290.24 0.1845 0.5662 0.6844 0.1263 0.74 0.7934 1.2033 1.1313 0.89760.25 0.1955 0.5865 0.7007 0.1370 0.75 0.8045 1.2067 1.1335 0.91190.26 0.2066 0.6065 0.7165 0.1480 0.76 0.8155 1.2097 1.1353 0.92580.27 0.2178 0.6262 0.7320 0.1595 0.77 0.8262 1.2123 1.1369 0.93940.28 0.2292 0.6457 0.7471 0.1712 0.78 0.8369 1.2143 1.1382 0.95250.29 0.2407 0.6649 0.7618 0.1834 0.79 0.8473 1.2158 1.1391 0.96520.30 0.2523 0.6838 0.7761 0.1958 0.80 0.8576 1.2168 1.1397 0.97750.31 0.2640 0.7024 0.7902 0.2086 0.81 0.8677 1.2172 1.1400 0.98920.32 0.2759 0.7207 0.8038 0.2218 0.82 0.8776 1.2171 1.1399 1.00040.33 0.2878 0.7387 0.8172 0.2352 0.83 0.8873 1.2164 1.1395 1.01100.34 0.2998 0.7565 0.8302 0.2489 0.84 0.8967 1.2150 1.1387 1.02110.35 0.3119 0.7740 0.8430 0.2629 0.85 0.9059 1.2131 1.1374 1.03040.36 0.3241 0.7911 0.8554 0.2772 0.86 0.9149 1.2104 1.1358 1.03910.37 0.3364 0.8080 0.8675 0.2918 0.87 0.9236 1.2071 1.1337 1.04710.38 0.3487 0.8246 0.8794 0.3066 0.88 0.9320 1.2029 1.1311 1.05420.39 0.3611 0.8409 0.8909 0.3217 0.89 0.9402 1.1980 1.1280 1.06050.40 0.3735 0.8569 0.9022 0.3370 0.90 0.9480 1.1921 1.1243 1.06580.41 0.3860 0.8726 0.9132 0.3525 0.91 0.9554 1.1853 1.1200 1.07010.42 0.3986 0.8880 0.9239 0.3682 0.92 0.9625 1.1775 1.1151 1.07330.43 0.4112 0.9031 0.9343 0.3842 0.93 0.9692 1.1684 1.1093 1.07520.44 0.4238 0.9179 0.9445 0.4003 0.94 0.9755 1.1579 1.1027 1.07570.45 0.4364 0.9323 0.9544 0.4165 0.95 0.9813 1.1458 1.0950 1.07450.46 0.4491 0.9465 0.9640 0.4330 0.96 0.9866 1.1316 1.0859 1.07140.47 0.4618 0.9604 0.9734 0.4495 0.97 0.9913 1.1148 1.0751 1.06570.48 0.4745 0.9739 0.9825 0.4662 0.98 0.9952 1.0941 1.0618 1.05670.49 0.4873 0.9871 0.9914 0.4831 0.99 0.9983 1.0663 1.0437 1.04200.50 0.5000 1.0000 1.0000 0.5000 1.00 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000


A3-4

Anexo A3.4. Tablas de conversiones

Unidades de PresiónPa (= N/m2 ) N/mm2

(MPa)bar kgf/cm2 Torr PSI

1 Pa = 1 N/m2 1 10-6 10-5 1.02× 10-5 0.0075 1.45× 10-4

1 N/mm2 =1MPa

106 1 105 10.2 7.5× 103 144.991

1 bar 105 0.1 1 1.02 750 14.4991 kgf/cm2 98,100 9.81× 10-2 0.981 1 736 14.22331 Torr 133 0.133× 10-3 1.33× 10-3 1.36× 10-3 1 0.0191 PSI 6,897.134 6.897× 10-3 6.897× 10-2 0.07031 51.746 1

Unidades de Longitudplg pie yd mm m km

1 plg (in) 1 0.08333 002778 25.4 0.0254 -1 pie (ft) 12 1 0.333 304.8 0.3048 -1 yd 36 3 1 914.4 0.9144 -1 mm 0.03937 3,281× 10-6 1,094× 10-6 1 0.001 10-6

1 m 39.37 3.281 1.094 1,000 1 0.0011 km 39,370 3,281 1,094 106 1,000 1

Unidades de Áreaplg2 pie2 yd2 cm2 dm2 m2

1 plg2 1 - - 6.452 0.06452 64.5× 10-5

1 pie2 144 1 0.1111 929 9.29 0.09291 yd2 1,296 9 1 8,361 83.61 0.83611 cm2 0.155 - - 1 0.01 0.00011 dm2 15.5 0.1076 0.01196 100 1 0.011 m2 1,550 10.76 1.196 10,000 100 1

Unidades de Volumenplg3 pie3 yd3 cm3 dm3 (litros) m3

1 plg3 1 - - 16.39 0.01639 -1 pie3 1,728 1 0.037 28,320 28.32 0.02831 yd3 46,656 27 1 765,400 - -1 cm3 0.06102 3,531× 10-8 1.31× 10-6 1 0.001 10-6

1 dm3 (litros) 61.02 0.03531 0.00131 1,000 1 0.0011 m3 61,023 3,531 130.7 106 1,000 1

Unidades de Masadram oz lb g kg Mg (ton)

1 dram 1 0.0625 0.003906 1.772 0.00177 -1 oz 16 1 0.0625 28.35 0.02835 -1 lb 256 16 1 453.6 0.4536 -1 g 0.5644 0.03527 0.002205 1 0.001 10-6

1 kg 564.4 35.27 2.205 1,000 1 0.0011 Mg (ton) 564.4× 103 35,270 2,205 106 1,000 1

Otras unidades:1 milla terrestre = 1,609 m = 1.609 km1 galón (EE.UU.) = 3.785 dm3 (litros)1 LPS = 15.85 GPM

Engineering

2.0 criterios de-diseno-de-redes-de-alcantarillado