Comisión Nacional del Agua

MANUAL DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO

GUÍA PARA LA SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE TUBERÍA DE

FIBROCEMENTO PARA AGUA POTABLE

Diciembre de 2007

www.cna.gob.mx

ADVERTENCIA Se autoriza la reproducción sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente. Esta publicación forma parte de los productos generados por la Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento, cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Gerencia de Cuencas Transfronterizas de la Comisión Nacional del Agua. Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Edición 2007 ISBN: 978-968-817-880-5 Autor: Comisión Nacional del Agua Insurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El Bajo C.P. 04340, Coyoacán, México, D.F. Tel. (55) 5174-4000 www.cna.gob.mx Editor: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaña, C.P 14210, Tlalpan, México, D.F. Impreso en México Distribución gratuita. Prohibida su venta .

Comisión Nacional del Agua Ing. José Luis Luege Tamargo Director General Ing. Marco Antonio Velázquez Holguín Coordinador de Asesores de la Dirección General Ing. Raúl Alberto Navarro Garza Subdirector General de Administración Lic. Roberto Anaya Moreno Subdirector General de Administración del Agua Ing. José Ramón Ardavín Ituarte Subdirector General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Ing. Sergio Soto Priante Subdirector General de Infraestructura Hidroagrícola Lic. Jesús Becerra Pedrote Subdirector General Jurídico Ing. José Antonio Rodríguez Tirado Subdirector General de Programación Dr. Felipe Ignacio Arreguín Cortés Subdirector General Técnico Lic. René Francisco Bolio Halloran Coordinador General de Atención de Emergencias y Consejos de Cuenca M.C.C. Heidi Storsberg Montes Coordinadora General de Atención Institucional, Comunicación y Cultura del Agua Lic. Mario Alberto Rodríguez Pérez Coordinador General de Revisión y Liquidación Fiscal Dr. Michel Rosengaus Moshinsky Coordinador General del Servicio Meteorológico Nacional C. Rafael Reyes Guerra Titular del Órgano Interno de Control Responsable de la publicación: Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento

Coordinador a cargo del proyecto: Ing. Eduardo Martínez Oliver Subgerente de Normalización La Comisión Nacional del Agua contrató la Edición 2007 de los Manuales con el

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA según convenio CNA-IMTA-SGT-GINT-001-2007 (Proyecto HC0758.3) del 2 de julio de 2007 Participaron:

Dr. Velitchko G. Tzatchkov M. I. Ignacio A. Caldiño Villagómez

CONTENIDO Página

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................1 1 SELECCIÓN DE TUBERÍA DE FIBROCEMENTO PARA CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE........................................................................................................2 1.1. DISEÑO................................................................................................................2 1.1.1 Resistencia y factores de diseño........................................................................2 1.1.2 Teoría de Cargas combinadas ...........................................................................2 1.2. CARGAS EXTERNAS..........................................................................................4 1.2.1 Cargas Externas.................................................................................................4 1.2.2 Cargas de tierra..................................................................................................5 1.2.3 Cargas sobrepuestas .........................................................................................7 1.3. PRESIÓN HIDROSTÁTICA INTERNA...............................................................11 1.3.1 Presión de trabajo ............................................................................................11 1.3.2 Presión oscilatoria ............................................................................................12 1.3.3 Sistemas de bombeo........................................................................................14 1.3.4 Sistemas de gravedad......................................................................................15 2 EJEMPLOS DE APLICACIÓN...............................................................................17 2.1. CÁLCULO PARA DETERMINAR LA CARGA DE TIERRA SOBRE EL TUBO ..17 2.1.1 Ejemplo para condición de zanja......................................................................17 2.2. CÁLCULO PARA DETERMINAR LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA INTERNA ....17 2.2.1 Cálculo para determinar el diámetro del tubo...................................................17 2.2.2 Cálculo de diámetro del tubo y la presión interior de trabajo............................20 2.3. CÁLCULO PARA DETERMINAR LAS SOBREPRESIONES.............................21 2.3.1 Determinar la sobrepresión ..............................................................................21 2.3.2 Cálculo para determinar el tiempo de cierre de una válvula.............................22 3 TRANSPORTE, RECEPCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL MATERIAL EN OBRA ....24 3.1. TRANSPORTE...................................................................................................24 3.2. RECEPCIÓN......................................................................................................24 3.3. DISTRIBUCIÓN EN OBRA.................................................................................25 4 INSTALACIÓN.......................................................................................................26 4.1. PROFUNDIDAD DE LA ZANJA .........................................................................26 4.2. ANCHO DE ZANJA ............................................................................................26 4.3. PLANTILLA O CAMA .........................................................................................26 4.4. INSTALACIÓN ...................................................................................................28 4.4.1 Bajado de los tubos a la zanja..........................................................................28 4.4.2 Instalación de la tubería ...................................................................................29 5 REPARACIONES ..................................................................................................37 5.1. CORTES Y TORNEADO DE TUBOS EN OBRA ...............................................37 6 CRUCEROS Y ATRAQUES ..................................................................................41 7 PRUEBA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA .............................................................42 7.1. PROCEDIMIENTO DE PRUEBA Y EQUIPO .....................................................42 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................45 ÁPENDICE A ............................................................................................................46

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INTRODUCCIÓN La presente Guía tiene como objetivo principal establecer los procedimientos para la selección de tubería de fibrocemento para conducción de agua potable de acuerdo con las condiciones de trabajo y a las cargas de diseño a las que esta expuesta la tubería y servirá como apoyo para que los ingenieros de proyectos de sistemas de agua potable cuenten con los elementos suficientes que les permita seleccionar en forma adecuada la tubería de fibrocemento para la conducción de agua potable. Asimismo se ha recopilado el material y las normas actualizadas, tanto a nivel nacional como extranjeras, relacionadas con tuberías de fibrocemento, para establecer las recomendaciones pertinentes y lograr una adecuada selección así como un buen diseño e instalación de dicha tubería, para con ello hacer homogéneos los criterios mencionados anteriormente.

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1.SELECCIÓN DE TUBERÍA DE FIBROCEMENTO PARA CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE 1.1.DISEÑO 1.1.1.Resistencia y factores de diseño La resistencia del tubo de distribución de fibrocemento debe ser suficiente para soportar las fuerzas combinadas de todos los tipos de cargas externas (muertas, vivas e impacto). Una práctica de ingeniería requiere de factores de seguridad adecuados que se apliquen a los requisitos de resistencia para garantizar su desempeño bajo condiciones ideales o de carga calculada. Las condiciones de relleno descritas a continuación se consideran representativas de las condiciones típicas de instalación que se encuentran en campo (ver figura 1.1). Clase A Relleno de cama o arco de concreto. Clase B Relleno de primera clase. Clase C Relleno ordinario. Clase D Zanja con fondo plano, relleno no permisible. 1.1.2.Teoría de Cargas combinadas Las pruebas a los tubos de fibrocemento bajo diferentes combinaciones de presión interna y carga externa por compresión (prueba de tres apoyos) muestran que hay una relación entre las cargas combinadas en el punto de fractura del tubo. Esta relación puede representarse como una curva parabólica (ver figura 1.2). La ecuación para la curva parabólica de la presión por carga, conocida como fórmula de Schlick, se expresa como sigue:

P

P-PW = T

TW (1)

donde: WT Carga externa en kgf/m aplicada en tres apoyos, que en combinación con una presión interna (PT) fracturará el tubo. W Carga externa en kgf/m en la prueba de tres apoyos, a la que aplastará el tubo, cuando no exista alguna presión interna. P Presión interna en kgf/cm2 a la que reventará el tubo cuando no exista alguna carga externa. PT Presión interna en kgf/cm2 que en combinación de una carga externa (WT) aplicada como en la prueba de tres apoyos, fracturará el tubo.

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Figura 1.1 Clases de alojamiento para conductos en zanja

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W

P

Wt

Pt

OP representa la presion interna, W la carga externa

Figura 1.2. Curva de la presión de carga

1.2.CARGAS EXTERNAS 1.2.1.Cargas Externas Para el diseño del tubo de fibrocemento, las cargas externas WT están definidas por la siguiente fórmula:

SE

SE T F

FWW

= W+

(2)

donde: WT Carga externa total en kilogramos fuerza por metro lineal de tubo, aplicada en tres apoyos, que en combinación con una presión interna (PT ), fracturará el tubo. WE Carga de tierra total en kilogramos por metro lineal, al que está sujeto el tubo. La magnitud de esta carga es una función directa de las condiciones de enterrado encontradas o especificadas (zanja, terraplén). WS Sobrecarga total en kilogramos por metro lineal de tubo, transmitida a través de las condiciones del relleno del tubo, por ningún otro medio que la tierra. Estas cargas pueden ser estáticas, dinámicas o una combinación de ambas. FE Factor asociado con las condiciones específicas de encamado (ver figura 1.1). FS Factor de seguridad para diseño, para tubos de fibrocemento se recomienda un factor mínimo de 1.5.

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1.2.2.Cargas de tierra Las cargas de Tierra (WE), a las que está sometido el tubo, están en función de la compactación del suelo, del diámetro del tubo, de la profundidad de la zanja y de las técnicas de construcción usadas en el tendido de la tubería. Estas dependen del peso del prisma de tierra directamente sobre el tubo y las fuerzas interiores de esfuerzo cortante, positivas o negativas, transferidas al interior de ese prisma por los prismas de tierra exteriores adyacentes. La magnitud de las cargas de tierra varían según la técnica de construcción empleada. Existen diferentes técnicas de construcción, la principal es la de zanja, existen otros métodos de construcción como son las técnicas de terraplén y la condición de túnel, la cual no es muy común, por lo que no se incluye en este documento. La figura 1.3 muestra la clasificación de zanjas.

Figura 1.3. Clasificación de las técnicas de construcción Para el diseño del tubo de fibrocemento, la carga de tierra calculada con la fórmula general de Marston es:

W C We BE = 2 (3) donde: WE Carga total de tierra trasmitida al tubo en kilogramos por metro lineal de tubería.

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C Coeficiente que depende de: - La relación de la altura del relleno del ancho de la zanja o diámetro externo del tubo (H/Bd, H/BB

d

c) - Las fuerzas cortantes entre el prisma interior y los adyacentes, y - La dirección y cantidad del asentamiento relativo entre los prismas interiores y exteriores para condiciones de terraplén. Los cálculos utilizados para encontrar el valor de los coeficientes dependerán de las condiciones utilizadas en el tendido del tubo. We Peso especifico del relleno en kilogramos por metro cúbico. El peso especifico varia de 1600 a 2200 kilogramos por metro cúbico. Se recomienda, en ausencia de información, utilizar 2000 kilogramos por metro cúbico para diseñar la tubería de fibrocemento. B Ancho de la zanja o diámetro del tubo en metros. El valor empleado depende de las condiciones de instalación en el tendido de la tubería. Para calcular las cargas de tierra por la fórmula (3) para las principales técnicas de construcción mencionadas, deberán determinarse los valores de B y C. A continuación se describe el método (condición de zanja) para encontrar los valores necesarios para utilizar la fórmula de Marston para la carga del relleno de tierra. Se incluye únicamente la condición de zanja, ya que comúnmente es la más usada en nuestro medio. a) Condición de zanja Se define como aquélla en la que el tubo se instala en una zanja angosta, generalmente menor de dos a tres veces el diámetro del tubo, excavada en tierra no removida y rellena hasta el nivel del terreno original, como se ilustra en la figura 1.3. Para esta condición la fórmula (3) se transforma en:

W C We BE d = 2 (4) donde: WE Carga total de tierra trasmitida al tubo en kilogramos por metro lineal de tubería. Cd Coeficiente de carga en función de la relación H/Bd We Peso especifico del terreno en kg/m3

Bd Ancho de la zanja en metros, medida en la corona del tubo.

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Los valores de Cd se obtienen de la figura 1.4 en que las curvas A, B, C, D y E toman en cuenta un coeficiente de fricción entre el relleno y los lados de la zanja para las diferentes composiciones de suelo factibles. La curva A es para material granular sin cohesión, la B es para grava y arena, la C es para terreno saturado, la D es para arcilla y la E es para arcilla saturada. 1.2.3.Cargas sobrepuestas Las cargas sobrepuestas WS, son cargas externas diferentes a las cargas de tierra normales que se transmiten al tubo. Existen dos tipos de cargas sobrepuestas: Concentradas (WS1) y Distribuidas (WS2), (ver figura 1.5). Las cargas sobrepuestas generalmente se conocen como cargas vivas. a) Cargas Concentradas Son aquéllas causadas por una fuerza única que puede ser estática o dinámica. En el diseño normal del tubo las cargas vehiculares sobre ruedas son las cargas concentradas más frecuentes. La magnitud de la carga producida por fuerzas concentradas sobrepuestas se determina por:

LFP

CW SSS

= 11 (5)

donde: WS1 Fuerza sobre el tubo, producida por una carga concentrada sobrepuesta, en a) kilogramos por metro de tubo. CS1 Coeficiente de carga, que es una función de la profundidad del relleno sobre la corona del tubo y el diámetro nominal interior del tubo. Los valores de CS se obtienen de la tabla 1.3. Ps Carga concentrada en kilogramos. El manual de diseño de la AASHO. (American Association of State Higway Officials), da cargas para varios tamaños y tipos de vehículos. Ver tabla 1.1. F Factor de impacto. Los valores que recomienda la AASHO para las cargas de las ruedas de los vehículos están dados en la tabla 1.2. L Longitud efectiva del tubo en metros. Para tubos menores de 0,90 m, utilizar la longitud real de la sección. Para todas las otras longitudes de tubo, utilice una longitud efectiva de 0,90 m.

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Tabla 1.1. Características de los camiones tipo

No.

Símbolo

Peso del camión

en toneladas

Numero de ejes

Peso de las ruedas

delanteras (kg)

Peso de las ruedas

traseras (kg)

1 LT3 3 2 500 1000 2 LT6 6 2 1000 2000 3 LT1 2 1 2000 4000 4 HT26 26 2 6500 6500 5 HT30 30 3 5000 5000 6 HT38 38 3 6250 6500 7 HT45 45 3 7500 7500

Tabla 1.2. Factor de impacto

Profundidad del

relleno (m) Factor de impacto

0,30 - 0,60 1,2 0,60 - 0,90 1,1

0,90 o mayor 1.0

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Figura 1.4. Valores de Cd para condiciones de zanja

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Figura 1.5. Cargas sobrepuestas b) Carga distribuida Es aquélla causada por una fuerza uniforme distribuida igualmente sobre un área, la carga puede ser estática o dinámica, y su magnitud causada por diferentes fuerzas se determina con:

W C P FS S S2 2 = BC (6) donde: WS2 Fuerza sobre el tubo, producida por una carga sobrepuesta uniformemente distribuida, en kilogramos por metro de tubo. CS2 Coeficiente de carga que es una función de las relaciones D/2H y M/2H. H es la altura de relleno, de la parte superior del tubo a la superficie del terreno (m), y D y M son el ancho y el largo (m) respectivamente del área sobre la cual actúa la carga distribuida. Los valores de CS2 se obtienen de la tabla 1.3. PS Intensidad de la carga distribuida en kilogramos por metro cuadrado. F Factor de impacto, ver tabla 1.2. BC Diámetro externo del tubo en metros. El valor empleado depende de las condiciones de instalación en el tendido de la tubería.

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Tabla 1.3. Valores de los coeficientes para cargas sobrepuestas concentradas y distribuidas (CS) centradas verticalmente sobre el conducto

D/2H o M/2H o L/2H BC/2H 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 5.0

0.1 0.019 0.037 0.053 0.067 0.079 0.089 0.097 0.103 0.108 0.112 0.117 0.121 0.240 0.128 0.2 0.037 0.072 0.103 0.131 0.155 0.174 0.189 0.202 0.211 0.219 0.299 0.238 0.244 0.248 0.3 0.053 0.103 0.149 0.190 0.224 0.252 0.274 0.292 0.306 0.318 0.333 0.345 0.355 0.360 0.4 0.067 0.131 0.190 0.241 0.284 0.320 0.349 0.373 0.391 0.405 0.425 0.440 0.454 0.460 0.5 0.079 0.155 0.224 0.284 0.336 0.379 0.414 0.441 0.463 0.481 0.505 0.525 0.540 0.548 0.6 0.089 0.174 0.252 0.320 0.379 0.428 0.467 0.499 0.524 0.544 0.572 0.596 0.613 0.624 0.7 0.097 0.189 0.274 0.349 0.414 0.467 0.511 0.546 0.584 0.597 0.628 0.650 0.674 0.688 0.8 0.103 0.202 0.292 0.373 0.441 0.499 0.546 0.584 0.615 0.639 0.674 0.703 0.725 0.740 0.9 0.108 0.211 0.306 0.391 0.463 0.524 0.574 0.615 0.647 0.673 0.711 0.742 0.766 0.784 1.0 0.112 0.219 0.318 0.405 0.481 0.544 0.597 0.639 0.973 0.701 0.740 0.744 0.800 0.816 1.1 0.117 0.229 0.333 0.425 0.505 0.572 0.628 0.674 0.711 0.740 0.783 0.820 0.849 0.868 1.2 0.117 0.229 0.333 0.425 0.505 0.572 0.628 0.674 0.711 0.740 0.783 0.820 0.849 0.868 1.5 0.121 0.238 0.345 0.440 0.525 0.596 0.650 0.703 0.742 0.774 0.820 0.861 0.894 0.916 2.0 0.124 0.244 0.355 0.454 0.540 0.613 0.674 0.725 0.766 0.800 0.849 0.894 0.930 0.956

1.3.PRESIÓN HIDROSTÁTICA INTERNA La presión hidrostática interna PT para el diseño del tubo se define por:

FS )P + P( = P cOT (7) donde: PT Presión interna total en kg/cm2 que en combinación con una carga externa (WT), aplicada en tres apoyos, fracturará el tubo. PO Presión estática o de operación en kg/cm2, definida por el criterio de diseño Pc Presión oscilatoria en kg/cm2 resultante de un golpe de ariete o de otro tipo de sobrepresión, que incremente la presión de operación normal. FS Factor de diseño. Para el diseño de tubos, se recomienda un factor de seguridad mínimo de 2.0. 1.3.1.Presión de trabajo La presión de trabajo (PO) es la presión que existe en condiciones normales o continuas de operación. Esta presión puede estar producida por bombeo o por gravedad, como la carga que se origina en un depósito o tanque elevado, o una combinación de ambos. Bajo una situación puramente de gravedad, la presión en la línea en un punto dado es mayor cuando no hay flujo y las condiciones son estáticas. Bajo condiciones estáticas, la presión en un punto dado, medida en metros de carga, es igual a la diferencia entre la elevación en ese punto y el nivel de la superficie del agua en el depósito.

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Bajo condiciones de flujo, la presión en un punto considerado, se reduce por las pérdidas por fricción y otras pérdidas de energía resultantes del flujo de agua desde el depósito a ese punto. La magnitud de esta pérdida se puede calcular utilizando la fórmula de Darcy - Weisbach:

h fLD

vgf =

2

2 (8)

donde:

hf Pérdida de energía por fricción, en metros f Coeficiente de fricción, adimensional L Longitud de la tubería, en metros D Diámetro interno del tubo, en metros v Velocidad media, en m/s g Aceleración de la gravedad, en m/s2

Para mayor referencia, consúltese el Manual de Diseño de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento, libro V, 1ª sección, tema: Datos básicos. 1.3.2.Presión oscilatoria Las presiones oscilatorias (PC) son transitorias, causadas por condiciones cambiantes o inestables en tubería. Los términos golpe de ariete, presión oscilatoria o presión transitoria, son intercambiables y se refieren a estas presiones de corta duración, pero de magnitud considerable. Estas condiciones tienen diferentes causas. Entre otras, apertura o cierre de válvulas, movimientos súbitos de aire en la tubería y arranque o paro de una bomba. Las presiones transitorias son a menudo un factor determinante en la selección de la resistencia de un tubo. Por esta razón, un sistema de tubería deberá analizarse siempre con determinaciones de sobrepresiones y aplicar los resultados en la selección del tubo. Este tema es demasiado complejo para cubrirse en esta Guía, por lo que se sugiere que la solución a un problema que presente este tipo de presiones, sea abordado en forma particular y de acuerdo a las condiciones de proyecto. Por ejemplo, para el número de variables involucradas en la creación de la presión de golpe de ariete y para la habilidad de controlar su magnitud con controles adecuados, no es conveniente que se den recomendaciones fijas para el golpe de ariete, suponiendo cambios de velocidad o algún otro criterio simple para utilizarse en tuberías de grandes diámetros de conducción y alimentación de líneas principales. a) Golpe de ariete Las tres causas principales del golpe de ariete o sobrepresión son:

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• Cierre o apertura parcial o total de una válvula en la tubería. • Arranque - paro de una bomba (intencional o por corte de corriente). • El aire entrampado.

Ignorar los efectos del golpe de ariete en la tubería, puede provocar dificultades cuando la línea está en funcionamiento. Puede producir daños en el equipo y una reducción considerable en la capacidad. b) Análisis del golpe de Ariete. Las presiones del golpe de ariete están en función del valor máximo de cambio de flujo, cuando una válvula se abre o se cierra, se propaga una ola de presión a lo largo de la tubería. La velocidad de la ola es la misma que la velocidad del sonido en el agua, modificada por las características físicas de la tubería y se describe en la siguiente ecuación:

aV

K dE e

s = +

1 (9)

Donde: a Velocidad de la ola de presión en m/seg K Módulo de compresibilidad del agua, (21100 kg) d Diámetro interior del tubo en cm E Módulo de elasticidad del tubo de fibrocemento (240000 kg/cm2) e Espesor de pared en pulg (mm) Vs Velocidad del sonido en agua (1420 m/s)

Si la ola de presión se refleja hacia atrás de una condición de frontera (límite) tal como un recipiente, y regresa a su posición inicial después de que el flujo en la línea se paró por completo, entonces se genera la presión máxima del golpe de ariete para dichas condiciones. El paro del flujo puede ser el efecto del cierre de una válvula o el paro de una bomba. La magnitud de la presión máxima está dada por:

ha vg

=

(10)

donde: h Presión oscilatoria, en metros de agua v Velocidad del agua en la tubería en condiciones normales de trabajo, en

a) m/seg a Velocidad de la ola de presión, en m/seg g Aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)

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El tiempo máximo transcurrido antes del paso final del flujo que aún permite que ocurra la presión máxima se llama tiempo crítico, es simplemente la longitud total que la ola de presión recorre en un ciclo, dividido por la velocidad de la onda, está dada por la ecuación:

a L 2 = T

(11) Donde: T Tiempo crítico, en seg L Distancia en la tubería en la que la ola de presión se mueve antes de

reflejarse hacia atrás por una condición de frontera (límite), en metros a Velocidad de la ola de presión, en m/seg

1.3.3.Sistemas de bombeo La conducción por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energía para obtener la carga dinámica asociada con el gasto de diseño. Este tipo de conducción se usa generalmente cuando la elevación del agua de la fuente de abastecimiento es menor a la altura piezométrica requerida en el punto de entrega. El equipo de bombeo proporciona la energía necesaria para lograr el transporte del agua. En relación con el golpe de ariete y a la sobrepresión, los elementos más importantes en el sistema son las bombas y las válvulas. En un sistema de gravedad sólo deben tomarse en cuenta las válvulas. En un sistema de bombas deben considerarse tanto las válvulas como las bombas. Ver libro de Fenómenos Transitorios en Líneas de Conducción El análisis de la sobrepresión en un sistema de bombas es más complejo que en un sistema de gravedad, ya que se debe considerar lo siguiente:

• En un sistema de bombas, el problema comienza en la disminución de la velocidad de la columna de agua cuando se para la bomba (ya sea por falla en la energía u otra causa). Debe tomarse en cuenta el tiempo que la bomba necesita para detenerse y para que el flujo llegue a un alto total. Esto involucra la inercia del motor y cualquier volante en el montaje. Deben tenerse precauciones para que las válvulas de control de las bombas en sistemas de bombas se abran y cierren lentamente. En un sistema de gravedad, el problema hidráulico consiste únicamente en detener la columna de agua que desciende.

• En un sistema de bombas el perfil de la tubería es generalmente irregular con

puntos altos y bajos sucesivos y pendientes variables. Estas condiciones pueden provocar separaciones en la columna de agua, causando sobrepresiones y problemas de operación.

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• El diseño de un sistema de bombas puede involucrar la consideración de trazos alternativos para reducir las sobrepresiones y las consecuentes dificultades de operación al mínimo. Este trabajo debe dirigirse a la reducción de la magnitud de las sobrepresiones y de las separaciones en la columna de agua que puedan ocasionarse por el paro de una bomba.

• La separación en la columna de agua puede ser seria debido a la magnitud de

las sobrepresiones desarrolladas cuando la columna se une. Esta situación se presenta, generalmente:

• En la localización de la una bomba al comienzo de una línea con pendiente

fuerte.

• Cuando la presión en un punto alto desciende por debajo de la atmosférica y el aire entra a la tubería a través de las válvulas de aire que puedan localizarse en dicho punto alto.

• Cuando la presión baja a menos de la presión del vapor de agua.

• La separación en la columna de agua puede causar dificultades no solamente

por las sobrepresiones ya mencionadas que se producen por la reunión de la columna de agua, sino por las dificultades para sacar el aire de la tubería al siguiente encendido aún con válvulas de aire. El aire entrampado puede provocar fluctuaciones en el flujo y reducir seriamente la capacidad del sistema.

1.3.4.Sistemas de gravedad Una conducción por gravedad se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energía disponible. El escurrimiento del agua en tuberías se rige por las ecuaciones de la energía y de continuidad. En general, en el cálculo hidráulico de una conducción a gravedad trabajando a presión, el caso frecuente que se tiene es el diseño; es decir, conocida la carga disponible “H” y la longitud de la línea “L”, valores que se obtienen del plano topográfico de la conducción, así como el gasto “Q” por conducir, se determina el diámetro “D”, en seguida, dibujando en el perfil el gradiente hidráulico, se obtienen las clases de tubería. a) Recomendaciones para controlar el aire entrampado Estudios realizados para determinar los efectos del aire entrampado en tuberías han demostrado que sí se libera súbitamente en condiciones aparentemente estáticas, crea una situación similar al golpe de ariete clásico. Las presiones que se generan

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son del orden de 15 veces la presión de prueba de la tubería. Cualquier material de la tubería se ve seriamente afectado por este incremento rápido en la magnitud de la carga. Las fallas hidrostáticas debidas a un tubo defectuoso pueden, muy probablemente, ocasionarse por el aire entrampado liberado. El primer llenado y pruebas iniciales de una tubería, son probablemente el periodo más crítico en su vida de servicio. Las recomendaciones respecto al aire entrampado son las siguientes:

• La tubería deberá tenderse con pendiente, donde sea posible.

• Deben usarse válvulas automáticas continuas aliviadoras de aire en todos los puntos altos.

• El aire debe purgarse de la tubería lentamente.

• Limitar la velocidad del llenado de la tubería a 3 m/seg o menos.

Usar d/D = 1/10 a 1/100 donde:

d Diámetro de la válvula aliviadora de aire. D Diámetro del tubo.

Estas recomendaciones han sido útiles desde el punto de vista del diseño de tuberías para minimizar problemas de aire. NOTA IMPORTANTE: El objetivo de esta Guía es coadyuvar al personal técnico en el Diseño, Selección e Instalación de tubería de fibrocemento, sin embargo, en el supuesto de existir alguna controversia al respecto se debe consultar las normas ANSI/AWWA referenciadas en el capitulo 8. Bibliografía.

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2.EJEMPLOS DE APLICACIÓN 2.1.CÁLCULO PARA DETERMINAR LA CARGA DE TIERRA SOBRE EL TUBO 2.1.1.Ejemplo para condición de zanja Un tubo de Fibrocemento de 600 mm de diámetro para conducción clase A-5, se instalará en una zanja de 1.00 m de ancho con una altura de relleno de 2.40 m. El relleno es de arcilla ordinaria con un peso de 1900 kg/m3, determinar la carga de tierra sobre el tubo. Se definen las condiciones de construcción, consultando las especificaciones de la tubería: El diámetro exterior del tubo (600 mm) en A-5 es de 0.655 m; por lo tanto, dos veces el diámetro exterior es: 1.310 m. El ancho de la zanja es igual a 1.00 m y es menor que 1.30 m, por lo tanto se considera condición de zanja. De acuerdo a esta condición se elige la ecuación (4):

W C We BE d = 2d

Para obtener el valor de Cd de la figura 1.4, se utiliza la curva D y la relación H/Bd; es decir:

HBd

= = 2 40100

2 40..

.

donde la gráfica nos indica que el valor de Cd, es igual a 1.80, finalmente se sustituyen los valores en la ecuación:

W kE = = ( . ) ( ) ( ) ,420 /180 1900 1 32 g m Por lo tanto la carga de tierra sobre el tubo será de 3,420 kg por metro lineal. 2.2.CÁLCULO PARA DETERMINAR LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA INTERNA 2.2.1.Cálculo para determinar el diámetro del tubo. Determinar el diámetro de un tubo necesario para transportar 0.250 m3/s a una distancia de 3.000 m con una pérdida de fricción de 23 m. De la fórmula de Darcy – Weisbach

17

18

onsiderando que la viscosidad del agua a 15°C es igual a: ν = m2/s y

ustitu en la fórmu :

e 2,424 simismo la rugosidad relativa (ε) p al a 0.025 mm

Del diagrama de Moody (ver figura 2.1)

iente de fricción (f)

Aplicando la ecuación de continuidad, se tiene:

Sustituyendo V en la fórmula de Darcy - Weisbach:

Sustituyendo valores y despejando D, se tiene:

Para obtener f tenemos:

C 1.145 x 10-6 Suponiendo una velocidad de 3 m/s y aplicando la ecuación de la continuidad se tiene:

S yendo D la de Reynolds

R = 84A ara fibrocemento es igu

f = 0.019

Sustituyendo el coefic

D = 0.42

2V

DL f h

2

f g=

42

2

2

2 2

D Q 16

AQ V

π==

42

2

f D 2Q 16

DL f h

πg=

0.674 f h Q 8 L f D

f

25 ==

πg

D1 4Q

D D Q 4 D V R 2 e πννπν

===

0.33 D A 4 D 4D A

0.0833 V

Q A

2

==∴=

==

ππ

0.000076 D

=ε

19

Figura 2.1. Diagrama universal de Moody

2.2.2.Cálculo de diámetro del tubo y la presión interior de trabajo Se desea bombear agua entre dos puntos, los cuales tienen una diferencia de niveles de 70 m, el gasto de diseño es de 1 m3/s y la longitud de la tubería de conducción es de 2500 m. Calcular el diámetro del tubo, y la presión interior de trabajo.

Carga total H = Carga Estática + Pérdidas Mayores + Pérdidas Menores Si consideramos una velocidad (V) en la tubería de 2.5 m/s y aplicamos la ecuación de la continuidad, se tiene:

Q V A AQV

A m = = =

= = ⇒ ⇒1

2 50 4 0 4 2

.. .

A = 0.785 D2 por lo tanto D = 0.72 m El diámetro comercial inmediato superior es igual a 0.75 m Empleando la fórmula de Darcy - Weisbach para calcular las pérdidas por fricción se tiene:

(1061.84) f 2V

DL f h

2

f ==g

Para calcular f consideramos que la viscosidad del agua a 15°c es: ν = 1.145 x 10 -6 m2/s y la rugosidad relativa (ε) para fibrocemento = 0.025

Entrando al diagrama de M

f = 0.0116

Suponiendo que las pérdidas menores por accesorios (válvulas, codos, etc.), valen aproximadamente 4% de hf, se tienen pérdidas menores de 0.5 m.

637,534 1' VD R e ==ν

10 x 3.33 D

0.75

0.000025 D

5 -=⇒=εε

oody (ver figura 2.1):

m 12.31 = (1061.84) (0.0116) = h f

20

HT = (70) + (12.31) + (0.5) = 82.81 Por lo tanto la presión interna de trabajo es:

P = 8.28 kg/cm

.3.CÁLCULO PARA DETERMINAR LAS SOBREPRESIONES .3.1.Determinar la sobrepresión

on los datos del problema 2.2.4, calcular la sobrepresión en la tubería y la clase ndo las condiciones más críticas para el cierre de

na válvula, esto es aceptando que la máxima sobrepresión se verifica al instante de

2

2

2 Cque deberá seleccionarse consideraula primera fase del fenómeno y que el tiempo de cierre es T = 2L/a. Se tiene:

e Et d Ea + 1

V 145 = h

donde: H = Presión oscilatoria en metros de agua

= 2.26 m/seg Ea = 20,700 kg/cm2

m

or

V D = 75 cm

2 Et = 210.000 kg/c e = 8.45 cm P lo que:

Q = +

= 1

20 700 75210 000 8 45

1369, ( ), ( . )

.

hQ

m =

=

= 145 2 26 327 7

1369239 4

( . ) ..

.

p = 23.94 kg/cm2

e acuerdo con los cálculos se tiene que las presiones en el sistema son:

Presión normal (Pn) 8.43 kg/cm

Sobrepresión G.A. (Ps) 23.94 kg/cm

d

2

2

21

Para determinar la clase de tubería, como primera aproximación se puede considerar

t = Pn + 20% Ps

t = 8.43 + 0.2 (23.94) = 13.22 kg/cm2

ue sería la presión soportada por la línea y observando este valor se deberá

ara un análisis más detallado, se puede usar un programa para computadora, como

.3.2.Cálculo para determinar el tiempo de cierre de una válvula

na línea de conducción por gravedad de 600 mm de diámetro opera a una presión

eterminar la velocidad de la onda de presión

que las válvulas de alivio tienen una eficiencia del 80%, por lo tanto, la presión que servirá para la elección de la tubería, empleando válvulas de alivio es: P P Qemplear una tubería de fibrocemento de 750 mm de diámetro clase A-14. Ppuede ser el del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México o el del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. 2 Ude 7 kg/cm2. La velocidad en la línea es de 1.5 m/seg. Se incluye una válvula en la línea a una distancia de 1500 m del depósito. Si la sobrepresión positiva se controlará dentro de 3.5 kg/cm2, determinar el tiempo mínimo de cierre de la válvula, suponiendo que el tiempo efectivo de cierre es un medio del tiempo real del recorrido del vástago de la válvula. (Módulo de elasticidad de fibrocemento: 240000 kg/cm2; espesor de pared: 38 mm; “K” para el agua: 21100 kg/cm2). D

( ) ( )( )( ) ( )( )

=

. . . +

= +

= segm

EeKd

a 920

8310426010121

1420

1

1420

5

4

eterminar la máxima presión oscilatoria, si la válvula se cierra dentro del tiempo D

crítico.

( ) ( ) ( )2147140819

51920 cmKgmgavh . =

.. = =

eterminar el tiempo crítico D

( )( ) segaLT 26.3 =

9201500 2 = 2 =

eterminar la constante “K” para emplearse en la gráfica (2) de la figura 2.2. D

22

( ) ( )( ) ( ) ( )K

avgh

=

=

=

2920 15

2 9 81 701005

0

..

.

Determinar el porcentaje máximo de sobrepresión que no se deberá exceder en el sistema.

% (100) aoscilatoripresión áximam

)(ónsobrepresi=

+

( ) =

3514

100 25%.

Entrar a la figura 2.2, gráfica 2 con un porcentaje de hmax ( 25% ). Siga horizontalmente hasta la curva donde K = 1.0 Lea el tiempo efectivo de cierre en el eje horizontal. Este valor es de 2.6 y está dado en unidades de 2 L/a segundos. El tiempo efectivo de cierre en segundos debería ser 2L/a (2.6) = 3.26 ( 2.6 ) = 8.5 segundos. El tiempo real del recorrido del vástago de la válvula deberá ser el doble de esta cantidad o sean 17.0 segundos. Este tiempo calculado ( 17 segundos ), representa sin embargo la máxima rapidez permisible de tiempo para poder cerrar la válvula y sostener la sobrepresión abajo del nivel de control deseado de 3.5 Kg/cm2.

Figura 2.2. Trazo del vástago en relación con el flujo en la línea para 3

diferentes tipos de válvulas

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3.TRANSPORTE, RECEPCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL MATERIAL EN OBRA 3.1.TRANSPORTE En general la tubería es embarcada empleando métodos aceptados por los transportistas, por lo que ellos asumen la responsabilidad de entregar la carga completa y en buenas condiciones. Los tubos se protegen con rejas de maderas colocándolas en las cabeceras y, entre cada estiba y lateralmente, con flejes. Los coples se flejan formando tubos y los anillos se deben colocar en sacos de yute.

Figura 3.1 Ttransporte de tuberia

3.2.RECEPCIÓN En el sitio de entrega de los materiales (tubos, coples, anillos y lubricantes), se revisará por el cliente o su representante que la carga esté intacta, comprobando que estén completos en dimensiones y clases según la remisión y en buenas condiciones. Si la carga está movida se revisará cada pieza para verificar si se ha dañado, anotándose en el acta de roturas o en la remisión y en la guía de embarque. Los tubos de 100 a 250 mm se deben descargar a mano. Los de 300 a 500 mm, utilizando rampa y cables, y para los diámetros de 600 a 2.000 mm, se usará grúa, evitando el uso de ganchos metálicos. Se evitará golpear los tubos y los coples, y nunca se deberán rodar los tubos sin cables.

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3.3.DISTRIBUCIÓN EN OBRA Para llevar los tubos, coples y anillos al sitio de instalación es conveniente vigilar lo siguiente:

• Si la distribución se hace en camión a lo largo de la zanja, no deben arrojarse los tubos sobre el producto de la excavación.

• Los tubos y coples deben quedar próximos a la zanja, de preferencia del lado

contrario del depósito del producto de excavación, protegidos del tránsito de vehículos, peatones y del equipo pesado de construcción.

• Si la instalación no se hace de inmediato, se deben estibar los tubos y coples

a distancias convenientes para su distribución final.

• Los empaques (anillos) y lubricantes deberán almacenarse.

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4.INSTALACIÓN 4.1.PROFUNDIDAD DE LA ZANJA Para tubería de agua potable la profundidad mínima de la zanja será de 90 cm más el diámetro exterior de la tubería, cuando se trate de tuberías con diámetro igual o menor de 450 mm. Para tuberías mayores de 450 y hasta 1220 mm, la profundidad será de por lo menos 1.00 metro. Para tuberías mayores de 1220 y hasta 1830 mm será de por lo menos 1.30 metros y para tuberías mayores 1830 mm será de por lo menos 1.50 metros. 4.2.ANCHO DE ZANJA En tuberías con diámetro exterior menor o igual a 500 mm, el ancho de la zanja será de 50 cm más el diámetro exterior de la tubería. Cuando se trate de tuberías con diámetro exterior mayor de 500 mm, el ancho de la zanja será de 60 cm más el diámetro exterior de la tubería. Los anchos de zanja que resulten de los cálculos se deberán redondear a múltiplos de cinco. 4.3.PLANTILLA O CAMA Deberá colocarse una cama de material seleccionado libre de piedras, para el asiento total de la tubería, de tal forma que no se provoquen esfuerzos adicionales a ésta. La plantilla o cama consiste en un tipo de material fino, colocado sobre el fondo de la zanja, que previamente ha sido arreglado con la concavidad necesaria para ajustarse a la superficie externa inferior de la tubería, en un ancho cuando menos igual al 60 % de su diámetro exterior. El resto de la tubería debe ser cubierto hasta una altura de 30 cm arriba de su lomo con material granular fino colocado a mano y compactado cuidadosamente con equipo manual y humedad óptima, llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubería (acostillado). Este relleno se hace en capas que no excedan de 15 cm de espesor. El resto de la zanja podrá ser rellenado a volteo, o compactado según sea el caso: si la tubería se instala en zona urbana con tránsito vehicular intenso, todo el relleno será compactado, y si se instala en zonas con poco tránsito vehicular o rurales, será a volteo (ver apartado 1.1.1 Resistencia y factores de diseño, de esta Guía).

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Figura 4.1 Relleno de zanja.

Se excavará cuidadosamente las cavidades o conchas para alojar la campana o cople de la junta de los tubos, con el fin de permitir que la tubería se apoye en toda su longitud sobre el fondo de la zanja o de la plantilla apisonada. Los espesores de plantilla (h) para tubería de agua potable se muestran en la tabla 4.1, el espesor mínimo sobre el eje vertical de la tubería será de 5 cm. En lugares excavados en roca o tepetate duro, se preparará la plantilla de material suave que pueda dar un apoyo uniforme al tubo, con tierra o arena suelta.

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Tabla 4.1. Dimensiones de zanjas y plantillas para tubería de agua potable

DIAMETRO NOMINAL

(cm) (pulgadas)

ANCHO Bd

(cm)

PROFUNDIDAD H

(cm)

ESPESOR DE LA

PLANTILLA (cm)

75

100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 750 900 1000 1050 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 30 36 40 42 44 46 52 56 60 64 68 72 76 80

60 60 65 70 75 80 85 90

105 115 125 140 160 195 205 210 225 240 250 260 275 290 300 315 325

100 100 105 110 115 120 125 135 140 145 160 180 210 240 245 250 260 275 290 300 310 320 340 350 365

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 12 12 15 15 17 17 20 20 22 24 24 26 28 30 30

4.4.INSTALACIÓN Todos y cada uno de los tubos, coples y anillos se revisarán cuidadosamente antes de su instalación. Los extremos de los tubos no deberán presentar roturas y fisuras. Los empaques deben encontrarse en buen estado, sin defectos y cortaduras. No se deben usar como lubricantes, aceites ni grasas derivadas del petróleo. 4.4.1.Bajado de los tubos a la zanja Los tubos con diámetros hasta de 250 mm, se bajan a mano. Los de mayor diámetro y de acuerdo con su peso, se bajan empleando dos cables, uno por cada extremo del tubo, y de dos a seis hombres. Los cables se colocan paralelos y separados,

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quedando a 50 cm de cada extremo, repartiendo el peso del tubo a razón de 100 kg por persona aproximadamente. En tubos muy pesados se deben trenzar. Los tubos con diámetro de 600 a 2000 mm, se deben bajar con equipo mecánico. Antes de ser bajados los tubos a las zanjas se procederá excavar las conchas necesarias para alojar los coples y verificar las juntas (Figura 4.2).

Figura 4.2 Conchas para alojamiento de copies

4.4.2.Instalación de la tubería El tipo de junta facilita la instalación de tubería en cualquier diámetro. Lo importante como en toda actividad de construcción es seguir los pasos adecuados, que de no hacerlos no se tendrá un funcionamiento satisfactorio de la instalación.

D9 = Diámetro exterior D3 = Diámetro intermedio D2 = Diámetro de sección - enchufe

Figura 4.3 Acoplamiento de la tuberia

• Limpiar perfectamente con un trapo o estopa, las espigas del tubo, ranuras

interiores del cople, y anillos de hule próximos a instalarse.

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Figura 4.4 Acoplamiento de la tubería

• Insértense los anillos empujándolos hasta la parte interior de la ranura del cople

dando una ligera aplicación de lubricante.

Figura 4.5 Acoplamiento de la tubería

• Aplíquese una capa uniforme de lubricante de espesor mínimo, en el primer

extremo maquinado de la espiga del tubo (D2) evitando plastas y partes sin lubricar, se recomienda que se lubrique con agua jabonosa, o agua con glicerina, evitando el uso de grasa o aceites minerales que deterioren el anillo de hule.

Figura 4.6 Lubricación de tubos y coples.

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• Acampanado. Este trabajo puede hacerse en el exterior de la zanja o dentro de ella. Dependiendo del diámetro, el acoplamiento se puede hacer manual o por medios mecánicos.

• Acampanado previo. Colóquese el cople en el extremo lubricado y empújese

con una barra teniendo cuidado de intercalar un bloque de madera para no dañarla.

• Acampanado en la zanja

Figura 4.7 Acampanado previo y en zanja

La tuberías de 75, 100 y 150 mm de diámetro se pueden instalar fácilmente introduciendo al mismo tiempo las dos espigas. Para ello se coloca el cople entre los tubos y se empuja el tramo final por medio de la barreta y a través de un bloque de madera como se muestra a continuación. En tuberías mayores de 200 mm es más recomendable utilizar equipo mecánico tal como: gatos de escalera, tirfor, etc. En diámetros mayores o iguales a 500 mm se puede realizar la instalación con ayuda de la retroexcavadora.

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Figura 4.8 Acoplamiento de tubería. Procedimiento Después de limpiar la espiga del tubo, las ranuras del cople y de haber insertado los anillos, lubrique la espiga y coloque el cople sobre la misma. Entre el cople y la espiga del siguiente tubo introduzca una cruceta de madera.

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Figura 4.9 Procedimiento de acoplamiento Quitar la cruceta y vuélvase a jalar para complementar el acoplamiento La última etapa del acoplamiento consiste en verificar la posición final de los anillos, que estén correctamente colocados, lo cual se logra mediante un escantillón (según muestra la figura 4.10), que al introducirse, deberá tocar el anillo en todo su perímetro en caso contrario, será necesario desacoplar y repetir el acoplamiento.

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Figura 4.10 Veriicacion de la posición de los anillos

Cierres Algunas veces es necesario hacer reparaciones o cierres en la línea, se dan aquí algunas recomendaciones generales para esos casos. Córtese un tramo todo torneado en una longitud de 3 centímetros menor que la de la distancia entre los extremos de los tubos.

Figura 4.11 Corte para reparacion

34

Ponga marcas en el tubo a distancias iguales a la mitad de la longitud del cople y lubrique una espiga en una longitud igual a la de éste.

Figura 4.12 señalamiento de marca tope

Colóquese el cople en una espiga del tubo, deslizándolo hasta que quede al ras, repita la misma operación en la otra espiga. Utilícese otro tramo para anclar el gato, con objeto de hacer el jalón lo más horizontal posible.

Figura 4.13 Colocación del tramo en el sitio del cierre

Figura 4.14 Acoplamiento en el sitio de la reparacion.

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Lubrique las espigas y jale los coples hasta las marcas que se hicieron previamente.

Figura 4.15 Verifique la posición de los anillos con el escantillón.

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5.REPARACIONES 5.1.CORTES Y TORNEADO DE TUBOS EN OBRA Los tubos dañados por golpes contundentes que afecten el espesor o causen roturas pequeñas, se reparan usando una abrazadera o un cople de reparación. Si la rotura se extiende, se revisa bien localizando las partes afectadas y se procede a cortarlas con serrotes o arco y segueta (de acero plata, 15-1012), si se trata de tubos de 100 y 150 m, procurando humedecer continuamente el corte. Para diámetros mayores se usan cortadoras circulares operadas manualmente. Para reparación de tubos dañados en el transporte y por el mal manejo en almacén y obra, generalmente en sus extremos maquinados, se ocupa equipo para cortar y tornear como el mostrado en la siguiente figura 5.1.

Figura 5.1 Torno de Campo

Si se presentan roturas en los coples, se desechan.

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Cuando aparecen fugas durante las pruebas como consecuencia del descuido de los operarios al no verificar la posición de los anillos, será necesario desacoplar nuevamente, para ello descubra los tramos de tubería adyacentes.

Figura 5.2 Representación esquemática de una fuga

Rompa el cople con un cincel o golpeando con un martillo de bola.

Figura 5.3 Rotura de cople para reparacion de tuberia

Desvíe los tubos y después de lubricar la espiga de uno de ellos, coloque el cople en la forma acostumbrada (Figura.5.4). Lubrique el extremo libre, levante con ambas manos hasta permitir la entrada del cople y después, empuje hacia abajo (Figura.5.4)

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Figura 5.4 Procedimiento de reparación de tubería en campo

Casi en todas las obras se requieren tramos cortos, torneados totalmente en la espiga por un solo extremo (MOA) y torneados en ambos extremos (MEE) para hacer la curvas y los cierres en conexiones fijas, estos deberán de prepararlos en la obra. También puede hacerse mediante el torno de campo mostrado en la figura 5.5.

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Figura 5.5 Torneado de tubería en campo El cual consiste esencialmente en:

• Un árbol ajustable que se inserta dentro del tubo y actúa como mandril sobre el que se opera el maneral (a).

• Un maneral giratorio con soportes para las cortadoras (b).

• Hojas cortadoras de carburo de tungsteno (c).

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6.CRUCEROS Y ATRAQUES Para lograr cambios de dirección (deflexiones) y de diámetro, derivaciones, intersección con otros conductos, etc., se utilizan piezas especiales de fierro fundido con bridas, para diámetros (D) de 100 a 900 mm. Para diámetros de 1000 a 2000 mm, se usarán piezas de acero. La pieza o conjunto de ellas unidas a las tuberías de fibrocemento forman un crucero. Para evitar desplazamiento por efecto del empuje producido durante la prueba de presión hidrostática y en la operación normal de conducciones y de redes de distribución, se colocarán atraques de concreto definitivos en las siguientes piezas de los cruceros: en codos, tees, reducciones y en las tapas ciegas. (Figuras 6.1)

Figura 6.1 Cruceros y atraques.

41

7.PRUEBA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA El objeto de la prueba es el de comprobar que la instalación de la tubería se realizó en forma correcta, no debiendo presentarse fugas en los acoplamientos. En conducciones para una misma clase de tubería, se prueban tramos de 500 m, con un máximo de 1000 m y en las redes de distribución tramos de +/- de 100 m (entre cruceros) las líneas primarias con máximo de 500 m. Es conveniente respetar las siguientes recomendaciones previas a la prueba:

• Excavación de zanja y colocación de plantilla, según recomendaciones oficiales.

• Manejo apropiado de tubos, coples y anillos; acoplamientos adecuados,

verificando siempre la correcta posición de los anillos.

• Alineamiento, nivelación y relleno inicial (centros) correctos, comprobando que la tubería quedó debidamente encamada, con los coples descubiertos para su revisión durante la prueba.

• Construcción adecuada de atraques (provisionales y definitivos).

7.1.PROCEDIMIENTO DE PRUEBA Y EQUIPO

• La bomba de prueba se debe instalar en el punto más bajo del tramo por probar o en el extremo aguas abajo, debiendo estar debidamente atracado y construido por una extremidad de fierro fundido, con tapa ciega y junta gibault en la unión de tubería de fibrocemento. En la extremidad se debe hacer la conexión de la bomba de prueba.

• Realizada la conexión se procede a llenar el tramo con agua lentamente a baja

presión con 24 a 48 horas de anticipación a la prueba, con el objeto de que la tubería se hidrate lo mejor posible, purgándose el aire de la tubería.

• Teniendo la tubería llena y purgando el aire, se inicia la prueba levantando

lentamente y uniformemente la presión, recorriendo varias veces el tramo para observar los coples, purgando el aire debidamente, antes de llegar a la presión de prueba.

• Alcanzada la presión de prueba (ver tabla 7.1) se debe sostener durante 1 ó 2

horas como máximo. Generalmente cuando no se respeta el tiempo de llenado previo, cuando menos 24 horas se hace necesario agregar agua para sostener la presión de prueba. Los volúmenes de agua no deben ser mayores a los indicados en la tabla 7.2 para aceptar que la prueba es satisfactoria. No deberá existir ninguna fuga de agua en el tramo probado; si se detectara alguna, el contratista deberá hacer la reparaciones necesarias y repetir la prueba.

42

Tabla 7.1. Presiones de trabajo y de prueba en la obra.

CLASE PRESIÓN DE TRABAJO PRUEBA DE PRESIÓN EN

OBRA (1.0 A 2 HRS) kg/cm2 Lb/pulg2 kg/cm2 Lb/pulg2

A - 5 5 71 7.5 107 A - 7 7 100 10.5 150

A - 10 10 142 15.0 214 A - 14 14 200 21.0 300 A - 20 20 284 30.0 4208

Figura 7.1 Bomba de prueba

43

Tabla 7.2. Volúmenes de agua admisibles en la prueba de bombeo

VOLUMENES DE AGUA ADMISIBLES PARA MANTENER LA PRESIÓN DE PRUEBA

DIAMETRO DEL TUBO

VOLUMENES DE AGUA ADMISIBLES EN LITROS POR HORA POR CADA 500 m DE TUBERIA

mm pulg. CLASE A-5

CLASE A-7

CLASE A-10

CLASE. A-14

CLASE A-20

75 3 7.0 100 4 7.08 8.18 10.03 11.58 150 6 10.64 12.26 15.03 17.32 200 8 14.19 16.35 20.06 23.12 250 10 17.71 20.48 25.06 28.98 300 12 21.27 24.56 30.05 34.73 350 14 24.79 28.65 35.09 40.51 400 16 28.35 32.74 40.08 46.29 450 18 31.91 36.83 45.12 52.08 500 20 35.43 40.92 50.11 57.86 71.17 600 24 42.54 49.09 60.14 69.41 85.37 750 30 53.14 61.39 75.17 86.81 106.78 900 36 63.78 73.66 90.20 104.16 128.12

1000 40 76.54 88.40 108.20 124.99 153.71 1100 44 91.85 106.08 124.84 149.96 184.45 1200 48 110.22 127.30 155.82 179.97 221.36 1300 52 132.26 152.76 186.98 215.96 265.63 1400 56 158.71 183.31 224.37 259.15 318.75 1500 60 190.45 219.97 269.24 310.97 382.49 1600 64 228.54 263.96 323.09 373.17 459.00 1700 68 274.25 316.76 387.71 447.80 550.79 1800 72 329.10 380.11 465.25 537.36 660.95 1900 76 394.92 456.13 558.30 644.84 793.15 2000 80 473.90 547.35 669.96 773.80 951.77

NOTA IMPORTANTE.- Para asegurar el mejor comportamiento de las tuberías de Fibrocemento clase “A”, respecto a su resistencia al aplastamiento, es indispensable se respeten las dimensiones de zanja, la altura de colchón y las especificaciones de los rellenos. Si por alguna razón no se cumple esto, principalmente si la altura del colchón es más de 2 m para D hasta de 900 mm y de más de 3 m para D de 1.000 a 2.000 mm, se deberá verificar su resistencia real para esas condiciones.

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BIBLIOGRAFÍA Comisión Nacional del Agua, Manual de Diseño de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, Libro V, 1ª Sección, tema: “Datos Básicos”, 1994, México. American Water Works Association, ANSI/AWWA - C -400 - 93 "Standard for asbestos - cement Distribution pipe, 4 in. Through 16 in. (100 mm Through 400 mm) nps, for water and other liquids, 1993, U.S.A. American Water Works Association, ANSI/AWWA - C -401 - 93 "Standard for the selection of asbestos - cement pressure pipe, 4 in. Through 16 in. (100 mm through 400 mm), for water distribution systems, 1993, U.S.A. American Water Works Association, ANSI/AWWA - C -402 - 89 "Standard for asbestos - cement transmission pipe, 18 in. Through 42 in. (450 mm through 1050 mm), for potable water and other liquids, 1989, U.S.A. American Water Works Association, ANSI/AWWA - C -403 - 89 “Standard for the selection of asbestos-cement transmission and feeder main pipe, sizes 18 in. Through 42 in. (450 mm through 1050 mm)”, 1989, U.S.A.

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ÁPENDICE A

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Para los efectos de esta Guía, se establecen las definiciones siguientes: Anillos de hule: Son los elastométricos que se usan como sello en las juntas de las tuberías, para lograr su hermeticidad y flexibilidad. Carga máxima de servicio: Es la suma de las cargas externas e internas, tanto estáticas como dinámicas la cual va a estar sometida la tubería en condiciones normales de trabajo en zanja. Coples: Son las piezas que, junto con los anillos de hule apropiados, forman la union flexible y hermética entre los tubos, Se fabrican, igual que los tubos respectivos . Diámetro efectivo: Es el diámetro interno real del tubo. Diámetro nominal: Es el diámetro interno real del tubo usado para la denominación comercial de los tubos, coples y anillos de hule. Espesor: Es el que tiene la pared del tubo en la parte maquinada. Junta: Es el conjunto de elementos (cople y anillos de hule), que constituyen le sistema de union flexible y hemetico para los tubos. Presión de trabajo: Es la presión interna máxima manométrica que debe soportar normalmente la tubería ya instalada. Tubería de fibrocemento: Son los conductos cilíndricos de sección anular circular, torneados en sus extremos, fabricados a partir de una mezcla homogénea de cementante hidráulico inorgánico, agua, fibras de amianto con o sin adición de otras fibras y/o modificadores de la matriz del producto y exenta de sustancias nocivas al agua. Clasificación de Los tubos de fibrocemento Los tubos de fibrocemento dependiendo de su presión de trabajo se clasifican en cinco clases básicas:

Tabla A.1. Clasificación

CLASE Presión interna de trabajo MPa (kgf/cm2)

A - 5 0,5 (5) A - 7 0,7 (7)

A - 10 1.0 (10) A - 14 1,4 (14) A - 20 2.0 (20)

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Tabla de conversión de unidades de medida al Sistema Internacional de Unidades (SI)

OTROS SISTEMAS DE UNIDADES

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) SE CONVIERTE A UNIDAD SÍMBOLO MULTIPLICADO

POR UNIDAD SÍMBOLO LONGITUD

Pie pie, ft.,‘ 0.3048 metro m Pulgada plg., in, “ 25.4 milímetro mm

PRESIÓN/ ESFUERZO

Kilogramo fuerza/cm2 kgf/cm2 98,066.5 Pascal Pa

Libra/pulgada2 lb/ plg2 ,PSI 6,894.76 Pascal Pa Atmósfera atm 98,066.5 Pascal Pa

metro de agua m H2O (mca) 9,806.65 Pascal Pa Mm de mercurio mm Hg 133.322 Pascal Pa

Bar bar 100,000 Pascal Pa FUERZA/ PESO Kilogramo fuerza kgf 9.8066 Newton N MASA

Libra lb 0.453592 kilogramo kg Onza oz 28.30 gramo g

PESO VOLUMÉTRICO

Kilogramo fuerza/m3 kgf/m3 9.8066 N/m3 N/m3

Libra /ft3 lb/ft3 157.18085 N/m3 N/m3

POTENCIA Caballo de potencia,

Horse Power

CP, HP

745.699

Watt

W

Caballo de vapor CV 735 Watt W VISCOSIDAD DINÁMICA

Poise μ 0.01 Mili Pascal segundo mPa.s

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

Viscosidad cinemática ν 1 Stoke m2/s (St)

ENERGÍA/ CANTIDAD DE CALOR

Caloría cal 4.1868 Joule J Unidad térmica británica BTU 1,055.06 Joule J

TEMPERATURA Grado Celsius °C tk=tc + 273.15 Grado Kelvin K

Nota: El valor de la aceleración de la gravedad aceptado internacionalmente es de 9.80665 m/s2

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