especificaciones tuberia acero

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COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA SUBDIRECCIÓN GENERAL TÉCNICA DISEÑO, SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE TUBERÍA DE ACERO PARA LÍNEAS DE CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE 1997 GERENCIA DE INGENIERÍA BÁSICA Y NORMAS TÉCNICAS

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COMISIN NACIONAL DEL AGUA

SUBDIRECCIN GENERAL TCNICA

DISEO, SELECCIN E INSTALACIN DE TUBERA DE ACERO PARA LNEAS DE CONDUCCIN DE AGUA POTABLE

1997

GERENCIA DE INGENIERA BSICA Y NORMAS TCNICAS

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INTRODUCCINEl presente Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, ser el instrumento de referencia y consulta de los proyectistas, dependencias, empresas y organismos operadores relacionados al sector agua potable para la elaboracin de los proyectos para las obras nuevas, reparaciones, mantenimiento o ampliaciones de lneas de conduccin de acero. En esta parte del Manual se cubren las lneas de conduccin de acero destinadas a la conduccin de agua potable y residuales, que comprende desde la obra de toma hasta los tanques de regulacin para su distribucin. En apoyo al Programa Nacional Hidrulico, donde se plantea a necesidad de incrementar y mejorar los servicios de agua a nivel nacional, se vio la necesidad de elaborar el presente Manual, con el propsito de proporcionar a los tcnicos relacionados con la materia, los lineamientos para la elaboracin de los proyectos estructurales de las lneas de conduccin utilizados en los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento. En el presente Manual se han recopilado el material y las normas actualizadas, tanto nacionales como extranjeras, que rigen a este tipo de estructuras y que se consideran tiles para el diseo estructural de las lneas, procurando reunirlas en una sola publicacin, dando las recomendaciones que se consideran pertinentes para lograr un buen diseo y construccin. Se anexan tablas y figuras para proporcionar un auxiliar de diseo al proyectista, as mismo se incluye bibliografa de la literatura consultada y que puede resultar de ayuda al usuario para lograr una mayor profundidad en algn tema en especifico al aplicar sus conocimientos. E] contenido de este Manual esta ntimamente relacionado con las diferentes reas que rigen a las lneas de conduccin, por lo que para el diseo funcional, mecnico, hidrulico y geotcnico debern consultarse las diferentes secciones. El presente Manual esta dividido en dos partes. La primer a contiene la parte terica y los procedimientos recomendados; la segunda es una gua con el propsito de ilustrar la aplicacin del Manual. En la primera parte se establecen algunas consideraciones generales como son el alcance, campo de aplicacin, definiciones, normas y cdigos aplicables, materiales y bases de diseo. Se indican tambin las acciones internas y externas tanto en la tubera area como superficial. En lo referente al anlisis y diseo se incluyen secciones para fa determinacin del espesor de pared del tubo; deflexin vertical y pandeo para lneas enterradas; clculo, combinacin y esfuerzos permisibles para tubera superficial; tipos de soportes, atraques, juntas de expansin y refuerzos en conexiones. Se dedica un captulo a las obras especiales que se encuentran en los proyectos de lneas de conduccin de agua. Dichas obras especiales consisten en cruces con otras Ineas, carreteras, ferrocarriles, ros, pantanos y barrancas.

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Aunque comnmente no se presentan lneas de conduccin de agua en el mar, en algunos casos especficos podra requerirse de un diseo de este tipo, por lo que se incluye un capitulo sobre el diseo de Ineas submarinas. Tambin se dedica un capitulo a la corrosin que se presenta en las tuberas de acero. Los ltimos captulos tratan sobre el transporte instalacin, prueba, soldadura de uniones, inspeccin y mantenimiento. En la segunda parte se desarrolla un ejemplo de una lnea terrestre, cubrindose los aspectos principales que intervienen en el anlisis y diseo. Tambin se presenta un ejemplo del diseo de una lnea submarina. AI final de la gua se incluyen diagramas de flujo que pueden utilizarse en las diferentes etapas del proyecto.

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PARTE

UN0

MANUAL DE ANALISIS Y DISENO DE TUBERIA DE ACERO PARA LINEAS DE CONDUCCION DE AGUA POTABLE

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CAPITULO 1. CONSIDERACIONES CENERALES1.1 ALCANCE E] presente manual tiene como propsito establecer los requisitos mnimos de seguridad que deben cubrirse para el diseo y seleccin de material, as como los lineamientos generales para la construccin, prueba, inspeccin y mantenimiento de tuberas de acero destinadas a la conduccin de agua; que comprende desde la obra de torna, hasta los tanques de regulacin para su distribucin. Adems de lo indicado en este manual, deben cumplirse los requisitos establecidos por la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, y por Ferrocarriles Nacionales de Mxico, cuando la lnea de conduccin interfiera con las vas de comunicacin. Cuando por condiciones especiales deban cumplirse requisitos de seguridad ms estrictos, es conveniente que stos se especifiquen en las bases de diseo indicadas en el captulo 4 Bases de diseo" del manual. Asimismo, se establece que el cumplimiento de todos los lineamientos estipulados en el manual, no exime al contratista de su responsabilidad para proporcionar un producto capaz de cumplir con el servicio deseado. Cabe sealar que en este manual no se incluyen los aspectos hidrulicos del diseo, como son los clculos de las prdidas de energa por friccin, resistencia al flujo, dimetro econmico de la tubera, etc. 1. 2. CAMPO DE APLICACIN. Los lineamientos especificados en este manual son aplicables a los proyectos y construccin de tuberas de acero para la conduccin de agua de 6 de dimetro y mayores. 1.3. DEFINICIONES. ABRASION: Proceso de raspar, esmerilar o desgastar por friccin. ACERO: Aleacin maleable de hierro y carbono que contiene generalmente ciertas cantidades de manganeso. ACERO AL CARBN: Aleaciones de fierro y carbono con un contenido de este ltimo elemento de 0.08% a 2% en peso. ACERO CALMADO: Acero desoxidado por un fuerte agente desoxidante como Si o AI. AFINIDAD: Facilidad de reaccin entre dos o ms elementos. ALARGAMIENTO MNIMO ESPECIFICADO: Es el alargamiento mnimo, expresado, en por ciento, de una longitud calibrada en el espcimen para la prueba de tensin prescrita por la especificacin, bajo la cual se adquiere el material de la fbrica.

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ALEACIN: Es la combinacin de otros elementos con un metal, con el fin de reaIzar sus propiedades. ALTO HORNO: Horno, de tiro en el que se quema combustible slido con una inyeccin de aire, para fundir mineral en una operacin continua. AMPERAJE: Rango de la corriente elctrica, cuya unidad es el ampere. ARCO: Es el proceso mediante el cual se crea un efecto que se produce cuando el electrodo o material de aporte hace contacto con la pieza. AI cerrar el circuito y separar los conductores se origina el arco elctrico. AREA HIDRAULICA: Superficie de la seccin transversal que ocupa el lquido dentro del ducto, canal, re, etc. ARRABIO: Hierro de primera fusin. ATESTIGUAR: Observacin o verificacin de una prueba o accin mediante la presencia fsica. BASES DE DISENO: Es la informacin que se debe proporcionar para que pueda desarrollarse un proyecto. BISEL: Preparacin de las superficies del material a soldar. CALIZA: Mineral de calcio, que se utiliza principalmente como desoxidante. CEMENTADO: Aleacin ferrosa. Porcin exterior que se ha endurecido ms que la parte interior o corazn por cementacin. COLADA: Vaciar metal fundido dentro de un molde para producir un objeto de una forma deseada. CONCAVIDAD INTERNA: Es la distancia perpendicular entre una extensin de la superficie de la pared del tubo y el punto ms bajo del rea del cordn de soldadura. COQUE: Carbn altamente resistente a la compresin a temperatura elevada, que se utiliza en hornos metalrgicos, no solo como combustible sino tambin para soportar el peso de la carga. CORRIENTES PARASITAS: Corrientes que fluyen a travs de otros medios diferentes del circuito. CORROSION: Es un ataque destructivo de los metales que puede ser de naturaleza qumica o electroqumica. CORROSION ATIVIOSFCRICA: Es la que se genera por causas del medio ambiente, y generalmente se presenta en instalaciones areas.

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CORROSION LOCALIZADA: En este tipo de corrosin ni la superficie ni el medio son homogneos, los productos insolubles generados se precipitan, formando pelculas en la superficie del metal, las cuales no son uniformemente perfectas. CRISOL: Vasija hecha de material refractario o de un metal con alto punto de fusin, que se utiliza para fundir metales u otras substancias. DEFECTO: Una condici6n que menoscaba la calidad de un producto total o una parte. DEFORMACIN: Medida del cambio de la forma del cuerpo, referido a su tamao original. DEPOSITO SOL.: (Depsito de electrodo)- EI peso en gramos de un electrodo que se deposita por unidad de longitud del mismo. DERECHO DE VA: Franja de terreno de ancho mnimo, requerida para la construccin, reconstruccin, ampliacin, proteccin y, en general, para el uso adecuado de una lnea de conduccin o alguna va de comunicacin. DESGASIFICANTE: Substancia que se puede agregar al metal fundido para eliminar gases solubles, los cuales de otra manera quedaran absorbidos o entrampados en el molde durante la solidificacin. DESOXIDANTE: Substancia que puede ser agregada al metal fundido, con el fin de eliminar el oxgeno libre combinado. DISCONTINUIDAD: Defecto de un material, causado por fracturas o deformaciones.. DUREZA: Resistencia de un metal a la deformacin plstica, regularmente por identacin. EFECTO DINMICO.- Desplazamientos y esfuerzos inducidos por cargas que varan con el tiempo; por ejemplo, vibracin de bombas y equipos rotatorios, sismos, etc. ELSTICO: Un material puramente elstico es aquel que cumple con la ley de Hooke, donde el esfuerzo cortante es proporcional a la deformacin unitaria de corte. ELECTRODO: Se conoce como material de aporte, el cual se utiliza para la unin de dos materiales, mediante el proceso de fundicin del mismo. ELONGACIN: Es una indicacin de la ductilidad del material. ESCORIA: Producto no metlico que resulta de la disolucin mutua de fundente e impurezas no metlicas, aunadas a la fusin o refinacin del acero. ESFUERZO: Fuerza dividida entre el rea de la seccin transversal del material. ESFUERZO A LA TENSIN: Es la carga axial transversal original del espcimen de prueba. dividida entre el rea de la seccin

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ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL: Es el esfuerzo producido por la presin de un fluido en la pared de un tubo, que acta circunferencialmente en un plano perpendicular al eje longitudinal del tubo. ESFUERZO RESIDUAL: Esfuerzo presente en un cuerpo que est libre de fuerzas externas o gradientes trmicos. ESPECIFICACIN DE UN MATERIAL: Parmetro que indica el servicio para el cual esta' destinado un material, generalmente sealado por una norma de fabricacin, por ejemplo: tubera API 51- X42 es la especificacin para tubera de alta resistencia grado X42. EUTECTICO: Es una reaccin isotrmica reversible, en la cual una solucin liquida es convertida en dos o ms slidos ntimamente mezclados en el enfriamiento; siendo el nmero de slidos formados igual al de componentes del sistema. EXPRESIN: Conformacin de un metal por compresin, al hacerlo fluir a travs de un dado o molde. FALLA: Fluencia o fractura que sufre un elemento al ser expuesto a esfuerzos. FATICA: Es el deterioro gradual de un material que est sujeto a cargas repetidas. FORJA: Mtodo de trabajo en caliente para la formacin de piezas. FRACILIDAD: Calidad de un material, que conduce a una propagacin de rotura sin una apreciable deformacin plstica. FUNDENTE: Es un material que se usa para quitar substancias indeseables como arena, cenizas y polvo, en la forma de una mezcla fundida. FUSIN: Es la unin de elementos. Qumicos en estado liquido, para modificar sus propiedades. GRADIENTE TERMICO: Diferencia de temperatura entre dos puntos. HIERRO: Elemento 26 de la tabla peridica; los materiales a base de ste, no se comprenden en la clasificacin de aceros. HIERRO COLADO: Hierro que contiene carbn en exceso de la cantidad soluble, en austenita a la temperatura eutectica. HORNO DE CORAZN ABIERTO (HOGAR): Horno de fundicin de reverbero con un hogar superficial y techo bajo. Se utiliza para la fabricacin de aceros estructurales. IMPUREZA: Substancia no deseable en un compuesto.

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INERTE: Substancia sin actividad qumica LAMINA: Producto de metal rolado plano, de cierto espesor mximo y ancho mnimo, dependientes arbitrariamente del tipo de metal. LAMINACIN: Metal defectuoso con separaciones o partes debilitadas, que en general estn alineadas paralelamente a la superficie de trabajo del metal. LINGOTE: Vaciado adecuado para trabajarse o refundirse. MALEABLE: Caracterstica de los metales que permite deformaciones plsticas en compresin o tensin sin ruptura. MANDATORIO: Reglas y formas que describen el cumplimiento de un proceso definido. MANDRIL: Barra que se emplea para retener la cantidad en productos de metal huecos mientras se trabaja; barra alrededor de la cual otro metal puede ser fundido, doblado o laminado. MANIPULAR: Accin de controlar o dirigir. MAQUINADO: Proceso o mtodo de fabricacin del material, para darle cierta forma. METAL BASE: Es el metal presente en mayor proporcin en una aleacin o metal que va a ser soldado. MOLDE: Forma hecha en metal, arena u otros materiales, la cual contiene una cavidad dentro del cual el metal fundido es vaciado para producir un colado de formas definidas. NDULO: Aglomeracin esfrica de carbono en la estructura del hierro. OBRAS DE CONDUCCIN: Se requieren para conducir o llevar el agua captada desde su fuente hasta el lugar de su almacenamiento, tratamiento o distribucin. Pueden ser por gravedad, para lo cual se emplean tuberas y canales; o por bombeo, a travs de tuberas. OVALAMIENTO: Prdida de concentricidad de un tubo. OXIDACIN: Reaccin mediante la cual se produce un incremento de valencia, como resultado de una prdida de electrones. PENETRACIN: Desplazamiento interno que se emplea en mquinas de forjado horizontal, para la produccin de piezas. PLANCHN: Pieza de metal, intermedio entre el lingote y la placa, cuyo ancho, es dos veces mayor que el espesor.

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PLSTICO: Propiedad que tienen los metales para ser moldeados y modelados permanentemente. POLARIDAD: Sentido de conduccin de la corriente elctrica. POSICIN DISMIL: Posicin diferente. PRESIN DE DISEO: Es la presin mxima permitida y determinada por los procedimientos aplicables al diseo y a los materiales. PRESIN DE PRUEBA MXIMA PERMITIDA: Es la presin interna mxima de un fluido permitida por este manual para efectuar fa prueba hidrosttica del ducto. PRESIN MAXIMA DE OPERACIN: Es la presin mxima que se tiene cuando el flujo en el ducto es del 100% durante el ciclo anual de operacin normal. No debe exceder la presin de diseo. PROTECIN DE SOBREPRESIN: Es fa que proporciona un equipo o aparato instalado, con el propsito de impedir que una presin superior a un valor determinado se presente en una lnea de conduccin. PRUEBAS DESTRUCTIVAS: Son aquellas en las que las propiedades fsicas de un material son alteradas y sufren cambio en la estructura. Generalmente se emplean para medir propiedades fsicas del material, como la resistencia, o para observar su comportamiento en condiciones extremas, como la prueba de doblez. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS: Son aquellas en las que las propiedades fsicas de un material no se alteran ni sufren cambio en su estructura. Estas pruebas se aplican para medir propiedades del material, y, con mayor frecuencia, para detectar la presencia de defectos internos o externos. PUENTEO ELCTRICO: Es una conexin metlica diseada para el control del intercambio de la corriente elctrica entre estructuras metlicas. PUNTO EUTECTICO: Temperatura de transformacin de estructuras cristalinas (996.15 K o 723 C) REFINACIN: Purificar metales crudos o impuros. RELEVADO DE ESFUERZO: Es un tratamiento trmico de revenido o de normalizacin, que se aplica para aliviar a los materiales de tensiones residuales originadas por esfuerzos internos, inducidos durante los procesos a que son sometidos en la fabricacin, construccin y reparacin. RESINAS EPXICAS: Resina compuesta que se utiliza en recubrimientos de tipo esmaltado y se aplica despus del primario. RESISTENCIA A LA FLUENCIA: Es el esfuerzo especficamente delimitado al desviarse la proporcionalidad lineal de los esfuerzos y las deformaciones. Cuando el material no

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presenta un comportamiento lineal, la fluencia se define como el esfuerzo medido cuando el material alcanza una deformacin predeterminada. RESISTENCIA MNIMA ESPECIFICADA A LA FLUENCIA: Es la resistencia mnima a la fluencia, establecida por la norma aplicable. RESISTENCIA MINIMA ESPECIFICADA A LA TENSIN: Es la resistencia mnima a la tensin, acorde con las normas bajo las cuales se ha fabricado el material. REVENIDO: Es un tratamiento mediante el cual se calienta el material entre 513.15K y 998.1 5K (240C y 72 5C), para despus enfriarse lentamente. ROLADO: Reduccin del rea seccional de un metal; darle cualquier otra forma a productos metlicos por medio del uso de rodillos giratorios. SEGREGACIN: Distribucin no uniforme de elementos de aleacin, impurezas o microfases. SOCAVACIN: Surco que se produce en el metal base adyacente al borde de la soldadura, y que queda sin rellenar por el metal de aporte. SOLAPA: Placa de refuerzo. SOLDABILIDAD: Adaptabilidad de un metal para unirse bajo condiciones especificas. SOLDADURA: Es la unin de metales que se produce por calor a temperatura apropiada, seguida de solidificacin, con o sin aplicacin de presin y de metal de aporte. SOLDADURA A TOPE: Es la soldadura que se deposita en la ranura entre dos elementos situados en el mismo plano (o tope), cuyos bordes estn en contacto. Pueden ser rectangulares, en "V" (simple o doble) o en V (simple o doble) SOLDADURA AUTOMATICA: Soldadura con equipo que realiza toda la operacin de soldado sin una observacin y ajuste constante de los controles por parte de un operador. SOLDADURA DE ALUMINIOTERMIA: Consiste en una mezcla pulverizada de xido de cobre, aluminio y plvora, que se activa mediante una chispa y se utiliza en campo para soldar conductores elctricos a estructuras metlicas. SOLDADURA DE FILETE: Soldadura de seccin triangular, depositada entre dos superficies en Angulo recto, en una junta a traslape o en te. SOLDEO: Accin de soldar. SOPORTE: Elemento que soporta cargas estticas, dinmicas de la tubera y equipos al cual estn asociados.

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SUPLEMENTARIO: Reglas y normas opcionales para el cumplimiento de un proceso definido. TOCHO=BILLET: Producto slido, redondo o cuadrado, que puede ser trabajado en caliente por forja, laminado o extrusin. TRABAJO EN FRO: Deformacin permanente que se genera por una fuerza externa en un metal, abajo de su temperatura de recristalizacin. TUBO CON SOLDADURA EN ESPIRAL: Se produce rolando la placa, de manera que los extremos por soldar formen una hlice alrededor del tubo. Se fabrica soldado por fusin elctrica, junta a tope, de traslado y plegada. Especificaciones tpicas: NMX-13-1 82 (ASTM A-1 34) NMX-13-1 83-(ASTM A 139) NMX-13-507 (AP 5L B 507 NMX-13-1 77 (ASTM A-53) NMX-13-54 (ASTM A-211)

TUBO EXPANDIDO EN FRIO: Es un tubo de fbrica, con o sin costura, formado y expandido en fri, de manera que la circunferencia se incremente, permanentemente, mnimo un 0.5%. TUBO SIN COSTURA: Tubo cuya fabricacin es a partir de un lingote caliente y se produce por alargamiento basado en el golpeteo de un mandril que va formando el tubo, si es necesaria se le da un terminado en fro. Especificaciones tpicas: NMX-13-1 77 NMX-13-1 78 NMX-13-507 TUBO SOLDADO CON DOBLE ARCO SUMERCIDO: Tubo que tiene una junta a tope longitudinal, soldada a dos pasos, uno de los cuales es por el interior del tubo. La coalescencia se produce por el calentamiento de un arco o arcos elctricos entre el metal del electrodo desnudo y la pieza que se trabaja. La soldadura se protege con una cubierta de material granular, no se aplica presin y el metal de aporte se obtiene de los electrodos, tanto por el lado exterior como por el interior. Especificaciones tpicas: ASTM A381 NMX-13-507 TUBO SOLDADO POR RESISTENCIA ELCTRICA: Tubo elaborado con placa en tramos individuales, o en produccin continua, usando placa en rollo para cortar tramos de tubo subsecuente. Se sueldan longitudinalmente en una junta a tope, en donde se produce la coalescencia por el calor obtenido de la resistencia del tubo al flujo de la corriente elctrica en un circuito, en el cual el tubo es parte y adems por prensado de la junta. Las especificaciones tpicas de estos tubos son las siguientes: NMX-13-177 NMX-13-184

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NMX-13-507

VLVULAS DE ADMISIN Y EXPULSIN DE AIRE: Tienen por objeto admitir o eliminar el aire que se va almacenando en las partes altas de las curvas verticales de las Ineas de conduccin de agua potable. Este aire puede reducir parcialmente la eficiencia de la lnea. El aire en el interior se origina porque las bombas lo inyectan o porque se va liberando el que va disuelto en el agua. VALVULAS DE SECCIONAMIENTO: Dispositivo que se utiliza para aislar tramos de tubera para reparacin, mantenimiento o emergencia del ducto, y que se encuentra ubicada segn proyecto. 1.4 NORMAS Y CODIGOS APLICABLES Con relacin a los requisitos para los materiales, fabricacin, pruebas, inspeccin, reparacin, identificacin y transporte, el manual hace referencia a las secciones aplicables de las ltimas ediciones de los siguientes cdigos y normas: a) NW-B-507-1994.- Tubera de lnea. b) API 1104.- Soldaduras de tuberas e instalaciones relacionadas. c) API 1111.- Prctica recomendada para el diseo, construccin operacin y mantenimiento de tuberas de hidrocarburos costafuera. d) ASME B31.1. - Tubera para manejo de vapor en sistemas de generacin de energa. e) ASME Seccin IX.- Recipientes y calderas a presin. Calificacin procedimientos de soldadura. f) NMX-B-252-1995. - Requisitos Generales para Planchas, Perfiles, Tabla, estacas y Barras de Acero Laminado para Uso Estructural.

g) NMX-B-254-1993 Acero Estructural. h) NMX-B-1 77-1989. - Tubos de Acero con o sin Costua, Negros o Galvanizados por Inmersin en Caliente. i) NMX-B-281-1 994. - Planchas y Perfiles de Acero al Carbono para uso Estructural, con Baja e Intermedia Resistencia a la Tensin. NMX- B-347-1 989. - Lmina de Acero al Carbono Laminada en Caliente, para Uso Estructural.

j)

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k) NMX-B-284-1994.-Acero Niobio-Vanadio. l)

Estructural

de

Alta

Resistencia,

Baja

Aleacin

al

NMX-1-1-1 71- Procedimientos para Soldar Acero Estructural.

m) AWWA C203- Estndar para recubrimientos protectores. Interiores y exteriores de alquitrn de hulla, para tuberas de acero para transporte de agua, esmalte y cinta, aplicado en caliente. n) AWWA M1 L- Tubera de acero-gua para el diseo e instalacin. o) DNV Reglas para, el diseo, construccin e inspeccin de tubera submarina y ductos ascendentes. donde: A.P.l. A.S.M. A.S.T.M A.W.S. A.W.W.A. D.N.V. American Petroleum Institute. American Society of Mechanical Engineers. American Society for Testing and Materials. American Welding Society. American Water Works Association. Det Norske Veritas.

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2.3.2 Propiedades. El neopreno es uno de los elastmeros de mayor uso en ingeniera ya sea en diseo, construccin o manufactura, las propiedades fsicas o mecnicas tpicas del neopreno son las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5) Dureza, Shore-A 705 Puntos Resistencia a la tracci6n 19.99 MPa Alargamiento, 990% Compresin fija 35% Cambios debido a la inmersin en combustible, aceite ASTM No. 1 Resistencia a la traccin -30% Alargamiento -30% Dureza Shore A +10 Resistencia al ozono 100% 2.3.3 Aplicacin en tuberas. EI neopreno se utiliza principalmente en tuberas superficiales de acero como aislante entre los soportes de concreto o de metal y la tubera; Aunque tambin se puede utilizar como amortiguador de esfuerzos en tuberas que requieren flexibilidad. La seleccin de la placa de neopreno por utilizar (espesor y dureza) es funcin del dimetro y peso de la tubera; sin embargo, sta se rige por la prctica comn. Por ejemplo, para Ineas de 1,219.2 (48 pulg) de dimetro se emplea placa de una pulgada de neopreno. 2.4 RECUBRIMIENTOS 2.4.1 Recubrimientos para tuberas superficiales. Las tuberas superficiales estn sujetas a corrosin externa e interna, debido principalmente a su exposicin al medio ambiente y agua. No obstante, una forma de prevenir la corrosin es mediante la aplicacin de recubrimientos anticorrosivos. En esta seccin se exponen los sistemas de recubrimientos anticorrosivos que pueden ser empleados en los diversos componentes que estn sujetos a corrosiones interna o externa. Es importante aclarar que las tablas 2.5 a 2.8 son nicamente una gua para la seleccin del recubrimiento anticorrosivo, por lo que la opcin definitiva debe contemplar un anlisis detallado de factores tales como; propiedades qumicas del recubrimiento, cualidades ecolgicas, facilidad de aplicacin en campo, costo, facilidad de reparacin, etc. 2.4.1.1 Medios corrosivos. A continuacin se indican algunos medios que pueden favorecer la corrosin de estructuras y tuberas metlicas : Ambiente hmedo con o sin salinidad y gases derivados del azufre

6)

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Tpico de zonas con humedad relativa mayor a 60%, puertos y refineras. Exposicin con agua no potable. Son las condiciones interiores de tanques y tuberas para agua no potable Exposicin con agua potable Son las condiciones interiores de tanques y tuberas para agua potable Exposicin a destilados tratados Son las condiciones interiores de tanques para destilados dulces en las refineras, plantas y terminales de almacenamiento. 2.4.1.2 Proteccin. En las tablas 2.5 a 2.8 se describen las caractersticas de los sistemas de proteccin para cada condicin de medio corrosivo, y adems se incluyen el tipo de preparacin de la superficie, tipo de primario y acabado, nmero de capas y espesor en milmetros de pelcula seca por capa, as como el sistema de aplicacin que se recomienda 2.4.2 Recubrimientos para tuberas enterradas Para combatir la corrosin externa en tuberas enterradas que operan a baja temperatura (menor de 333.1 5OK (60 C)), comnmente se emplea alquitrn de hulla aplicado en caliente, el cual consiste de pintura primaria seguida por una capa de esmalte de alquitrn de hulla, reforzada con una capa de fieltro de fibra de vidrio. Este recubrimiento se protege con una capa final de encalado resistente al agua o con una envoltura de papel "kraft", para el caso de esmaltado en planta.

2.4.2.1 Pintura primara. Este tipo de pintura consiste de alquitrn de hulla residual negra y aceites de alquitrn de hulla refinado; no debe contener benzol u otros solventes voltiles o txicos, debe pasar las pruebas descritas en AWWA C-203, y satisfacer las caractersticas de la tabla 2.9 El esmalte no debe contener asfalto o algn otro derivado del petrleo, adems se debern marcar en sus envases los datos siguientes; Esmalte slido a base de alquitrn de hulla, temperatura ptima de aplicacin, temperatura mxima de calentamiento, tiempo mximo antes de usarlo, resistencia dielctrica en volts para un espesor de 24.0 mm (3/32 pulg) y nombre del fabricante. Aplicacin de pintura primaria y esmalte

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La pintura. primaria se puede aplicar con brocha, por aspersin o con maquina viajera, y debe ser uniforme, libre de chorreaduras, goteo, discontinuidades de espesor o cualquier otro defecto que interrumpa dicha uniformidad. Las superficies pintadas se deben proteger contra la humedad, lluvia, polvo u otra materia extraa durante la aplicacin del esmalte. 2.4.2.2 Aplicacin de fieltros. Los fieltros, deben estar debidamente secos, con el fin de evitar que durante la instalacin se produzcan gasificaciones o vacos en la capa de esmalte debajo del fieltro. El fieltro debe ser de un ancho apropiado al dimetro del tubo, uniforme, y aplicarse en espiral y con un traslape no menor de 25.4 mm (1 pulg).

TABLA 2.5 SISTEMAS RECOMENDADOS PARA CADA TIPO DE EXPOSICION TABLA 2.6 SISTEMAS RECOMENDADOS PARA CADA TIPO DE EXPOSICIN TABLA 2.7 SISTEMAS RECOMENDADOS PARA CADA TIPO DE EXPOSICION TABLA 2.8 SISTEMAS RECOMENDADOS PARA CADA TIPO DE EXPOSICIN TABLA 2.9 CARACTERISTICAS DEL ESMALTE DE ALQUITRAN DE HULLA

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donde: nr es el coeficiente radial La condicin de tubo parcialmente llen causa mayores esfuerzos que la condicin de tubo lleno, cuando k es menor que la unidad. El valor de SL que se muestra en la ecuacin (6.2 5), multiplicada por nL produce un esfuerzo longitudinal mayor que para la condicin de tubo lleno. De la misma manera, si Sr es multiplicado por nr, produce el mximo esfuerzo radial por flexin (expresin 6.24). Como el esfuerzo Sbo por flexin es cercano a cero, el cual resulta de la ecuacin (6.26), mientras que con la ecuacin (6.27) se pueden permitir esfuerzos longitudinales relativamente mayores para la condicin de tubo parcialmente lleno. En el anillo rigidizante, el momento mximo para condicin de tubo parcialmente lleno es 3.88 veces el valor del momento para tubo lleno, cuando se tiene un valor de 0.04 de /R (valor que da el momento mnimo para condicin de tubo lleno). Esto no es tan serio como aparenta ser a primera vista, debido a que las suposiciones que condujeron a tomar un valor de 3.88 son conservadoras, y a que existen varias condiciones y fuerzas cuando el tubo est completamente Reno, las cuales no estn presentes cuando el tubo est parcialmente lleno. Por esta razn, los esfuerzos cercanos al puntos de fluencia pueden ser permitidos para las condiciones poco frecuentes de vaciado y llenado de la tubera. El espesor de pared y anillo rigidizante debe ser analizado para la condicin del tubo parcialmente lleno. 6.6 ATRAQUES En las lneas de conduccin se presentan cambios de direccin, si la lnea es area y utiliza juntas de expansin, se requerir utilizar atraques para resistir las fuerzas que se generan en los cambios de direccin horizontales como verticales, as mismo, en los cruces con barrancas donde puede existir una pendiente muy pronunciada. Estos puntos se modelan como empotres, restringiendo todos sus posibles movimientos con atraques que absorban las fuerzas axiales que produzca la tubera en operacin (fotografa 6.4). Para lograr que el atraque contribuya a contrarrestar las fuerzas que produce la tubera, ser necesario anclarla como se indica en la figura 6.13. Para conseguir mayor resistencia del atraque al volteo y disminuir el tamao del bloque, pueden instalarse anclas al terreno, siempre y cuando las condiciones de ste lo permitan. Los anclajes se debern disear para soportar todas las fuerzas, tanto verticales como horizontales, que se presenten. Deber considerarse un factor de seguridad al volteo y deslizamiento no menor de 2.0 (ver referencia 5). Se har un anlisis considerando las condiciones y combinaciones de carga que sean ms desfavorables, incluyendo en ste la accin de accesorios tales como vlvulas de desfogue, juntas de expansin, etc.

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FOTOGRAFIA

6.4

6.6.1 Fuerza por cambio de direccin Cuando deba disearse un atraque en los puntos donde se tenga un tapn o una "T", la fuerza que se presenta por presin hidrosttica se calcula de la siguiente manera: Fr = Pi A (6.36)

donde: es la fuerza debida a la tapa o una "T (N) Fr Pi es la presin interna mxima (Pa) A es el rea de la seccin transversal de la tubera, en caso de ser una "T", el rea corresponde a la seccin transversal del ramal (m2) Cuando el atraque se coloque en un cambio de direccin, la fuerza resultante se obtiene: Fr = (2 A P i) sen 2 (6.37)

donde: es el ngulo de deflexin del codo(rad) se muestra en la figura 5.3. Una solucin para el diseo del atraque en el cambio de direccin en tubera area horizontal es considerar la tubera ahogada en el atraque de concreto, otra solucin podra ser anclar la tubera al bloque de concreto a travs de anillos rigidizantes. La eleccin del tipo de atraque depender de cada caso en particular. 6.6.2 Fuerza en pendiente En este caso se considera la fuerza hidrulica originada por el cambio de direccin (frmula 6.37) ms el debido al empuje por la pendiente. El empuje ejercido en el atraque aguas arriba se calcula de acuerdo a (ver figura 6.13):

E1 = q1 L1 sen 1 y el empuje aguas abajo se calcula con la siguiente frmula: E2 = q2 L2 sen 2

(6.38)

(6.39)

donde: es la componente del peso en la direccin paralela a la lnea aguas arriba(N) E1 E2 es la componente del peso en la direccin paralela a la lnea aguas abajo(N)

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q1 y q2 es la masa de la tubera por metro de longitud, aguas arriba y aguas abajo, respectivamente(N) L1 y L2 es la longitud entre el atraque y la junta de expansin(m) 1y 2 es el ngulo de inclinacin de la lnea, aguas arriba y aguas abajo(rad) Para el diseo del atraque, se considera la suma de las fuerzas de las secciones 6.6.1 y 6.6.2. Para el diseo de atraques en tuberas inclinadas, existen varias soluciones, entre las cuales se puede considerar la tubera anclada al bloque de concreto a travs de anillos rigidizantes, y de ser necesario se instalaran, anclas al terreno con el propsito de disminuir el volumen de concreto (ver figura 6.13). 6.6.3 Cambio de seccin En tuberas donde se necesite un cambio de seccin, se genera una fuerza por presin hidrosttica radial, la cual se determina de la siguiente forma: Fr = P i (A 21 - A 22) donde: A1 y A2 es el rea de la tubera antes y despus de la reduccin respectivamente (m) Fig. 6.13 Atraque en una tubera con cambio de pendiente 6.7 JUNTAS DE EXPANSIN Las juntas de expansin se emplean en tramos rectos de tubera superficial para absorber los desplazamientos por temperatura. Las juntas permiten suficiente movimiento de expansin y contraccin (fotografas 6.5 y 6.6). En lneas de conduccin instaladas en terrenos planos, las juntas de expansin deben colocarse en medio de dos atraques. En terrenos inclinados, las juntas normalmente se colocarn cercanas al atraque, del lado cuesta abajo (ver fig. 6.13). La localizacin y espaciamiento de las juntas de expansin se debe determinar en funcin de los requerimientos y del perfil topogrfico. En puentes, la localizacin de las juntas de expansin deber ser acorde con la ubicacin de las juntas de expansin de la estructura del puente. Normalmente se instalan juntas de expansin del tipo caja empaque, la cual consiste en anillos de hule instalados en medio de camisas, permitiendo un cierto movimiento en la tubera. Cuando se instala una junta de expansin, el movimiento permitido debe ser establecido dependiendo de la longitud del tubo y el gradiente de temperatura del lugar, de acuerdo a la siguiente expresin (ver fig. 6.1) L = (1.17x10-5) L (t) donde: (6.40)

(6.41)

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1.17x15-5 es el coeficiente de expansin para tubera de acero por cada K L es el incremento o decremento de la longitud (m) L es la longitud de tubera analizada (m) t es el gradiente de temperatura (K) Para el anlisis de deformacin por efecto de la temperatura en operacin se recomienda que como mnimo se tome un gradiente de temperatura de 20 K. Tambin se recomienda que se efecte un anlisis considerando la tubera vaca en el proceso de construccin, ya que sta situacin es ms crtica que cuando la tubera conduce agua. FOTOGRAFIA FOTOGRAFIA 6.8 REFUERZO EN CONEXIONES Los ramales son necesarios para dividir el flujo de una tubera. No tienen la misma resistencia a la presin interna que tiene un tramo recto del mismo dimetro y espesor. Lo anterior se debe a que se remueve una porcin de pared de las tubera para dar lugar a la conexin. En la mayora de las tuberas de conduccin de agua, el espesor que se utiliza es mayor que el requerido por presin internas. Cuando se tenga un ramal se verificara si ste requiere refuerzo y de que tipo. Los ramales pueden reforzarse de varias maneras para resistir la presin interna. Los refuerzos tpicos son las solapas, envolventes y placas. El esfuerzo de diseo en el refuerzo no debe exceder al esfuerzo circunferencial actuante en la tubera principal. El tipo de refuerzo puede determinarse por la magnitud del valor de la relacin presin-dimetro (VPD) y la relacin del dimetro del ramal al dimetro del cabezal (d/D). El VPD se calcula como: Pde2 De sen2 6.5 6.6

VPD =

(6.42)

donde: P de De

es la presin de diseo (MPa) es el dimetro exterior del ramal (mm) es el dimetro exterior del cabezal (mm) es el ngulo de deflexin del ramal (rad)

Para VPD mayores de 1,050, el refuerzo debe consistir de una placa. Para VPD menores de 1,050, el refuerzo debe ser una solapa o una envolvente, dependiendo de la relacin d./De.

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Para una relacin de /De mayor de 0.7, se debe utilizar una envolvente, y para una relacin menor de 0.7 una solapa o una envolvente. La relacin d /D no toma en cuenta el ngulo del ramal como en la determinacin del VPD, ya que el factor determinante es la dimensin circunferencial. La seccin transversal de acero removida en el cabezal se reemplaza en forma de solapa o envolvente. EI rea de refuerzo requerida A4 bajo presin interna es igual a (ver figura 6.14): A4 = A3 - A2 -Al = 2w T Siendo: A3 = M Tr (de - 2t y) / sen A2 = (de - 2ty ) (Ty - Tr) / sen A1 = 5ty (ty -tr) / sen Tr = Pi De 2Sp tr = Pi De 2Sp (6.44) (6.45) (6.46) (6.47) (6.43)

(6.48)

donde: representa la seccin del cabezal removida para el ramal(mm2) A3 A2 representa el rea de exceso en el espesor del cabezal(mm2) A1 representa el rea de exceso en el espesor del ramal(mm2) w es el ancho de la solapa o envolvente, la cual no ser menor de 0.33de/sen( rad) , ni mayor de 0.5d /sen( rad) T es el espesor de la solapa o envolvente(mm) M es el factor de ampliacin del refuerzo representa el espesor requerido en el cabezal por presin interna(mm). Tr es el dimetro exterior del ramal (mm) de ty es el espesor del ramal (mm) es el ngulo entre los ejes del cabezal y ramal (rad) Ty es el espesor del cabezal (mm) Tr representa el espesor requerido en el ramal por presin interna(mm) es la presin interna del cabezal (MPa) P1 De es el dimetro exterior de cabezal (mm) Sp es el esfuerzo permisible de material (0.5 fy; donde, fY= esfuerzo de fluencia (MPa) es la presin interna del ramal (MPa) p1 Cuando el VPD se encuentra en el rango de 700 a 1,050,. el rea de acero reemplazada debe multiplicarse por un factor Fa" de 0.0014 VPD. La figura 6.14 y 6.15 muestra los refuerzos del tipo solapa y envolvente. La tabla 6.5 enlista recomendaciones para el tipo de refuerzo.

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En la determinacin del acero de refuerzo requerido, se debe tomar en cuenta cualquier espesor del material en exceso del solicitado por presin interna, as como la distancia permisible a la solapa o envolvente. No se debe considerar en el diseo, las reas de soldadura. El ancho total (W) de la solapa o envolvente no debe ser menor de 1.67d,/seno ni mayor de 2d. /sen ni mayor de 2de/Sen. El diseo del refuerzo con base en placa no se contempla en este manual, se recomienda consultar el manual M-11 del A.W.W.A (ref. 1). Tabla 6.5 Tipos de Refuerzos Recomendados. NOTA: Estos refuerzos son nicamente para resistir la presin interna, deben revisarse para cargas externas. Nota: La figura no muestra la localizacin de to soldadura necesaria. D = Dimetro exterior del cabezal (cm). Ty= Espesor nominal del cabezal (cm). Tr= Espesor requerido del cabezal. (cm). d = Dimetro exterior del ramal (cm). ty = Espesor nominal del ramal (cm). tr = Espesor requerido del ramal (cm) = Angulo de deflexin del ramal (cm). W= Ancho total del anillo o silleta (cm). w= Ancho en un extremo del anillo (cm). T = Espesor requerido de la solapo o envolvente. Fig. 6.14 Refuerzo tipo anillo y envolvente. FIG. 6.15 REFUERZO TIPO PLACA DE REFUERZO

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CAPTULO 7. OBRAS ESPECIALES7.1 GENERALIDADES Se denominan obras especiales a las secciones de las lneas de conduccin donde se requiere aplicar procesos de diseo y constructivos diferentes a los que usualmente se utilizan para el resto de la lnea. La necesidad de recurrir a obras especiales surge cuando es preciso salvar obstculos, ya sean naturales como los ros, lagos, pantanos, barrancas, etc., o creados por el hombre como caminos, carreteras, vas de ferrocarril y otras lneas. El diseo de la obra especial o cruce depender de las condiciones especficas del obstculo y del sitio. En ocasiones ser posible cruzar el obstculo ubicando la lnea de conduccin banjo ste, como sera el cruce de ros, lagunas, caminos, etc. Sin embargo, habr otras en que sea necesario hacer use de puentes. La seleccin del tipo de cruce deber respaldarse en un anlisis tcnico y econmico. 7.2 CRUCES CON OTRAS LNEAS. Cuando la lnea de conduccin de diseo cruce otra tubera, sea sta de agua potable, drenaje, petrleo, etc., se deber respetar el alineamiento y nivel de la lnea existente. Esto obliga a que la lnea pase por abajo o por arriba de la lnea ya establecida para lo cual ser necesario disear elementos de soporte que mantengan en su posicin la lnea existente. Tambin se debern tomar en cuenta tanto las condiciones de la etapa de construccin como las de la fase de operacin permanente. El tipo de elementos de soporte que se emplearn depender principalmente de los dimetros y tipos de las dos lneas y de las condiciones del suelo. Se podr utilizar relleno compactado, sacos llenos de arena, suelo circundante y estructuras de concreto o de acero. Adems, considerar una separacin mnima de 1.0 metro entre los paos de las dos lneas y la existencia de un material suave entre ambos, evitando el material rocoso o con escombros. Asimismo, se revisar la posible interferencia en la proteccin catdica de ambas lneas. 7.3 CRUCES CON CAMINOS Y CARRETERAS. En este tipo de cruce se procurar que la lnea pase por debajo de la va de comunicacin. El objetivo principal en el diseo del cruce consiste en proteger la tubera de las cargas de vehculos que transitan en la superficie y al mismo tiempo garantizar la estabilidad y seguridad de la va de comunicacin. Para lograrlo se deber disear una estructura de proteccin, que puede ser una camisa a base de tubo de acero o marcos cerrados de concreto, los cuales debern extenderse por lo menos la longitud del derecho de va. El ngulo de interseccin en el cruce entre la tubera y la va de comunicacin deber ser lo ms cercano a /2 rad(90) .En ningn caso podr tomarse un ngulo menor de /6 rad(30). Adems, se evitarn los cruces donde existe terreno rocoso y reas pantanosas. El espacio vertical y horizontal entre la lnea y la estructura de proteccin tendr que ser suficiente para facilitar las maniobras de mantenimiento de la lnea.

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7.3.1 Cruces con camisa La instalacin de la camisa se realizar por el procedimiento de hincado o de zanja a cielo abierto, debindose compactar el relleno, de manera que el terrapln quede en las condiciones originales. El relleno de la excavacin bajo la subrasante se compactar hasta 600 mm en capas de 150 mm de espesor como mximo, al 90% de su peso volumtrico ptimo, segn la prueba PROC TOR-SOP . El colchn restante se har al 95% como mnimo. en capas de 150 mm. Cuando se efecte el cruce por el procedimiento de zanja a cielo abierto. en ningn momento deber interrumpirse el trnsito. Para evitar accidentes durante la construccin de la obra, se colocarn y conservarn permanentemente en el camino las seales preventivas, restrictivas a informativas, con base en lo establecido en el Manual de Dispositivos para el Control del Trnsito en Canes y Carreteras de la Secretara de Comunicaciones de Transportes. Asimismo, en el transcurso de la noche se instalar y mantendr fijo el sealamiento luminoso que consiste en lmparas de destello, mecheros a otros dispositivos. Una vez que se terminen los trabajos se retirarn de los lmites del derecho de va todos los materiales sobrantes de la excavacin y de construccin de la obra, incluyendo el sealamiento; de tal manera que la carretera y el derecho de va queden en sus condiciones originales. Todos los trabajos se debern efectuar conforme a las Especificaciones Generales de Construccin de la Secretara de Comunicaciones y transportes. Para efectos de inspeccin del nivel de voltaje de proteccin catdica, debern instalarse a cada extremo del cruce, postes de registro como los mostrados en la figura 7.1, conectados tanto a la camisa de proteccin como al ducto conductor. 7.3.1.1 Zanja. La excavacin de la zanja podr hacerse con cortes verticales, segn lo permitan las condiciones del suelo, y el ancho se calcular de acuerdo a la seccin 10.3.2. Cuando se requiera una zanja de 3.0 m de ancho o mayor, sta deber ademarse para impedir que se alteren las terraceras y el pavimento de la carretera, procurando que quede la tubera centrada en la zanja. La plantilla de la zanja deber ser provista de un material suave, con el fin de que el tubo tenga un lecho uniforme a travs del cruce. La plantilla deber cumplir con las caractersticas sealadas en la seccin 10.4.1. 7.3.1.2 Camisa. La distancia entre la parte ms baja del terreno natural o de la seccin del camino y la camisa, ser como mnimo de 1.50 m. dentro del ancho del derecho de va (figura 7.2). El espesor nominal y material seleccionado para el tubo de la camisa deber soportar los esfuerzos provocados por cargas externas, de acuerdo a las secciones 5.3. y 6.3. El dimetro de la camisa ser mnimo 150 mm mayor que el de la tubera conductora, y su longitud se extender por lo menos el ancho del derecho de va. Con objeto de facilitar la

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instalacin de la tubera conductora dentro de la camisa, se utilizarn rodillos de deslizamiento, colocando entre camisa y tubera, elementos de apoyo para darle la posicin final. Dichos apoyos podrn ser a base de neopreno de 2 5.4 mm de espesor, separados a cada 4m. Cuando se quiere evitar abrir la zanja a cielo abierto, se puede utilizar el mtodo de hincado, en el cual la tubera de encamisado se hinca mediante el empleo de gatos hidrulicos. Para la determinacin de la fuerza de hincado y los esfuerzos producidos, ver seccin 5.3.4 de la Gua. Fig. 7.1 Arreglo para medicin de potenciales tubo-suelo Fig. 7.2 Cruce con carretera a base de comiso. longitud del derecho de va

7.3.1.3 Muros de cabecera. En los extremos de la camisa se colocarn muros de cabecera, los que pueden ser de concreto reforzado o piedra braza punteada con mortero (figura 7.3), con el propsito de tapar los extremos, y evitar la entrada de agua, materiales y desechos que pudieran acumularse entre la camisa y la tubera. Los muros de cabecera debern colocarse fuera del derecho de va. 7.3.1.4 Inspeccin y prueba. La supervisin a inspeccin de la lnea conductora .y de la camisa, se deber hacer durante la etapa de construccin del cruce. Todas las soldaduras circunferenciales sern inspeccionadas por medio de radiografiado o algn otro mtodo no destructivo de acuerdo a lo indicado en el captulo 10. Asimismo, se realizarn pruebas para verificar que la tubera conductora est aislada elctricamente de la camisa. Esta tubera deber probarse hidrostticamente como se indica en la seccin 10.6. 7.3.1.5 Recubrimiento anticorrosivo y proteccin catdica. Se deber proporcionar proteccin mecnica y catdica, tanto a la tubera como a la camisa, con el fin de garantizar la integridad estructural del sistema en el cruce. La proteccin catdica se har de acuerdo al captulo 9. 7.3.2 Cruces con marcos cerrados de concreto Son estructuras de seccin rectangular cuyo diseo y construccin se considera en dos etapas: en una primera etapa ser una seccin en "u" para poder introducir la lnea de conduccin y en una segunda etapa se convierte en cajn cerrado. El proceso anterior permite la colocacin de una cama de arena o construccin de soportes o silletas en la losa de fondo de la seccin en "u", a fin de proceder a instalar sobre ella la tubera de la

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lnea de conduccin; para finalmente construir la losa tapa con lo cual se concluye la operacin, quedando definido un marco o anillo cerrado. La estructura en cuestin debe disearse para resistir el peso y empuje del relleno, la carga viva y la reaccin del terreno. La figura 7.4 muestra un corte transversal de .la estructura de proteccin que consiste en un marco cerrado de concreto. La estructura protectora se construir en toda la longitud del derecho de va. Fig. 7. 3 Muro de cabecera 7.3.3 Conformacin del plano de cruce Para realizar un cruce con un camino o carretera se deber dirigir una solicitud por escrito a la Unidad de Asuntos jurdicos del Centro de la Secretara de Comunicaciones y Transportes, que contenga la siguiente informacin: 1.- Nombre y apellidos, razn social, dependencia o empresa solicitante. 2.- Nacionalidad. 3.- Domicilio. 4.- Tipo y use del cruce. 5.- Nombre de la carretera donde se har el cruce. 6.- Tramo de la carretera, indicando las poblaciones ms cercanas en ambos sentidos. 7.- Kilometraje del eje de la carretera en la. interseccin con el eje del cruce. 8.- Indicar si el cruce es en zona urbana, suburbana o rural. 9.- Memoria de clculo. El plano del cruce que habr de presentarse a la S.C.T. estar conformada de la siguiente manera: 1. Se elaborar en papel albanene o en algn otro material, que permita obtener maduros y heliogrficas. 2. 2.- Se modular tomando en cuenta que al doblarlo, el acorden quede a tamao carta. Preferentemente ser de 900 x 550 milmetros. 3. El margen izquierdo ser de 50 mm y tanto el derecho como el superior e inferior, sern de 10 mm. 4. En la parte central superior se dibujar la planta, en la que se indicar:

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Fig. 7. 3 Muro de cabecera Fig. 7.4 Cajn de concreto Fig. 7.4 Cajn de concreto a) El kilometraje del eje de la carretera en la interseccin con el de la instalacin, anotando con claridad el ngulo de incidencia entre ambos y el origen segn el cadenamiento de la carretera. b) El lmite del derecho de va de la carretera se indicar con "X" y una lnea interrumpida. Adems deber acotarse el ancho que existe entre el eje de la carretera a los lmites del derecho de va. c) Las poblaciones Inmediatas se sealarn con flechas en extremos de la planta, a manera de origen y destino. d) Se dimensionar toda la geometra, as como el ancho de la corona de la carpeta asfltica. e) Las lneas o redes por instalar debern dibujarse en color rojo, incluyendo el encamisado cuando se requiera. a) Deber dibujarse todo lo qu tenga influencia en el proyecto, como pueden ser: rboles, postes, torres de energa elctrica, lneas de alta tensin, telefnicas o telegrficas, paramentos de construccin, banquetas, guarniciones, coladeras, pozos, pantanos, arroyos, ros, bardas, cercas, etc. 5.-En zonas urbanas, debern dibujarse en detalle los paramentos de las construcciones, indicando, el destino del predio o predios (habitacin, comercio, estacionamiento, baldo, etc.) frente al cruzamiento. 6.-En la parte central, se dibujar una seccin transversal, levantada segn el eje de la lnea o red de que se trate, mostrando: a) El eje de la carretera, el ancho del derecho de va, de la corona y de la carpeta asfltica; altura de la rasante y desniveles del terreno natural al lomo del tubo, cuando se trate de cruzamientos subterrneos; para areos se indicar la altura de la rasante al cable y todo lo que est contenido dentro del derecho de va. b) Cuando el cruzamiento se haga es viajado (ngulo de incidencia diferente de /2 rad (90) ), las dimensiones caractersticas de la carretera debern acotarse tomando sus dimensiones proyectadas al eje de la lnea o red de que se trate. 7.- En la parte central inferior se graficarn los datos de cotas de terreno y de zanja, as como la profundidad, ancho y kilometraje de sta en cruzamientos subterrneos; cuando sean areos se representarn cotas de terreno, profundidad de hincado vertical del poste, separacin del postes, longitud del poste, catenaria del cable, etc.

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8.-En el ngulo superior izquierdo se dibujar el croquis general de localizacin, lo ms simplificado a ilustrativo que sea posible, de manera que permita reconocer y ubicar la obra conforme a las poblaciones y carretera. En l se marcarn los siguientes puntos: a) El norte geogrfico ser dibujado de forma visible y hacia arriba. b) La jurisdiccin y el nmero de la carretera. c) Nombre y direccin en que se encuentran las poblaciones ms cercanas en ambos sentidos de la carretera. d) En color rojo se dibujar el trazo de la lnea o red, encerrando en un crculo la zona donde dicha lnea cruza la carretera. 9.-En la parte central izquierda se dejar un espacio de 120 x 200 milmetros para notas S.C.T., recomendaciones y procedimientos de construccin, bajo el ttulo de "OBSERVACIONES". 10.-En el ngulo inferior izquierdo se dibujar el detalle del corte transversal de la instalacin de la zanja, acotando su ancho y profundidad, as como la altura de la rasante y desniveles del terreno natural al lomo del tubo, cuando se trate de instalaciones subterrneas; y para lneas areas, se indicar la altura de la rasante al cable. 11 En el ngulo superior derecho se anotar en un cuadro, la lista de materiales, caractersticas de la lnea o red y especificaciones de fabricacin, as como los datos complementarios que se consideren necesarios para el anlisis.

12.-En la parte central derecha se dejar un espacio de 180 x 230 milmetros para notas S.C.T. 13.- En el ngulo inferior derecho se localizar el cuadro usual S.C.T., de 120 x 100 milmetros, y el cuadro de referencia del interesado que contiene datos generales como los siguientes: Nombre del solicitante, identificacin del camino, tipo de cruzamiento, nombre y firma de los que intervienen en el proyecto de la obra y en la autorizacin de la misma, fecha, nmero de plano, etc. 7.4 CRUCES CON FERROCARRIL. Los cruces con ferrocarril podrn resolverse de acuerdo a lo indicado en 7.3 para cruces con caminos y carreteras. El colchn entre la base del durmiente y la parte superior de la camisa protectora no deber ser menor de 2.0 m. La profundidad, el espesor y el material de la camisa depender del anlisis de las cargas exteriores de acuerdo a las secciones 5.3 y 6.3. Para el clculo de dichas cargas se considerar un equipo COOPER E-80. Lo relativo al dimetro de la camisa, muros de cabeza, inspeccin y prueba, recubrimiento anticorrosivo y proteccin catdica, estar regido por lo indicado en la seccin 7.3.1.

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Cuando la proteccin se haga mediante zanja a cielo abierto, se instalar una estructura provisional, a fin de sostener la va de ferrocarril (figura 7.5). Dicha estructura ser provista por Ferrocarriles Nacionales. 7.4.1 Conformacin del plano de cruce Para realizar un cruce con una va de ferrocarril, se iniciar la solicitud en el Centro de la Secretara de Comunicaciones y transportes, para posteriormente pasar a Ferrocarriles. La solicitud contendr el nombre, firma y cdula profesional del ingeniero o perito responsable. La documentacin que se debe presentar es la siguiente: 1) Plano original en papel herculene o tela calca, el cual contar con croquis de localizacin, planta a detalle, corte longitudinal en sentido del tubo conductor, detalle de conexiones especiales, procedimiento constructivo, recuadro con datos del solicitante, nombre, firma y cdula profesional del ingeniero responsable. Dos maduros. Doce copias heliogrficas. Memoria justificativa.

2) 3) 4)

NOTA Esta estructura aplica cuando no es posible el incado. Fig. 7.5 Estructura provisional de soporte 5) 6) Memoria descriptiva. Memoria de clculo.

Las tres ltimas en original y doce copias Las dimensiones y distribucin del plano deber cumplir con lo indicado para cruces con caminos de la S.C.T. segn se establece la seccin 7.3.3. 7.5 CRUCES CON ROS. El cruce con ros, arroyos y canales se puede hacer areo o subterrneo. El cruce areo se utiliza cuando el claro por salvar no es muy grande, incluso cuando el claro es relativamente corto la tubera se instala con contraflecha al centro y autosoportada en los extremos. Tambin se pueden utilizar puentes existentes, construidos exprofeso o con estructuras de soporte. Las figuras 6.6, 6.7 y 6.8 muestran cruces areos con tubera autosoportada y con estructura de soporte, que pueden aplicarse tambin a cruces con canales, arroyos y barrancas (ver fotografas 7.1 y 7.2). El cruce subterrneo se utiliza

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cuando el claro por salvar es grande. El diseo tiene por objeto proteger la tubera de la accin de la corriente y erosin. Generalmente la tubera se instala en una zanja dragada o excavada bajo el lecho de la corriente. La tubera deber recubrirse con concreto para contrarrestar la flotacin que se presenta durante las fases de construccin y operacin. Por otro lado, si existe navegacin en el cauce es necesario el enterrado de la tubera, para que sta no interfiera con las actividades de las embarcaciones y al mismo tiempo se proteja de posibles daos. La tubera podr depositarse en el fondo del cauce cuando se cumplan las siguientes condiciones: El peso de la tubera y lastre de concreto sean suficientes para evitar la flotacin. No exista navegacin que pueda interferir con la lnea. La velocidad de corriente y la erosin sean tan bajas que no daen a la tubera. Para evitar que la tubera quede expuesta a una posible erosin del fondo del cauce, se realizarn sondeos para determinar la estratigrafa del sitio, as como estudios hidrolgicos y topohidrulicos. Con la informacin anterior se calcular la profundidad de socavacin y por ende la profundidad de desplante de la tubera. FOTOGRAFA FOTOGRAFA 7.1 7.2

Los sondeos pueden ser de penetracin estndar tanto dentro del cauce como en ambos mrgenes. La evaluacin de la socavacin mxima probable causada por las avenidas mximas se puede obtener empleando el mtodo matemtico de los autores soviticos Lischtuan-Levediev, el cual consiste en determinar el valor del tirante en puntos determinados de la seccin despus de la socavacin. De acuerdo con estos autores, con el incremento del volumen de agua, que pasa por una seccin determinada durante las avenidas, se presenta un aumento de la velocidad y capacidad de arrastre de los materiales del fondo. Como resultado, el fondo del cauce tiende a ser socavado y conforme aumenta el rea hidrulica disminuye la velocidad, hasta que la capacidad de transporte se iguala puesto que los sedimentos de las secciones vecinas aguas arriba siguen siendo aportados; se alcanza un estado de equilibrio. El equilibrio existe cuando se igualan la velocidad media real de la corriente (Vr), y la velocidad media que se requiere para que cierto material sea arrastrado (Ve). La primera velocidad depende de las caractersticas topohidrulicas del cauce, como son pendiente, velocidad y tirante, mientras que la segunda depende de las caractersticas del material del fondo y del tirante de la corriente. Los autores han desarrollado procedimientos de clculo que dependen del cauce (definido o indefinido), del material del fondo (cohesivo o no cohesivo) y, de una distribucin de estratos (homogneos o heterogneos). En este manual se cubrir el procedimiento propuesto para un cauce definido y una distribucin de estratos homognea, tanto para suelos cohesivos como no cohesivos.

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Cuando se trate de suelos cohesivos, el tirante de agua hasta el punto donde hay socavacin se calcula de la siguiente manera (ver figura 7.6). Ho 5/3 0.60 s 1.181/1+x

Hs=

(7.1)

Fig. 7. 6 Seccin de un ro donde: es el coeficiente de distribucin del gasto. es el tirante despus de la socavacin(m) HS es el tirante antes de la socavacin(m) Ho s x es el coeficiente de paso que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia, tabla 7.1. es el peso volumtrico del material seco(t/m3) es el exponente variable funcin de s, tabla 7.2. = Qd Hm5/3 Be (7.2)

donde: es el gasto de diseo(m3/s). Qd Hm es el tirante medio de la seccin, se obtiene dividiendo el rea hidrulica efectiva entre el ancho Be(m) es el ancho efectivo de la superficie libre(m) Be Para suelos no cohesivos, el tirante de agua hasta el punto donde hay socavacin se calcula mediante la siguiente frmula: Hs = Ho5/3 0.68 Dm 0.281 / 1+x

(7.3)

donde: Dm es el dimetro medio de los granos del fondo(mm) Una vez determinada la profundidad de desplante de la lnea y el perfil topogrfico del cauce, se marca la profundidad requerida y se obtienen las cotas de la zanja hasta llegar a las proximidades de ambos mrgenes. Posteriormente, se localizan los puntos de inicio de curva para trazar las curvas verticales de salida. Conocido el radio de curvatura y los puntos de inicio de curva, se calcula, por trigonometra, la localizacin de los cadenamientos. El plano de cruce debe contener como mnimo un croquis de localizacin de la obra, una planta que indique la topografa del cauce, un perfil que seale la profundidad del cauce y del enterrado, as como los puntos de inicio y termino de curva, radio de curvatura, deflexin y longitud de curva. En el perfil se indicar kilometraje, profundidad de zanja, cotas de zanja y de terreno. En un recuadro se marcarn las

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Tabla 7.1 Valor del coeficiente Tabla 7.2 Valores de x y 1 /(1 + x), para suelos cohesivos y no cohesivos. caractersticas de la tubera y del lastre de concreto. Se incluir un corte donde se indique el concreto, localizacin de la malla de alambre y la proteccin anticorrosiva. Para proteccin contra efectos de la corrosin, se instalar, adicional al recubrimiento anticorrosivo, un sistema de proteccin catdica para la tubera, de acuerdo al captulo 9., adems de la proteccin mecnica a base de concreto que ofrezca buena resistencia al arrastre y por tanto a la socavacin. 7.5.1 Fuerzas de flotacin Para que una tubera en el cruce con un ro permanezca estable en las direcciones horizontal, vertical y longitudinal, se requiere que las fuerzas externas a internas que acten en cualquier momento sobre ella, estn en equilibrio. Las principales fuerzas verticales que se presentan en la tubera en un cruce con un ro, son la fuerza de flotacin (FB) y de hidrodinmica de levantamiento (FL). La fuerza de flotacin resulta del peso sumergido de la tubera en agua. La flotacin positiva se presenta sobre aquellos cuerpos que en aire pesan menos que el agua desplazada cuando se sumergen. En el caso de tuberas, debe determinarse la magnitud de la fuerza neta de flotacin positiva para estabilizar la tubera. La siguiente expresin es utilizada para e1 clculo de la fuerza de flotacin: FB = 4 (de + 2tr + 2tc)2 (7.4)

donde: es la fuerza de flotacin(N/m) FB de es el dimetro de la tubera(mm) tr es et espesor de recubrimiento anticorrosivo(mm) tc es el espesor del lastre de concreto(mm) Se recomienda un factor de seguridad de 1.1 para garantizar la estabilidad de la tubera por flotacin: F.S = g WT = 1.1 Fb (7.5)

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Mendonde: F.S es el factor de seguridad a flotacin. WT es la masa tubo ms masa recubrimiento ms masa concreto(Kg/m) FB es la fuerza de flotacin(N/m) 7.5.2 Espesor de lastre de concreto Si la suma de las fuerzas de flotacin y de levantamiento son ms grandes que el peso sumergido de la tubera, se requerir peso artificial para estabilizarla por el movimiento vertical. Generalmente se utilizar lastre de concreto, cuya fuerza ser: FC = g c (dc2 - d2) 4 donde: FC c Dc d1 es la fuerza debida al peso de concreto(N/m) es la densidad del concreto(Kg/m3) es el dimetro del tubo con el lastre de concreto(m) es el dimetro interior del tubo(m) (7.6)

Para la estabilidad vertical, el peso en exceso de la tubera no debe exceder la capacidad ltima de soporte del suelo. En la etapa inicial del anlisis de estabilidad hidrodinmica, se considerar un espesor preliminar de recubrimiento de concreto de cero. Si la flotacin es positiva, se supondr un espesor de concreto hasta obtener flotacin negativa. Por requerimientos constructivos, se recomienda que el espesor mnimo del lastre de concreto sea 2 5.4 mm y el mximo sea de 152.4 mm. 7.5.3 Densidad de lastre de concreto El lastre de concreto que se aplica sobre el recubrimiento anticorrosivo y se refuerza con una o varias capas de malla de acero galvanizado, debe ser un concreto resistente que se encuentre libre de cavidades y bolsas de aire. La densidad estndar del concreto es 2200 Kg/m3. En caso de requerirse una densidad mayor, sta puede conseguirse agregando a la mezcla material ventontico, mineral de hierro, escoria de alto horno o barita. 7.6 CRUCES CON PANTANOS. Cuando se tenga que cruzar una zona pantanosa, se deber seleccionar una ruta que presente el menor nmero de problemas, tanto para la etapa de construccin como para su mantenimiento. La construccin de la lnea puede realizarse a travs de peras de lanzamiento (montculos de tierra firme) construidas para tal efecto, mediante la fabricacin y unin de lingadas de tubera que sern flotadas y jaladas hasta el punto de conexin en tierra firme. Se deber revisar la flotacin de la tubera con un espesor mnimo de lastre de concreto (25.4 mm), como se indica en la seccin 7.5.

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MenPor las caractersticas agresivas que suelen presentarse en este tipo de zonas, debido al alto contenido de agua y baja resistividad del suelo, ser necesario proteger a la tubera con un recubrimiento anticorrosivo y proteccin catdica como se indica en el captulo 9. Para el cruce con lagos se considerarn los conceptos mencionados en los puntos 7.5. y 7.6. 7.7 CRUCES CON BARRANCAS. En los lugares donde la topografa es accidentada, es comn encontrarse con problemas relacionados con la trayectoria de la lnea conductora y el nivel del terreno natural, ya que ste es muy variable, presentndose en ocasiones en forma de depresiones que forman barrancas naturales. Se debe tener presente que las caractersticas propias de las barrancas dependen de las condiciones climatolgicas del lugar durante todo el ao. Es por esto que el diseador debe considerar todos los parmetros que pueden verse involucrados, y contar con informacin, como puede ser, caractersticas del suelo en ambas mrgenes del cruce en pocas de avenidas mximas, erosin del suelo, as como los posibles cambios que el lugar pueda experimentar con el transcurso del tiempo. El cruce con una barranca puede ser superficial o areo, pudiendo ser en el ltimo caso tubera autosoportada, apoyada en estructuras existentes o de soporte (figuras 6.6, 6.7 y 6.8 y fotografa 7.3). 7.7.1 Tubera superficial Cuando la seleccin del cruce sea superficial, se debern disear los soportes y los atraques que servirn para sostener el peso de la tubera. Dependiendo del peso de la tubera, de la pendiente de la barranca y del tipo de suelo, se seleccionar la separacin y dimensiones de los atraques (fotografa 7.4). Cuando la fuerza que haya que detener sea muy alta o se trate de un suelo blando, se podr combinar el atraque de concreto embebido en el suelo con pilotes cortos inclinados (anclas) de acero o de concreto, para incrementar su capacidad de carga al deslizamiento. Se seguirn las recomendaciones dadas en el captulo 6. Cuando se trate de un suelo rocoso, los atraques podrn llevar anclas inclinadas que proporcionarn un volumen o masa mayor a las acciones. 7.7.2 Tuberas autosoportables Son aquellas que se utilizan para salvar claros pequeos y en los cuales no se presentan problemas de deflexin, sin embargo, en el caso de que stas se presenten, se pueden corregir dndose una contraflecha a la tubera, de tal manera que cuando esta sea instalada y puesta en operacin no se tengan problemas de esfuerzos y deflexiones. 7.7.3 Tuberas apoyadas en estructuras existentes Siempre que sea necesario un cruzamiento, se tiene que investigar la infraestructura existente en el lugar y tratar de aprovechar las estructuras que son utilizadas como vas de acceso de un tramo a otro en las depresiones naturales. En primer trmino, se debe de tener la seguridad de que la estructura se encuentre en buen estado estructural y que su vida til sea la suficiente como la de la lnea que se pretende instalar.

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Posteriormente, se colocarn los puntos de apoyo de la lnea conductora, de acuerdo con la configuracin y condicin de operacin de sta, cuidando siempre que no aparezcan problemas de esfuerzos. Se debe verificar que los puntos de apoyo seleccionados en la lnea correspondan a los elementos principales de la estructura existente y que no causen problemas a sta. Se verificar que los posibles efectos de la estructura existente, por sus condiciones de carga propia, no sean transmitidos a la lnea conductora, para to cual se disearn apoyos que sean capaces de disminuir las acciones transmitidas, utilizando materiales plsticos como el neopreno en los puntos de contacto. 7.7.4 Tuberas con estructuras de soporte Cuando sea necesario utilizar barrancas grandes, se tendrn que modular los claros de tubera para que no se presenten esfuerzos mayores a los permisibles; para lo cual se hace necesario proyectar una estructura especial que soporte a la lnea de conduccin. Entre algunos tipos de estructuras que pueden ser seleccionadas para este caso, se mencionan los arcos, armaduras, puentes suspendidos, puentes continuos, etc., o alguna combinacin que pueda que presente mayores ventajas. En el anlisis estructural de este tipo de estructuras, se considerarn todas las posibles cargas o combinacin de stas, que puedan resultar ms desfavorables 7.8 CRUCES CON CANALES DE RIEGO Cuando se requiera realizar un cruce con un canal de riego, se buscar evitar que la lnea de conduccin cruce por abajo, debido a que se pueden presentar fugas de agua en el canal. Si la tubera es hincada, el suelo puede fluir por el tubo al momento del hincado y si se llega a romper el canal, puede producirse falta de estabilidad en el tubo debido al suelo saturado. El cruce se har areo, pudiendo ser tubera autosoportable (seccin 7.7.2), tubera apoyada en estructura existente (seccin 7.7.3) y tubera con estructura de soporte (seccin 7.7.4). Si se trata de un canal que la mayor parte del tiempo permanecer seco, y adems se tienen buenas condiciones del terreno, se podr instalar la tubera bajo el canal. FOTOGRAFIA FOTOGRAFIA 7.3 7.4

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CAPITULO 10. TRANSPORTE, INSTALACION Y PRUEBA10.1 GENERALIDADES Los procedimientos pare el transporte, zanjado, tendido, relleno y prueba hidrosttica de tuberas de acero depende de varios factores, come son: su dimetro, condiciones de operacin, su localizacin (urbana, suburbana o rural), el terreno donde ser colocada (plano, inclinado o montaoso), as come del tipo del suelo, profundidad de enterrado y relleno. Este captulo especifica los requerimientos mnimos que deben cumplirse pare el transporte, instalacin y prueba. Es importante sealar que las propiedades mecnicas del suelo excavado, as come las del suelo que ser usado de relleno son de gran importancia. Asimismo los principios de mecnica de suelos adecuadamente aplicados a las prcticas de excavacin y relleno, conducirn a que los sistemas de tubera bajo condiciones de trabajo Sean ms seguros y econmicos. 10.2 TRANSPORTE Y MANEJO Las tuberas de acero con proteccin mecnica (recubrimiento anticorrosivo) son transportadas generalmente por camiones, ferrocarriles o barcos, y los requerimientos pare estibar y restringir las tuberas durante el trnsito dependen del modo de transporte. 10.2.1 Camin La mayora de las tuberas de acero con recubrimiento anticorrosivo aplicado en planta son transportadas directamente al sitio de instalacin en tractocamiones equipados con plataforma. Pare el transporte en camiones, los tubos debern ser colocados sobre entablados previamente instalados en las plataformas de los camiones, para lo cual se emplearn materiales que sirvan de amortiguadores en las superficies de contacto de los tubos. Todos los cables, cadenas y dems elementos que se utilicen pare asegurar los tubos en su posicin correcta, debern estar forrados de materiales adecuados pare evitar que se pueda daar el recubrimiento anticorrosivo o la superficie del tubo. En tubos de gran dimetro (1.143 m y mayores) se recomienda el empleo de camas formadas por sales de arena. 10.2.2 Ferrocarril Cuando el transporte se efecte en ferrocarril, todos los tubos debern ser cuidadosamente estibados en los carros o gndolas, intercalando camas de material que amortige entre cede cama de tubos, y entre tubo y tubo de cada cama. Las tuberas sern firmemente sujetadas por medio de travesaos, cables a otros elementos que impidan su movimiento durante el transporte. Todas las superficies de contacto y de carga entre las tuberas y las partes de la caja o furgn debern ser cubiertas con materiales que sirvan de amortiguadores. Asimismo, se tomarn las medidas pertinentes pare que cede tramo de tubo quede separado de su inmediato, a fin de evitar que se daen mutuamente.

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10.2.3 Barco En el transporte por barco, se sugiere que las tuberas pequeas ( 1.066 m y menores) deben empacarse y las grandes (1.143 m y mayores) estibarse, de tal manera que absorban la vibracin y el movimiento de rodado. Adems se emplearn colchones de madera adecuados o barreras similares pare evitar que las tuberas se rocen entre s. El inspector responsable de revisar los arreglos de la carga, debe asegurarse que el equipo de manejo tanto en el muelle come en el barco est aprobado pare su use en tubera con recubrimiento anticorrosivo; es posible considerar la factibilidad de introducir tuberas de dimetro menor en tuberas de dimetro mayor pare reducir los testes del flete, sin embargo, debern utilizarse colchones pare asegurar que se mantenga la integridad del recubrimiento. 10.2.4 Helicptero En casos especiales, cuando el sitio de instalacin sea inaccesible y se trate de tuberas menores de 0.61 m de dimetro, puede requerirse de helicptero pare su transportacin, en tal case, debe haber comunicacin con la aerolnea pare conocer la longitud mxima, ancho, altura y limitaciones de peso pare la trayectoria seleccionada. 10.2.5 Carga y descarga En la maniobra de carga y descarga de los tubos se deber emplear equipo adecuado, pare evitar el contacto directo entre las superficies de los tubos y partes metlicas del equipo. Deben utilizarse correas de nylon, lonas, bandas y horquillas acolchonadas, as come patinas diseados para prevenir daos al recubrimiento anticorrosivo. Las cadenas y cables debern estar forrados con materiales apropiados, a fin de evitar los deterioros mencionados. Mientras los tubos se encuentren suspendidos en la maniobra de carga y descarga, se inspeccionar que no existan daos en la parte inferior de los mismos. 10.2.6 Descarga a lo largo de derecho de va Los tubos debern ser colocados paralelamente a lo largo de las zanjas o excavaciones en las que despus sern instaladas. Si el terreno es rocoso existe riesgo de dao al recubrimiento anticorrosivo, ambos extremes (aproximadamente a un cuarto de los mismos) debern apoyarse en bloques de madera acolchados, sales de arena, montculos de arena a otro tipo de soporte que proteja el recubrimiento de la tubera. 10.3 ZANJADO. 10.3.1 Profundidad Por lo general las tuberas son enterradas pare protegerlas de golpes y cargas pesadas o concentradas que puedan daarlas, as come pare evitar la flotacin, ya que al presentarse la Iluvia, la tubera podra flotar en case de encontrarse en el fondo de la zanja y sin relleno. AI estar la tubera enterrada, las cargas exteriores resultan uniformemente distribuidas, por lo que es recomendable que el relleno tenga una altura mnima de 900 milmetros a partir del lomo del tubo, si el dimetro es menor o igual a 900 milmetros; pare dimetros mayores la altura debe ser de 1.0 a 1.5 metros, y se revisar

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Menque las cargas aplicadas a la tubera no afecten al tubo. En el captulo sobre Acciones se indica el procedimiento pare la determinacin de estas cargas. 10.3.2 Ancho Pare facilitar el trabajo durante la instalacin de la tubera, la excavacin se hace de un ancho B mayor que el dimetro exterior del tubo, incluyendo proteccin mecnica.

8 = 4 de + 400 3 donde: B es el ancho de la zanja en(mm) es el dimetro nominal del tubo en(mm) de 10.4 CAMA Y RELLENO DE ZANJA 10.4.1 Cama

(10.1)

El fondo de la zanja no deber tener irregularidades ni objetos que generen concentracin de esfuerzos, ya que debe permitir un apoyo uniforme sin forzamientos ni dobleces mecnicos de la tubera. Las zanjas con el fondo piano deben excavarse a una profundidad mnima de 50 milmetros abajo de la lnea establecida para el fondo. El exceso de excavacin en donde se han removido todas las piedras y terrones duros debe Ilenarse con material suelto. El material suelto debe acomodarse uniformemente en toda la longitud de la tubera. Cuando el fondo de la zanja contenga objetos duros, slidos, que puedan daar el recubrimiento protector, se colocar bajo la tubera una cama de 80 a 150 milmetros de espesor de arena. Si la excavacin se realiza en material rocoso, deber tener por lo menos una profundidad adicional de 150 milmetros. La sobre excavacin deber reemplazarse por dos capas; la primera de 100 milmetros con una plantilla de Brava y la segunda, donde apoyar la tubera, de 50 milmetros con material suelto. 10.4.2 Relleno Despus de que se han instalado en la zanja las tuberas, conexiones, vlvulas y otros aditamentos y se hayan inspeccionado debidamente, sta se rellenar a volteo con material seleccionado, esto es, un relleno que se encuentre exento de rocas y piedras grandes para evitar daos a la tubera y/o recubrimiento anticorrosivo. El material de relleno podr ser el material excavado. Las juntas se deben dejar expuestas hasta que se hayan concluido las pruebas de presin y de fugas. En calles y otros lugares donde no es recomendable el asentamiento, se debe consolidar el relleno por compactacin, la cual se debe realizar en capas no mayores de 150 milmetros. S la tubera se encuentra localizada en una zona clasificada como de alta sismicidad, para el relleno se tomar en cuenta lo indicado en la recomendacin N 2 pare diseo de tuberas enterradas que cruzan fallas geolgicas actives, de la seccin 5.3.5 de este manual. Se deber restaurar adecuadamente el pavimento, aceras, prados y arbustos.

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10. 5 PROCEDIMlENTO DE lNSTALACIN 10.5.1 Preparacin de la tubera En caso de que el proyecto requiera dobleces en la tubera, stos debern efectuarse antes de la preparacin de la tubera pare la aplicacin del recubrimiento anticorrosivo. Antes de aplicar el recubrimiento anticorrosivo a la tubera esta debe prepararse adecuadamente. Primero se tendr que calentar el tubo uniformemente, a una temperatura de 383.15 oK, con el fin de quitar por completo toda la humedad, despus, se limpiar con chorro de arena o granalla de acero, pare remover tambin todo el aceite, grasa, alquitrn, derrumbe, escamas, escoria a otros contaminantes que existan sobre la tubera, el metal base debe presentar una apariencia griscea mate, comparable a la limpieza de metal blanco, durante la limpieza. Los extremos de la tubera, debern protegerse con tapones que impidan la entrada de abrasivo al interior de lo tubera. El abrasivo que penetre a la tubera deber ser removido antes de aplicar el recubrimiento. Una vez terminada la limpieza, la superficie exterior del tubo debe inspeccionarse cuidadosamente, bajo iluminacin adecuada; todos los defectos de la superficie, como son: astillas, incrustaciones, rebabas, salpicaduras de soldadura, golpes, etc., deben removerse completamente por esmerilado. Pequeos defectos superficiales pueden removerse por esmerilado. La tubera que contenga alguna abolladura deber apartarse por el contratista, pare efectuarle pruebas de inspeccin de acuerdo a los cdigos correspondientes y se determinar que hacer con ella. Todas las reas esmeriladas deben limpiarse con chorro de arena. Todo el polvo y residuos nocivos, deben removerse con el use de aire comprimido, que deber estar libre de aceite y humedad. La tubera que se limpia con chorro de arena, y no ha sido recubierta, antes de que se presenta el efecto de oxidacin superficial visible, o no se haya recubierto dentro de las tres horas despus de la limpieza, deber limpiarse nuevamente con chorro de arena. El recubrimiento anticorrosivo a base de cinta de polietileno alquitrn de hulla, ser aplicado a la tubera, siempre y cuando la superficie de la misma est perfectamente limpia; su aplicacin se har de la siguiente forma: La cinta se aplicar envolviendo a la tubera, espiralmente con un traslape mnimo de 25.4 mm y una tensin controlada de 0.069 Mpa (0.70 Kg/cm2 ). La cinta puede ser aplicada: manualmente, con mquina manual encintadora, con mquina de transmisin, o bien, con equipo de aplicacin en planta. En la planta, los procedimientos bajo los cuales se aplicar la cinta a la tubera sern: por transportacin lineal de la cinta y por transportacin espiral de la cinta. En cada extremo de la tubera, deber dejarse una franja libre de recubrimiento de 300 mm de ancho, para la fase de alineamiento y soldadura de campo.

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MenUna vez aplicado el recubrimiento a la tubera, ste deber ser inspeccionado con el objeto de comprobar su calidad, o bien, pare detectar las posibles fallas y repararlas apropiadamente. Para inspeccionar el recubrimiento, se usar un detector elctrico de bajo amperaje y de voltaje ajustable, que detecte las fallas de recubrimiento, mediante pulsaciones elctricas. El voltaje mnimo de operacin del detector, ser de 10,000 Volts. El voltaje deber ajustarse apropiadamente, por lo menos una vez al da, ya que la humedad y la temperatura podran desajustarlo. El detector ser aplicado al recubrimiento, pasndolo una sola vez a una velocidad de 0.15 a 0.30 m/s. Cualquier falla en el recubrimiento ser indicada por una chispa entre el electrodo y la superficie del tubo y/o tambin por una seal luminosa y audible. Las fallas detectadas en el recubrimiento, sern reparadas en la forma siguiente: Reparaciones menores. El rea por reparar, se limpiar perfectamente y sobre ella se colocar un parche del mismo material de cinco cm. mayor en todas direcciones del rea por reparar. El rea por reparar y el parche por colocar, debern estar perfectamente libres de impurezas y secos. Tanto el rea daada como el lado adhesivo del parche se deben calentar, y una vez que el adhesivo comience a fluir, se colocar sobre el rea daada, moldendolo del centro hacia los extremes. La zona reparada deber ser nuevamente inspeccionada. Reparaciones mayores. En estos casos, el rea defectuosa se calienta hasta que el material se ablande, y posteriormente, se remueve con la ayuda de una esptula o navaja, y en su lugar se colocar el parche, siguiendo el procedimiento adecuado pare su instalacin. 10.5.2 Manejo y tendido Durante la instalacin de la lnea en las zanjas debe observarse un cuidado similar al que se tiene durante la carga, transporte y descarga de la tubera. Las tuberas con recubrimiento anticorrosivo requieren un cuidado adicional cuando se manejan temperaturas abajo o arriba de las recomendadas por el fabricante. Las tuberas recubiertas no deben depositarse en terrenos speros, ni rodarse en tales superficies. Unicamente se permitir el rodado de tuberas revestidas cuando los extremos estn desnudos y se disponga de rieles en donde se ruede el acero expuesto. Durante el manejo y colocado de la tubera en la zanja, se debern utilizar protectores pare evitar su dao. la tubera no debe arrastrarse sobre el fondo de la zanja ni tampoco golpearse contra el fondo. Mientras se prepare pare realizar la junta, la tubera debe soportarse sobre las bandas. El recubrimiento de la tubera se inspeccionar en tanto est suspendida de las bandas, adems cualquier dao visible al recubrimiento debe repararse antes de bajar la tubera a la zanja. La zanja debe mantenerse libre de agua que pueda afectar la integridad de la cama y las operaciones de soldado de las juntas.

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Pueden permitirse algunos soportes especiales, pero de ninguna manera deben instalarse permanentemente secciones de tubera sobre maderos, montculos de tierra, o apoyos similares. El grado mximo de deflexin permanente permitido para dobleces de la tubera en fro, se determinar de acuerdo a la siguiente tabla que expresa el radio mnimo en funcin del dimetro exterior: Dimetro exterior de la tubera 323.8 mm (12.75") 355.6 mm (14") 406.4 mm (16") 457.2 mm (18") 505.8 mm y mayores (20" y mayores) donde: es el dimetro exterior de la tubera(m) de Radio mnimo de doblado 18de 21de 24de 27de 30de

Deber vigilarse que los dobleces se efecten antes de aplicar el recubrimiento anticorrosivo, ya que de otra manera ste podra daarse. 10.5.3 Ensamble de la tubera Durante el ensamble de la lnea, previo a su instalacin en la zanja, deber limitarse el grado de curvatura elstica, de tal manera que no se exceda el esfuerzo de fluencia del material y/o se daen los recubrimientos interiores y exteriores de la tubera. La deflexin de la tubera en cualquier punto debe limitarse a las recomendaciones indicadas anteriormente. 10.5.4 Soldaduras de uniones Para requerimientos tcnicos en prcticas de soldadura de campo, se recomienda ver el captulo 11 de este manual, correspondiente a Soldadura de Uniones. Cuando se realiza una soldadura de campo (de unin) en una tubera revestida interior y/o exteriormente, debe permanecer desnuda una longitud corta (de aproximadamente 40 mm) en cada extremo, de tal manera que el calor de la soldadura no afecte adversamente el recubrimiento protector. La longitud del tramo desprotegido puede variar dependiendo del tipo de recubrimiento y el espesor de pared de la tubera. 10.5.5 Recubrimiento de juntas de campo Despus de haber completado la soldadura de unin, debern recubrirse los tramos desnudos con el mismo material que se revisti el resto de la tubera. En tuberas de 610 milmetros de dimetro y mayores el recubrimiento interior de las juntas es recomendable sea reparado desde el interior, para lo cual los trabajadores que deban entrar a la tubera para completar el recubrimiento, tengan una ventilacin adecuada. Las juntas en tuberas menores de 610 milmetros, deben repararse desde el exterior por medio de registros de mano.

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Men10.6 PRUEBA HlDROSTTICA DE CAMPO El objetivo primordial de la prueba hidrosttica es verificar que las juntas no presenten fugas. Esta se realiza a un valor fijo arriba de la presin de trabajo. Pare realizar la prueba, la tubera se Ilena lentamente con agua, eliminando el aire de la lnea a travs de las vlvulas de admisin y expulsin de aire colocadas en las partes ms altas de la tubera; la presin de prueba debe ser verificada por medio de una bomba y un manmetro de prueba, y ser, cuando menos, 1.25 veces la presin de trabajo en la lnea (ver referencia No. 11), debindose mantener como mnimo por dos horas, posteriormente, se realizar una inspeccin de la lnea pare detectar fugas visibles o desplazamientos en la tubera. Cualquier defecto debe ser reparado antes de realizar la prueba de fuga, la cual determine, por medio de un medidor calibrado, la cantidad de agua que entra en la seccin de prueba, bajo la presin normal de trabajo, durante un perodo de dos horas como mnimo. Los defectos permisibles se indican en el punto 10.6.3. 10.6.1 Tapones Generalmente la prueba hidrosttica se efecta por secciones de tubera. Los extremos de la seccin por probar pueden aislarse mediante vlvulas o tapones soldados. Las vlvulas no necesariamente son permanentes y podrn retirarse una vez terminada la prueba. El empleo de tapones soldados puede resultar ms econmico. Un tapn convencional consiste en un tramo de tubo de aproximadamente un metro de largo, al que se suelda una place plana por un extremo, y la tubera por probar por el otro. La placa plana puede ser de forma rectangular o circular. Sobre el tapn se colocan los aditamentos necesarios pare la entrada de agua y salida de aire. AI trmino de la prueba se retira el tapn cortando la tubera de conduccin a cierta distancia antes de la soldadura con el tapn. 10.6.2 Venteos La tubera debe Ilenarse despacio para prevenir el posible golpe de ariete, asimismo, se tendr cuidado para permitir que el aire escape durante la operacin de Ilenado. Despus de llenar la lnea, puede ser necesario el uso de bombas para levantar y mantener la presin deseada. 10.6.3 Defectos permisibles No se aceptar una instalacin hasta que la fuga sea menor del nmero de litros por hora que se determine por la frmula siguiente: L = Nd i Pm 1,033 donde: L N di Pm (10.2)

es la fuga permisible, I/h es el nmero de juntas en la longitud de lnea probada es el dimetro de la tubera(mm) es la presin media durante la prueba de fugas(MPa)

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Las fugas presentadas en las juntas de soldadura deben ser marcadas pare una adecuada reparacin con soldadura, (ver captulo 11.). Tales soldaduras pueden ser realizadas sin vaciar la tubera, nicamente bajando la presin. Si una tubera no pasa la prueba hidrosttica, ser necesario localizar, descubrir, reparar o reemplazar cualquier defecto en la tubera, vlvula, junta o accesorios. Una vez que esto se realiz, se probar nuevamente la tubera. 10.6.4 Desinfeccin de las tuberas El interior de la tubera y los accesorios deben mantenerse libres de desechos y contaminacin, y aunque se tomen precauciones durante la instalacin, se debe realizar la limpieza a chorro de agua y la desinfeccin de la tubera, pare tener la seguridad que se entrega a los consumidores agua potable segura. AI terminar el da de trabajo, el usa de tapas o cubiertas evita que entren a la tubera, durante las horas nocturnas, animales, insectos y drenaje superficial. Para la desinfeccin de las tuberas se puede utilizar hipoclorito de calcio (de sodio), cloro gaseoso o cloro lquido. El hipoc