Comisin Nacional del Agua

MANUAL DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO

GUA PARA LA SELECCIN E INSTALACIN DE TUBERA DE

FIBROCEMENTO PARA AGUA POTABLE

Diciembre de 2007

www.cna.gob.mx

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

Comisin Nacional del Agua Ing. Jos Luis Luege Tamargo Director General Ing. Marco Antonio Velzquez Holgun Coordinador de Asesores de la Direccin General Ing. Ral Alberto Navarro Garza Subdirector General de Administracin Lic. Roberto Anaya Moreno Subdirector General de Administracin del Agua Ing. Jos Ramn Ardavn Ituarte Subdirector General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Ing. Sergio Soto Priante Subdirector General de Infraestructura Hidroagrcola Lic. Jess Becerra Pedrote Subdirector General Jurdico Ing. Jos Antonio Rodrguez Tirado Subdirector General de Programacin Dr. Felipe Ignacio Arregun Corts Subdirector General Tcnico Lic. Ren Francisco Bolio Halloran Coordinador General de Atencin de Emergencias y Consejos de Cuenca M.C.C. Heidi Storsberg Montes Coordinadora General de Atencin Institucional, Comunicacin y Cultura del Agua Lic. Mario Alberto Rodrguez Prez Coordinador General de Revisin y Liquidacin Fiscal Dr. Michel Rosengaus Moshinsky Coordinador General del Servicio Meteorolgico Nacional C. Rafael Reyes Guerra Titular del rgano Interno de Control Responsable de la publicacin: Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento

Coordinador a cargo del proyecto: Ing. Eduardo Martnez Oliver Subgerente de Normalizacin La Comisin Nacional del Agua contrat la Edicin 2007 de los Manuales con el

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGA DEL AGUA segn 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. Caldio Villagmez

CONTENIDO Pgina

INTRODUCCIN ........................................................................................................1 1 SELECCIN DE TUBERA DE FIBROCEMENTO PARA CONDUCCIN DE AGUA POTABLE........................................................................................................2 1.1. DISEO................................................................................................................2 1.1.1 Resistencia y factores de diseo........................................................................2 1.1.2 Teora 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. PRESIN HIDROSTTICA INTERNA...............................................................11 1.3.1 Presin de trabajo ............................................................................................11 1.3.2 Presin oscilatoria ............................................................................................12 1.3.3 Sistemas de bombeo........................................................................................14 1.3.4 Sistemas de gravedad......................................................................................15 2 EJEMPLOS DE APLICACIN...............................................................................17 2.1. CLCULO PARA DETERMINAR LA CARGA DE TIERRA SOBRE EL TUBO ..17 2.1.1 Ejemplo para condicin de zanja......................................................................17 2.2. CLCULO PARA DETERMINAR LA PRESIN HIDROSTTICA INTERNA ....17 2.2.1 Clculo para determinar el dimetro del tubo...................................................17 2.2.2 Clculo de dimetro del tubo y la presin interior de trabajo............................20 2.3. CLCULO PARA DETERMINAR LAS SOBREPRESIONES.............................21 2.3.1 Determinar la sobrepresin ..............................................................................21 2.3.2 Clculo para determinar el tiempo de cierre de una vlvula.............................22 3 TRANSPORTE, RECEPCIN Y DISTRIBUCIN DEL MATERIAL EN OBRA ....24 3.1. TRANSPORTE...................................................................................................24 3.2. RECEPCIN......................................................................................................24 3.3. DISTRIBUCIN EN OBRA.................................................................................25 4 INSTALACIN.......................................................................................................26 4.1. PROFUNDIDAD DE LA ZANJA .........................................................................26 4.2. ANCHO DE ZANJA ............................................................................................26 4.3. PLANTILLA O CAMA .........................................................................................26 4.4. INSTALACIN ...................................................................................................28 4.4.1 Bajado de los tubos a la zanja..........................................................................28 4.4.2 Instalacin de la tubera ...................................................................................29 5 REPARACIONES ..................................................................................................37 5.1. CORTES Y TORNEADO DE TUBOS EN OBRA ...............................................37 6 CRUCEROS Y ATRAQUES ..................................................................................41 7 PRUEBA DE PRESIN HIDROSTTICA .............................................................42 7.1. PROCEDIMIENTO DE PRUEBA Y EQUIPO .....................................................42 BIBLIOGRAFA ........................................................................................................45 PENDICE A ............................................................................................................46

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INTRODUCCIN La presente Gua tiene como objetivo principal establecer los procedimientos para la seleccin de tubera de fibrocemento para conduccin de agua potable de acuerdo con las condiciones de trabajo y a las cargas de diseo a las que esta expuesta la tubera y servir 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 tubera de fibrocemento para la conduccin de agua potable. Asimismo se ha recopilado el material y las normas actualizadas, tanto a nivel nacional como extranjeras, relacionadas con tuberas de fibrocemento, para establecer las recomendaciones pertinentes y lograr una adecuada seleccin as como un buen diseo e instalacin de dicha tubera, para con ello hacer homogneos los criterios mencionados anteriormente.

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1.SELECCIN DE TUBERA DE FIBROCEMENTO PARA CONDUCCIN DE AGUA POTABLE 1.1.DISEO 1.1.1.Resistencia y factores de diseo La resistencia del tubo de distribucin de fibrocemento debe ser suficiente para soportar las fuerzas combinadas de todos los tipos de cargas externas (muertas, vivas e impacto). Una prctica de ingeniera requiere de factores de seguridad adecuados que se apliquen a los requisitos de resistencia para garantizar su desempeo bajo condiciones ideales o de carga calculada. Las condiciones de relleno descritas a continuacin se consideran representativas de las condiciones tpicas de instalacin 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.Teora de Cargas combinadas Las pruebas a los tubos de fibrocemento bajo diferentes combinaciones de presin interna y carga externa por compresin (prueba de tres apoyos) muestran que hay una relacin entre las cargas combinadas en el punto de fractura del tubo. Esta relacin puede representarse como una curva parablica (ver figura 1.2). La ecuacin para la curva parablica de la presin por carga, conocida como frmula 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 combinacin con una presin interna (PT) fracturar el tubo. W Carga externa en kgf/m en la prueba de tres apoyos, a la que aplastar el tubo, cuando no exista alguna presin interna. P Presin interna en kgf/cm2 a la que reventar el tubo cuando no exista alguna carga externa. PT Presin interna en kgf/cm2 que en combinacin de una carga externa (WT) aplicada como en la prueba de tres apoyos, fracturar el tubo.

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Figura 1.1 Clases de alojamiento para conductos en zanja

3

WP

Wt

Pt

OP representa la presion interna, W la carga externa

Figura 1.2. Curva de la presin de carga

1.2.CARGAS EXTERNAS 1.2.1.Cargas Externas Para el diseo del tubo de fibrocemento, las cargas externas WT estn definidas por la siguiente frmula:

SE

SE T F F

WW = W

+ (2)

donde: WT Carga externa total en kilogramos fuerza por metro lineal de tubo, aplicada en tres apoyos, que en combinacin con una presin interna (PT ), fracturar el tubo. WE Carga de tierra total en kilogramos por metro lineal, al que est sujeto el tubo. La magnitud de esta carga es una funcin directa de las condiciones de enterrado encontradas o especificadas (zanja, terrapln). WS Sobrecarga total en kilogramos por metro lineal de tubo, transmitida a travs de las condiciones del relleno del tubo, por ningn otro medio que la tierra. Estas cargas pueden ser estticas, dinmicas o una combinacin de ambas. FE Factor asociado con las condiciones especficas de encamado (ver figura 1.1). FS Factor de seguridad para diseo, para tubos de fibrocemento se recomienda un factor mnimo de 1.5.

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1.2.2.Cargas de tierra Las cargas de Tierra (WE), a las que est sometido el tubo, estn en funcin de la compactacin del suelo, del dimetro del tubo, de la profundidad de la zanja y de las tcnicas de construccin usadas en el tendido de la tubera. 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 varan segn la tcnica de construccin empleada. Existen diferentes tcnicas de construccin, la principal es la de zanja, existen otros mtodos de construccin como son las tcnicas de terrapln y la condicin de tnel, la cual no es muy comn, por lo que no se incluye en este documento. La figura 1.3 muestra la clasificacin de zanjas.

Figura 1.3. Clasificacin de las tcnicas de construccin Para el diseo del tubo de fibrocemento, la carga de tierra calculada con la frmula 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 tubera.

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

d

c) - Las fuerzas cortantes entre el prisma interior y los adyacentes, y - La direccin y cantidad del asentamiento relativo entre los prismas interiores y exteriores para condiciones de terrapln. Los clculos utilizados para encontrar el valor de los coeficientes dependern de las condiciones utilizadas en el tendido del tubo. We Peso especifico del relleno en kilogramos por metro cbico. El peso especifico varia de 1600 a 2200 kilogramos por metro cbico. Se recomienda, en ausencia de informacin, utilizar 2000 kilogramos por metro cbico para disear la tubera de fibrocemento. B Ancho de la zanja o dimetro del tubo en metros. El valor empleado depende de las condiciones de instalacin en el tendido de la tubera. Para calcular las cargas de tierra por la frmula (3) para las principales tcnicas de construccin mencionadas, debern determinarse los valores de B y C. A continuacin se describe el mtodo (condicin de zanja) para encontrar los valores necesarios para utilizar la frmula de Marston para la carga del relleno de tierra. Se incluye nicamente la condicin de zanja, ya que comnmente es la ms usada en nuestro medio. a) Condicin de zanja Se define como aqulla en la que el tubo se instala en una zanja angosta, generalmente menor de dos a tres veces el dimetro 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 condicin la frmula (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 tubera. Cd Coeficiente de carga en funcin de la relacin 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 friccin entre el relleno y los lados de la zanja para las diferentes composiciones de suelo factibles. La curva A es para material granular sin cohesin, 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 aqullas causadas por una fuerza nica que puede ser esttica o dinmica. En el diseo normal del tubo las cargas vehiculares sobre ruedas son las cargas concentradas ms 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 funcin de la profundidad del relleno sobre la corona del tubo y el dimetro nominal interior del tubo. Los valores de CS se obtienen de la tabla 1.3. Ps Carga concentrada en kilogramos. El manual de diseo de la AASHO. (American Association of State Higway Officials), da cargas para varios tamaos y tipos de vehculos. Ver tabla 1.1. F Factor de impacto. Los valores que recomienda la AASHO para las cargas de las ruedas de los vehculos estn 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 seccin. Para todas las otras longitudes de tubo, utilice una longitud efectiva de 0,90 m.

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Tabla 1.1. Caractersticas de los camiones tipo

No.

Smbolo

Peso del camin

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 aqulla causada por una fuerza uniforme distribuida igualmente sobre un rea, la carga puede ser esttica o dinmica, 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 funcin 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 rea sobre la cual acta 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 Dimetro externo del tubo en metros. El valor empleado depende de las condiciones de instalacin en el tendido de la tubera.

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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.PRESIN HIDROSTTICA INTERNA La presin hidrosttica interna PT para el diseo del tubo se define por:

FS )P + P( = P cOT (7) donde: PT Presin interna total en kg/cm2 que en combinacin con una carga externa (WT), aplicada en tres apoyos, fracturar el tubo. PO Presin esttica o de operacin en kg/cm2, definida por el criterio de diseo Pc Presin oscilatoria en kg/cm2 resultante de un golpe de ariete o de otro tipo de sobrepresin, que incremente la presin de operacin normal. FS Factor de diseo. Para el diseo de tubos, se recomienda un factor de seguridad mnimo de 2.0. 1.3.1.Presin de trabajo La presin de trabajo (PO) es la presin que existe en condiciones normales o continuas de operacin. Esta presin puede estar producida por bombeo o por gravedad, como la carga que se origina en un depsito o tanque elevado, o una combinacin de ambos. Bajo una situacin puramente de gravedad, la presin en la lnea en un punto dado es mayor cuando no hay flujo y las condiciones son estticas. Bajo condiciones estticas, la presin en un punto dado, medida en metros de carga, es igual a la diferencia entre la elevacin en ese punto y el nivel de la superficie del agua en el depsito.

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Bajo condiciones de flujo, la presin en un punto considerado, se reduce por las prdidas por friccin y otras prdidas de energa resultantes del flujo de agua desde el depsito a ese punto. La magnitud de esta prdida se puede calcular utilizando la frmula de Darcy - Weisbach:

h fLD

vgf

=

2

2 (8)

donde:

hf Prdida de energa por friccin, en metros f Coeficiente de friccin, adimensional L Longitud de la tubera, en metros D Dimetro interno del tubo, en metros v Velocidad media, en m/s g Aceleracin de la gravedad, en m/s2

Para mayor referencia, consltese el Manual de Diseo de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento, libro V, 1 seccin, tema: Datos bsicos. 1.3.2.Presin oscilatoria Las presiones oscilatorias (PC) son transitorias, causadas por condiciones cambiantes o inestables en tubera. Los trminos golpe de ariete, presin oscilatoria o presin transitoria, son intercambiables y se refieren a estas presiones de corta duracin, pero de magnitud considerable. Estas condiciones tienen diferentes causas. Entre otras, apertura o cierre de vlvulas, movimientos sbitos de aire en la tubera y arranque o paro de una bomba. Las presiones transitorias son a menudo un factor determinante en la seleccin de la resistencia de un tubo. Por esta razn, un sistema de tubera deber analizarse siempre con determinaciones de sobrepresiones y aplicar los resultados en la seleccin del tubo. Este tema es demasiado complejo para cubrirse en esta Gua, por lo que se sugiere que la solucin 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 nmero de variables involucradas en la creacin de la presin 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 algn otro criterio simple para utilizarse en tuberas de grandes dimetros de conduccin y alimentacin de lneas principales. a) Golpe de ariete Las tres causas principales del golpe de ariete o sobrepresin son:

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

Ignorar los efectos del golpe de ariete en la tubera, puede provocar dificultades cuando la lnea est en funcionamiento. Puede producir daos en el equipo y una reduccin considerable en la capacidad. b) Anlisis del golpe de Ariete. Las presiones del golpe de ariete estn en funcin del valor mximo de cambio de flujo, cuando una vlvula se abre o se cierra, se propaga una ola de presin a lo largo de la tubera. La velocidad de la ola es la misma que la velocidad del sonido en el agua, modificada por las caractersticas fsicas de la tubera y se describe en la siguiente ecuacin:

aV

K dE e

s = +

1 (9)

Donde: a Velocidad de la ola de presin en m/seg K Mdulo de compresibilidad del agua, (21100 kg) d Dimetro interior del tubo en cm E Mdulo 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 presin se refleja hacia atrs de una condicin de frontera (lmite) tal como un recipiente, y regresa a su posicin inicial despus de que el flujo en la lnea se par por completo, entonces se genera la presin mxima del golpe de ariete para dichas condiciones. El paro del flujo puede ser el efecto del cierre de una vlvula o el paro de una bomba. La magnitud de la presin mxima est dada por:

ha vg

=

(10)

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

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

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El tiempo mximo transcurrido antes del paso final del flujo que an permite que ocurra la presin mxima se llama tiempo crtico, es simplemente la longitud total que la ola de presin recorre en un ciclo, dividido por la velocidad de la onda, est dada por la ecuacin:

a L 2 = T

(11) Donde: T Tiempo crtico, en seg L Distancia en la tubera en la que la ola de presin se mueve antes de

reflejarse hacia atrs por una condicin de frontera (lmite), en metros a Velocidad de la ola de presin, en m/seg

1.3.3.Sistemas de bombeo La conduccin por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energa para obtener la carga dinmica asociada con el gasto de diseo. Este tipo de conduccin se usa generalmente cuando la elevacin del agua de la fuente de abastecimiento es menor a la altura piezomtrica requerida en el punto de entrega. El equipo de bombeo proporciona la energa necesaria para lograr el transporte del agua. En relacin con el golpe de ariete y a la sobrepresin, los elementos ms importantes en el sistema son las bombas y las vlvulas. En un sistema de gravedad slo deben tomarse en cuenta las vlvulas. En un sistema de bombas deben considerarse tanto las vlvulas como las bombas. Ver libro de Fenmenos Transitorios en Lneas de Conduccin El anlisis de la sobrepresin en un sistema de bombas es ms complejo que en un sistema de gravedad, ya que se debe considerar lo siguiente:

En un sistema de bombas, el problema comienza en la disminucin de la velocidad de la columna de agua cuando se para la bomba (ya sea por falla en la energa 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 vlvulas de control de las bombas en sistemas de bombas se abran y cierren lentamente. En un sistema de gravedad, el problema hidrulico consiste nicamente en detener la columna de agua que desciende.

En un sistema de bombas el perfil de la tubera 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 operacin.

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El diseo de un sistema de bombas puede involucrar la consideracin de trazos alternativos para reducir las sobrepresiones y las consecuentes dificultades de operacin al mnimo. Este trabajo debe dirigirse a la reduccin 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 separacin en la columna de agua puede ser seria debido a la magnitud de

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

En la localizacin de la una bomba al comienzo de una lnea con pendiente

fuerte.

Cuando la presin en un punto alto desciende por debajo de la atmosfrica y el aire entra a la tubera a travs de las vlvulas de aire que puedan localizarse en dicho punto alto.

Cuando la presin baja a menos de la presin del vapor de agua.

La separacin en la columna de agua puede causar dificultades no solamente

por las sobrepresiones ya mencionadas que se producen por la reunin de la columna de agua, sino por las dificultades para sacar el aire de la tubera al siguiente encendido an con vlvulas 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 conduccin por gravedad se presenta cuando la elevacin del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezomtrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energa disponible. El escurrimiento del agua en tuberas se rige por las ecuaciones de la energa y de continuidad. En general, en el clculo hidrulico de una conduccin a gravedad trabajando a presin, el caso frecuente que se tiene es el diseo; es decir, conocida la carga disponible H y la longitud de la lnea L, valores que se obtienen del plano topogrfico de la conduccin, as como el gasto Q por conducir, se determina el dimetro D, en seguida, dibujando en el perfil el gradiente hidrulico, se obtienen las clases de tubera. a) Recomendaciones para controlar el aire entrampado Estudios realizados para determinar los efectos del aire entrampado en tuberas han demostrado que s se libera sbitamente en condiciones aparentemente estticas, crea una situacin similar al golpe de ariete clsico. Las presiones que se generan

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

La tubera deber tenderse con pendiente, donde sea posible.

Deben usarse vlvulas automticas continuas aliviadoras de aire en todos los puntos altos.

El aire debe purgarse de la tubera lentamente.

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

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

d Dimetro de la vlvula aliviadora de aire. D Dimetro del tubo.

Estas recomendaciones han sido tiles desde el punto de vista del diseo de tuberas para minimizar problemas de aire. NOTA IMPORTANTE: El objetivo de esta Gua es coadyuvar al personal tcnico en el Diseo, Seleccin e Instalacin de tubera 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. Bibliografa.

16

2.EJEMPLOS DE APLICACIN 2.1.CLCULO PARA DETERMINAR LA CARGA DE TIERRA SOBRE EL TUBO 2.1.1.Ejemplo para condicin de zanja Un tubo de Fibrocemento de 600 mm de dimetro para conduccin clase A-5, se instalar 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 construccin, consultando las especificaciones de la tubera: El dimetro exterior del tubo (600 mm) en A-5 es de 0.655 m; por lo tanto, dos veces el dimetro 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 condicin de zanja. De acuerdo a esta condicin se elige la ecuacin (4):

W C We BE d = 2

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

HBd

= = 2 40100

2 40..

.

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

W kE = = ( . ) ( ) ( ) ,420 /180 1900 1 32 g m

Por lo tanto la carga de tierra sobre el tubo ser de 3,420 kg por metro lineal. 2.2.CLCULO PARA DETERMINAR LA PRESIN HIDROSTTICA INTERNA 2.2.1.Clculo para determinar el dimetro del tubo. Determinar el dimetro de un tubo necesario para transportar 0.250 m3/s a una distancia de 3.000 m con una prdida de friccin de 23 m. De la frmula de Darcy Weisbach

17

18

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

ustitu en la frmu :

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

Del diagrama de Moody (ver figura 2.1)

iente de friccin (f)

Aplicando la ecuacin de continuidad, se tiene:

Sustituyendo V en la frmula 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 ecuacin 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 ==

42

2

f D 2Q 16

DL f h g=

0.674 f h Q 8 L f D

f

25 == g

D1 4Q

D D Q 4 D V R 2 e ===

0.33 D A 4 D 4D A

0.0833 V

Q A

2

===

==

0.000076 D

=

19

Figura 2.1. Diagrama universal de Moody

2.2.2.Clculo de dimetro del tubo y la presin interior de trabajo Se desea bombear agua entre dos puntos, los cuales tienen una diferencia de niveles de 70 m, el gasto de diseo es de 1 m3/s y la longitud de la tubera de conduccin es de 2500 m. Calcular el dimetro del tubo, y la presin interior de trabajo.

Carga total H = Carga Esttica + Prdidas Mayores + Prdidas Menores Si consideramos una velocidad (V) en la tubera de 2.5 m/s y aplicamos la ecuacin de la continuidad, se tiene:

Q V A AQV

A m = = =

= = 12 5

0 4 0 4 2.

. .

A = 0.785 D2 por lo tanto D = 0.72 m El dimetro comercial inmediato superior es igual a 0.75 m Empleando la frmula de Darcy - Weisbach para calcular las prdidas por friccin se tiene:

(1061.84) f 2V

DL f h

2

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

Entrando al diagrama de M

f = 0.0116

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

637,534 1' VD R e ==

10 x 3.33 D

0.75

0.000025 D

5 -==

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 presin interna de trabajo es:

P = 8.28 kg/cm

.3.CLCULO PARA DETERMINAR LAS SOBREPRESIONES .3.1.Determinar la sobrepresin

on los datos del problema 2.2.4, calcular la sobrepresin en la tubera y la clase ndo las condiciones ms crticas para el cierre de

na vlvula, esto es aceptando que la mxima sobrepresin se verifica al instante de

2

2

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

e Et d Ea + 1

V 145 = h

donde: H = Presin 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 clculos se tiene que las presiones en el sistema son:

Presin normal (Pn) 8.43 kg/cm

Sobrepresin G.A. (Ps) 23.94 kg/cm

d

2

2

21

Para determinar la clase de tubera, como primera aproximacin se puede considerar

t = Pn + 20% Ps

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

ue sera la presin soportada por la lnea y observando este valor se deber

ara un anlisis ms detallado, se puede usar un programa para computadora, como

.3.2.Clculo para determinar el tiempo de cierre de una vlvula

na lnea de conduccin por gravedad de 600 mm de dimetro opera a una presin

eterminar la velocidad de la onda de presin

que las vlvulas de alivio tienen una eficiencia del 80%, por lo tanto, la presin que servir para la eleccin de la tubera, empleando vlvulas de alivio es: P P Qemplear una tubera de fibrocemento de 750 mm de dimetro clase A-14. Ppuede ser el del Instituto de Ingeniera de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico o el del Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua. 2 Ude 7 kg/cm2. La velocidad en la lnea es de 1.5 m/seg. Se incluye una vlvula en la lnea a una distancia de 1500 m del depsito. Si la sobrepresin positiva se controlar dentro de 3.5 kg/cm2, determinar el tiempo mnimo de cierre de la vlvula, suponiendo que el tiempo efectivo de cierre es un medio del tiempo real del recorrido del vstago de la vlvula. (Mdulo 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 mxima presin oscilatoria, si la vlvula se cierra dentro del tiempo D

crtico. ( ) ( ) ( )2147140

81951920 cmKgm

gavh . =

.. = =

eterminar el tiempo crtico D ( )( ) seg

aLT 26.3 =

9201500 2 = 2 =

eterminar la constante K para emplearse en la grfica (2) de la figura 2.2. D

22

( ) ( )( ) ( ) ( )K

avgh

=

=

=

2920 15

2 9 81 701005

0

..

.

Determinar el porcentaje mximo de sobrepresin que no se deber exceder en el sistema.

% (100) aoscilatoripresin ximam

)(nsobrepresi =+

( ) = 3514

100 25%.

Entrar a la figura 2.2, grfica 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 est dado en unidades de 2 L/a segundos. El tiempo efectivo de cierre en segundos debera ser 2L/a (2.6) = 3.26 ( 2.6 ) = 8.5 segundos. El tiempo real del recorrido del vstago de la vlvula deber ser el doble de esta cantidad o sean 17.0 segundos. Este tiempo calculado ( 17 segundos ), representa sin embargo la mxima rapidez permisible de tiempo para poder cerrar la vlvula y sostener la sobrepresin abajo del nivel de control deseado de 3.5 Kg/cm2.

Figura 2.2. Trazo del vstago en relacin con el flujo en la lnea para 3

diferentes tipos de vlvulas

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3.TRANSPORTE, RECEPCIN Y DISTRIBUCIN DEL MATERIAL EN OBRA 3.1.TRANSPORTE En general la tubera es embarcada empleando mtodos 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 colocndolas 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.RECEPCIN En el sitio de entrega de los materiales (tubos, coples, anillos y lubricantes), se revisar por el cliente o su representante que la carga est intacta, comprobando que estn completos en dimensiones y clases segn la remisin y en buenas condiciones. Si la carga est movida se revisar cada pieza para verificar si se ha daado, anotndose en el acta de roturas o en la remisin y en la gua 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 dimetros de 600 a 2.000 mm, se usar gra, evitando el uso de ganchos metlicos. Se evitar golpear los tubos y los coples, y nunca se debern rodar los tubos sin cables.

24

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

Si la distribucin se hace en camin a lo largo de la zanja, no deben arrojarse los tubos sobre el producto de la excavacin.

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

contrario del depsito del producto de excavacin, protegidos del trnsito de vehculos, peatones y del equipo pesado de construccin.

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

a distancias convenientes para su distribucin final.

Los empaques (anillos) y lubricantes debern almacenarse.

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4.INSTALACIN 4.1.PROFUNDIDAD DE LA ZANJA Para tubera de agua potable la profundidad mnima de la zanja ser de 90 cm ms el dimetro exterior de la tubera, cuando se trate de tuberas con dimetro igual o menor de 450 mm. Para tuberas mayores de 450 y hasta 1220 mm, la profundidad ser de por lo menos 1.00 metro. Para tuberas mayores de 1220 y hasta 1830 mm ser de por lo menos 1.30 metros y para tuberas mayores 1830 mm ser de por lo menos 1.50 metros. 4.2.ANCHO DE ZANJA En tuberas con dimetro exterior menor o igual a 500 mm, el ancho de la zanja ser de 50 cm ms el dimetro exterior de la tubera. Cuando se trate de tuberas con dimetro exterior mayor de 500 mm, el ancho de la zanja ser de 60 cm ms el dimetro exterior de la tubera. Los anchos de zanja que resulten de los clculos se debern redondear a mltiplos de cinco. 4.3.PLANTILLA O CAMA Deber colocarse una cama de material seleccionado libre de piedras, para el asiento total de la tubera, de tal forma que no se provoquen esfuerzos adicionales a sta. 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 tubera, en un ancho cuando menos igual al 60 % de su dimetro exterior. El resto de la tubera 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 ptima, llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubera (acostillado). Este relleno se hace en capas que no excedan de 15 cm de espesor. El resto de la zanja podr ser rellenado a volteo, o compactado segn sea el caso: si la tubera se instala en zona urbana con trnsito vehicular intenso, todo el relleno ser compactado, y si se instala en zonas con poco trnsito vehicular o rurales, ser a volteo (ver apartado 1.1.1 Resistencia y factores de diseo, de esta Gua).

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Figura 4.1 Relleno de zanja.

Se excavar cuidadosamente las cavidades o conchas para alojar la campana o cople de la junta de los tubos, con el fin de permitir que la tubera se apoye en toda su longitud sobre el fondo de la zanja o de la plantilla apisonada. Los espesores de plantilla (h) para tubera de agua potable se muestran en la tabla 4.1, el espesor mnimo sobre el eje vertical de la tubera ser de 5 cm. En lugares excavados en roca o tepetate duro, se preparar 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 tubera 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.INSTALACIN Todos y cada uno de los tubos, coples y anillos se revisarn cuidadosamente antes de su instalacin. Los extremos de los tubos no debern 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 petrleo. 4.4.1.Bajado de los tubos a la zanja Los tubos con dimetros hasta de 250 mm, se bajan a mano. Los de mayor dimetro 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 razn de 100 kg por persona aproximadamente. En tubos muy pesados se deben trenzar. Los tubos con dimetro de 600 a 2000 mm, se deben bajar con equipo mecnico. Antes de ser bajados los tubos a las zanjas se proceder 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.Instalacin de la tubera El tipo de junta facilita la instalacin de tubera en cualquier dimetro. Lo importante como en toda actividad de construccin es seguir los pasos adecuados, que de no hacerlos no se tendr un funcionamiento satisfactorio de la instalacin.

D9 = Dimetro exterior D3 = Dimetro intermedio D2 = Dimetro de seccin - 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 prximos a instalarse.

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Figura 4.4 Acoplamiento de la tubera

Insrtense los anillos empujndolos hasta la parte interior de la ranura del cople

dando una ligera aplicacin de lubricante.

Figura 4.5 Acoplamiento de la tubera

Aplquese una capa uniforme de lubricante de espesor mnimo, 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 Lubricacin 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 dimetro, el acoplamiento se puede hacer manual o por medios mecnicos.

Acampanado previo. Colquese el cople en el extremo lubricado y empjese

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

Acampanado en la zanja

Figura 4.7 Acampanado previo y en zanja

La tuberas de 75, 100 y 150 mm de dimetro se pueden instalar fcilmente 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 travs de un bloque de madera como se muestra a continuacin. En tuberas mayores de 200 mm es ms recomendable utilizar equipo mecnico tal como: gatos de escalera, tirfor, etc. En dimetros mayores o iguales a 500 mm se puede realizar la instalacin con ayuda de la retroexcavadora.

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Figura 4.8 Acoplamiento de tubera. Procedimiento Despus 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 vulvase a jalar para complementar el acoplamiento La ltima etapa del acoplamiento consiste en verificar la posicin final de los anillos, que estn correctamente colocados, lo cual se logra mediante un escantilln (segn muestra la figura 4.10), que al introducirse, deber tocar el anillo en todo su permetro en caso contrario, ser necesario desacoplar y repetir el acoplamiento.

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Figura 4.10 Veriicacion de la posicin de los anillos

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

Figura 4.11 Corte para reparacion

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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 ste.

Figura 4.12 sealamiento de marca tope

Colquese el cople en una espiga del tubo, deslizndolo hasta que quede al ras, repita la misma operacin en la otra espiga. Utilcese otro tramo para anclar el gato, con objeto de hacer el jaln lo ms horizontal posible.

Figura 4.13 Colocacin 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 posicin de los anillos con el escantilln.

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5.REPARACIONES 5.1.CORTES Y TORNEADO DE TUBOS EN OBRA Los tubos daados por golpes contundentes que afecten el espesor o causen roturas pequeas, se reparan usando una abrazadera o un cople de reparacin. 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 dimetros mayores se usan cortadoras circulares operadas manualmente. Para reparacin de tubos daados en el transporte y por el mal manejo en almacn 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 posicin de los anillos, ser necesario desacoplar nuevamente, para ello descubra los tramos de tubera adyacentes.

Figura 5.2 Representacin esquemtica 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

Desve los tubos y despus 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 despus, empuje hacia abajo (Figura.5.4)

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Figura 5.4 Procedimiento de reparacin de tubera 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 debern de prepararlos en la obra. Tambin puede hacerse mediante el torno de campo mostrado en la figura 5.5.

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

Un rbol ajustable que se inserta dentro del tubo y acta 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 direccin (deflexiones) y de dimetro, derivaciones, interseccin con otros conductos, etc., se utilizan piezas especiales de fierro fundido con bridas, para dimetros (D) de 100 a 900 mm. Para dimetros de 1000 a 2000 mm, se usarn piezas de acero. La pieza o conjunto de ellas unidas a las tuberas de fibrocemento forman un crucero. Para evitar desplazamiento por efecto del empuje producido durante la prueba de presin hidrosttica y en la operacin normal de conducciones y de redes de distribucin, se colocarn 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.

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7.PRUEBA DE PRESIN HIDROSTTICA El objeto de la prueba es el de comprobar que la instalacin de la tubera se realiz en forma correcta, no debiendo presentarse fugas en los acoplamientos. En conducciones para una misma clase de tubera, se prueban tramos de 500 m, con un mximo de 1000 m y en las redes de distribucin tramos de +/- de 100 m (entre cruceros) las lneas primarias con mximo de 500 m. Es conveniente respetar las siguientes recomendaciones previas a la prueba:

Excavacin de zanja y colocacin de plantilla, segn recomendaciones oficiales.

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

verificando siempre la correcta posicin de los anillos.

Alineamiento, nivelacin y relleno inicial (centros) correctos, comprobando que la tubera qued debidamente encamada, con los coples descubiertos para su revisin durante la prueba.

Construccin adecuada de atraques (provisionales y definitivos).

7.1.PROCEDIMIENTO DE PRUEBA Y EQUIPO

La bomba de prueba se debe instalar en el punto ms 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 unin de tubera de fibrocemento. En la extremidad se debe hacer la conexin de la bomba de prueba.

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

presin con 24 a 48 horas de anticipacin a la prueba, con el objeto de que la tubera se hidrate lo mejor posible, purgndose el aire de la tubera.

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

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

Alcanzada la presin de prueba (ver tabla 7.1) se debe sostener durante 1 2

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

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

CLASE PRESIN DE TRABAJO PRUEBA DE PRESIN 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. Volmenes de agua admisibles en la prueba de bombeo

VOLUMENES DE AGUA ADMISIBLES PARA MANTENER LA PRESIN 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 tuberas de Fibrocemento clase A, respecto a su resistencia al aplastamiento, es indispensable se respeten las dimensiones de zanja, la altura de colchn y las especificaciones de los rellenos. Si por alguna razn no se cumple esto, principalmente si la altura del colchn es ms de 2 m para D hasta de 900 mm y de ms de 3 m para D de 1.000 a 2.000 mm, se deber verificar su resistencia real para esas condiciones.

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BIBLIOGRAFA Comisin Nacional del Agua, Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, Libro V, 1 Seccin, tema: Datos Bsicos, 1994, Mxico. 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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PENDICE A

GLOSARIO DE TRMINOS

Para los efectos de esta Gua, se establecen las definiciones siguientes: Anillos de hule: Son los elastomtricos que se usan como sello en las juntas de las tuberas, para lograr su hermeticidad y flexibilidad. Carga mxima de servicio: Es la suma de las cargas externas e internas, tanto estticas como dinmicas la cual va a estar sometida la tubera en condiciones normales de trabajo en zanja. Coples: Son las piezas que, junto con los anillos de hule apropiados, forman la union flexible y hermtica entre los tubos, Se fabrican, igual que los tubos respectivos . Dimetro efectivo: Es el dimetro interno real del tubo. Dimetro nominal: Es el dimetro interno real del tubo usado para la denominacin 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. Presin de trabajo: Es la presin interna mxima manomtrica que debe soportar normalmente la tubera ya instalada. Tubera de fibrocemento: Son los conductos cilndricos de seccin anular circular, torneados en sus extremos, fabricados a partir de una mezcla homognea de cementante hidrulico inorgnico, agua, fibras de amianto con o sin adicin de otras fibras y/o modificadores de la matriz del producto y exenta de sustancias nocivas al agua. Clasificacin de Los tubos de fibrocemento Los tubos de fibrocemento dependiendo de su presin de trabajo se clasifican en cinco clases bsicas:

Tabla A.1. Clasificacin

CLASE Presin 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 conversin de unidades de medida al Sistema Internacional de Unidades (SI)

OTROS SISTEMAS DE UNIDADES

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

LONGITUD Pie pie, ft., 0.3048 metro m

Pulgada plg., in, 25.4 milmetro mm PRESIN/ ESFUERZO

Kilogramo fuerza/cm2 kgf/cm

2 98,066.5 Pascal Pa

Libra/pulgada2 lb/ plg2 ,PSI 6,894.76 Pascal Pa Atmsfera 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 VOLUMTRICO

Kilogramo fuerza/m3 kgf/m

3 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 DINMICA

Poise 0.01 Mili Pascal segundo mPa.s VISCOSIDAD CINEMTICA

Viscosidad cinemtica 1 Stoke m

2/s (St)

ENERGA/ CANTIDAD DE CALOR

Calora cal 4.1868 Joule J Unidad trmica britnica BTU 1,055.06 Joule J

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

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

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GUA PARA LA SELECCIN E INSTALACIN DE TUBERA DE FIBROCEMENTO PARA AGUA POTABLEINTRODUCCIN1. SELECCIN DE TUBERA DE FIBROCEMENTO PARA CONDUCCIN DE AGUA POTABLE1.1. DISEO1.1.1. Resistencia y factores de diseo1.1.2. Teora de Cargas combinadas

1.2. CARGAS EXTERNAS1.2.1. Cargas Externas1.2.2. Cargas de tierra1.2.3. Cargas sobrepuestas

1.3. PRESIN HIDROSTTICA INTERNA1.3.1. Presin de trabajo1.3.2. Presin oscilatoria1.3.3. Sistemas de bombeo1.3.4. Sistemas de gravedad

2. EJEMPLOS DE APLICACIN2.1. CLCULO PARA DETERMINAR LA CARGA DE TIERRA SOBRE EL TUBO2.1.1. Ejemplo para condicin de zanja

2.2. CLCULO PARA DETERMINAR LA PRESIN HIDROSTTICA INTERNA2.2.1. Clculo para determinar el dimetro del tubo.Clculo de dimetro del tubo y la presin interior de trabajo

2.3. CLCULO PARA DETERMINAR LAS SOBREPRESIONES2.3.1. Determinar la sobrepresin2.3.2. Clculo para determinar el tiempo de cierre de una vlvula

3. TRANSPORTE, RECEPCIN Y DISTRIBUCIN DEL MATERIAL EN OBRA3.1. TRANSPORTE3.2. RECEPCIN3.3. DISTRIBUCIN EN OBRA

4. INSTALACIN4.1. PROFUNDIDAD DE LA ZANJA4.2. ANCHO DE ZANJA 4.3. PLANTILLA O CAMA4.4. INSTALACIN4.4.1. Bajado de los tubos a la zanja4.4.2. Instalacin de la tubera

5. REPARACIONES5.1. CORTES Y TORNEADO DE TUBOS EN OBRA

6. CRUCEROS Y ATRAQUES7. PRUEBA DE PRESIN HIDROSTTICA7.1. PROCEDIMIENTO DE PRUEBA Y EQUIPO

BIBLIOGRAFAPENDICE A

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