instrucpead_2006[1]

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Instructivo para la utilización de Tuberías y Accesorios de PEAD

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Conten ido de l I ns t ruc t i vo

pág.

Capítulo 1 Alcance General y Nomenclatura 41.1 Alcance general 41.2 Nomenclatura 4

Capítulo 2 Materia Prima y Características 52.1 Alcance del capítulo 52.2 Obtención del polietileno 52.3 Vida útil 52.4 Características del PE 100 5

2.5 Rango de producción de la tubería 52.6 Resistencia a la rotura 52.7 Cálculo de los espesores de la pared 82.8 Relación Estándar de Dimensiones 82.9 Control de calidad de la tubería 8

Capítulo 3 Diseño y pruebas hidráulicas 103.1 Alcance del capítulo 103.2 Consideraciones generales 103.3 Criterios de diseño 123.4 Cálculos hidráulicos 193.5 Obras complementarias o accesorios 21

3.6 Pruebas de presión en conductoras 263.7 Pruebas de presión en redes de distribución de agua potable 30Anexo 3.1 Metodología para el cálculo del aplastamiento de los conductos

enterrados31

Anexo 3.2 Metodología para el cálculo del diámetro de las válvulas de aire ydesagüe teniendo en cuenta el proceso de llenado y vaciado delconducto

34

Anexo 3.3 Metodología para los cálculos preliminares del golpe de ariete 39Anexo 3.4 Pruebas de presión en tuberías instaladas 42

Capítulo 4 Manipulación, Almacenamiento y Transportación 434.1 Manipulación 434.2 Medios 434.3 Transportación 434.4 Descargue 434.5 Movimiento 444.6 Soldadura 44Capítulo 5 Colocación y Montaje 455.1 Conductoras 455.2 Colocación de los tubos en zanja 455.3 Compactación 455.4 Acometidas 455.5 Perfil Ejecutivo 45




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Capítulo 6 Soldadura 47

6.1 Alcance del capítulo 476.2 Términos y definiciones 476.3 Condiciones previas 476.4 Proceso del trabajo de soldadura 496.5 Inspección y controles de calidad de las uniones soldadas 516.6 Criterios de aceptación o rechazo de las uniones soldadas 526.7 Reportes de los controles no-destructivos 53Anexo 6.1 Preparación teórica y práctica de los operadores de los equipos

de soldar 55

Anexo 6.2 Acta de certificación de operario de máquina de soldar 57Anexo 6.3 Modelo de carnet del operador 59Anexo 6.4 Tabla de la fuerza inicial de calentamiento y de soldadura 60

Anexo 6.5 Diagrama del calentamiento del material 61Anexo 6.6 Tiempo total de soldadura 62

Referencias 63




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Capítu lo 1 A lcanc e Genera l y Nomenc la tura

1.1 Alcance general

El presente Instructivo se destina a exponer argumentadamente las instrucciones eindicaciones de trabajo necesarias para efectuar las actividades de diseño,construcción, colocación, manipulación, almacenamiento y distribución de las tuberíasde PE que se utilicen en los conductos para trasvasar agua a presión.

Todas las indicaciones e instrucciones de trabajo que conforman el presente documentose refieren tanto a las tuberías de PE que se fabriquen en el país como a las deimportación, y son de estricto cumplimiento para todas las entidades o especialistas

relacionados con el tema.1.2 Nomenclatura

Símbolo Descripción Unidad

PN Presión Nominal bar

S Espesor de la pared del tubo mm

SDR Relación entre el diámetro del tubo y el espesor de la pared -

σ Resistencia de diseño a 20º C MPa

De Diámetro exterior de la tubería mmDi Diámetro interior de la tubería mm

Ø Diámetro nominal mm

PE 80 Polietileno con 8 MPa de resistencia mínima esperada

PE 100 Polietileno con 8 MPa de resistencia mínima esperada




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Capít u lo 2 Mater ia Pr ima y Carac t er íst ic as

2.1 Alcance del capítulo

El presente capítulo recoge las características fundamentales del polietileno, que es lamateria prima más extendida para la fabricación de las tuberías y accesorios que seusan con más frecuencia en las redes de acueducto y alcantarillado del país.

2.2 Obtención del polietileno

El polietileno, materia prima utilizada en la fabricación de las tuberías, se produce apartir de la polimerización del etileno y es el fruto de un largo proceso de investigación ydesarrollo llevado a cabo por los fabricantes de polímeros en sus laboratorios einstitutos especializados.

El resultado ha sido un producto que presenta excelentes propiedades físico químicas,como son su resistencia a la rotura, su resistencia a la tensión y su moldeabilidad.

2.3 Vida útil

La estructura molecular de los polímeros que se utilizan en la fabricación de tuberíasgarantiza que éstos mantengan sus propiedades mecánicas, con un amplio margen deseguridad que cubre, al menos, 500 000 horas de servicio ininterrumpido, a su presiónnominal y a una temperatura de 20º C.

2.4 Características del PE 100

En las páginas siguientes, en las Tablas 2.1, 2.2, 2.3 y 2.4, se brindan las principalescaracterísticas físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas del PE 100, respectivamente.

2.5 Rango de producción de la tubería

En la República de Cuba las tuberías de Polietileno de Alta Densidad (en lo adelante,PEAD) se producen en tres fábricas que cumplen con las normas nacionales einternacionales establecidas para obtener este tipo de producto (Ver Tabla 2.7).

2.6 Resistencia a la rotura

La resistencia del polímero debe ser probada llevando a cabo pruebas de presión enmuestras de tuberías. Para ello, de acuerdo a las normas ISO, se realiza una pruebahidrostática de larga duración sometiendo a la muestra a una tensión y temperaturadeterminadas.




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Tabla 2.1 Características físicas del PE 100

Características Norma Unidad Valor

Densidad Natural a 23º CISO 1183

ASTM 1505kg/m3 954

Índice de Fluidez con 2,16 kgÍndice de Fluidez con 5 kg

DIN 537351ISO 1133

ASTM 1238

g/10 ming/10 min

< 0,150,45

Tabla 2.2 Características mecánicas del PE 100

Características Norma Unidad ValorYield Strength a 23º C y

a 50 mm/mina 100 mm/min

DIN 53455Probeta No. 4

MPaMPa

2425

Tensile Stregth a la rotura, a 23º C ya 50 mm/mina 100 mm/min

MPaMPa

3536

Elongación a la rotura, a 23º C ya 50 mm/mina 100 mm/min

ISO 527Probeta No 2

%%

> 600> 600

Módulo de Tensión a 23º C ISO 527 MPa 1200

Dureza Shore tipo D a0º C20º C40º C60º C80º C

6458555149

Tabla 2.3 Características térmicas del PE 100

Características Norma Unidad Valor

VICAT 1 KGVICAT 5 KG

DIN 53460ISO 306

ASTM D 1525

º Cº C

12772

Conductividad Térmica a 23º C DIN 52612 W/m.k 0,45Coeficiente de Expansión Térmica ASTM D 1525 K-1 1,3.10-4

Calor Específico a23º C

100º CCalorimetría KJ/KG.K 1,8

3,3Temperatura de Brittleness ASTM D 746 º C < -100




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Tabla 2.4 Características eléctricas del PE 100

Características Norma Unidad ValorResistencia del aislamiento superficial

DIN 53482VDE 0 303/3

Ω > 1014

Resistividad transversal a 23º CDIN 53482

VDE 0 303/3Ω cm ≥ 1017

Pérdida del ángulo tangente a 23º Ca 1 KHz

a 103 KHz

DIN 53483VDE 0 303/4

3. 10-4

7.10-4

Permitividad a 23º Cdesde 0,1 KHz hasta 103 KHz

DIN 53483VDE 0 303/4

2,6

Resistencia dieléctricaDIN 53481

VDE 0 303/2kV/cm 2,2. 103

Los resultados de esa prueba se llevan a un gráfico logarítmico del que se obtienen lasdenominadas curvas de regresión. Estas curvas, que son diferentes para cada tipo dematerial, permiten estimar la vida útil. Por el contrario, si se fijan una vida útil y unatemperatura exterior, la resistencia de las paredes del tubo y, por lo tanto, el espesor necesario de la pared, puede ser determinados como sigue:

( )).().(

PN

.PN:dondede

PN2212

22 +=

−=

σ σ

DS

S

S D

Las curvas de regresión (ver gráfica en la Fig.2.1) presentan un punto de inflexión quesepara dos fases con distinto comportamiento viscoso. Como resistencia de diseño paraeste material se toma la resistencia mínima obtenida a 20º C en un intervalo de tiempode 50 años.

Curvas de Regresión del PE 100

1

10

100

1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06

Vida Útil (horas)

R e s i s t e n c i a a l a r o

t u r a ( M p a )

20ºC40ºC

60ºC

80ºC

Fig. 2.1




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2.7 Cálculo de los espesores de la pared

En la fórmula anterior el valor de σ , es decir, la tensión de diseño, es diferente paracada material y se obtiene por las curvas de regresión a 25° C considerando una vidaútil de 50 años, con un factor de seguridad de 1,25. Las denominaciones de losdiferentes tipos de PE se dan en la Tabla 2.5.

Tabla 2.5 Denominación de los diferentes tipos de PE

DenominaciónResistencia tensión

requerida(MPa)

Tensión de diseño(MPa)

PE 100 10,0 8,0

PE 80 8,0 6,3

PE 63 6,3 5,0

PE 40 4,0 3,2

PE 32 3,2 2,5

2.8 Relación Estándar de Dimensiones

La Relación Estándar de Dimensiones o SDR es un cociente adimensional que expresala relación entre el diámetro exterior del conducto y el espesor de su pared:

).(SDR 32S

De=

y se puede relacionar con la presión nominal como sigue (ver la Tabla 2.6):

).(SDR

PN 421

20

−=

σ

Tabla 2.6 Dependencia entre la SDR y la presión nominal

PE 8O PE 100SDR S

PN33 16 4 521 10 817 8 10

13,6 6,3 10 12,5

2.9 Control de calidad de la tubería

La Tabla 2.7 relaciona las dimensiones y tolerancias permitidas con estas tuberías.



Instructivo para la utilización de Tuberías y Accesorios de PEADI.N.R.H.

Tabla 2.7 Dimensiones y tolerancias permitidas

D.Ext/E SDR-32.25 SDR-26 SDR-21 SDR-

PE-80 PN-4 PN-5 PN-6 PN-8

PE-100 PN-5 PN-6 PN-8 PN-1

Diam. E Toleran

cia

peso Diam. E Toleran

cia


cia


cia

Exterior mm mm Kg./ m

interior mm mm Kg./m interior mm mm Kg./m interior mm mm

16

20

25

32

40 2,4 0,3

50 3,0 0,4

63 3,8 0,575 2,9 0,4 0,675 69,2 3,6 0,5 0,818 67,8 4,5 0,690 3,5 0,5 0,965 83,0 4,3 0,6 1.172 81,4 5,4 0,7

110 4,3 0,5 1,447 101,4 5,3 0,7 1.760 99,4 6,6 0,8

160 6,2 0,7 3,022 147,6 7,7 0,9 3.694 144,6 9,5 1,1

200 7,7 0,9 4,667 184,6 9,6 1,1 5.751 180,8 11,9 1,3

250 9,7 1,1 7,334 230,6 11,9 1,3 8.894 226,2 14,9 1,6

315 12,2 1,3 11,631 290,6 15,0 1,6 14.109 285,0 18,7 2,0

355 13,7 1,4 14,687 327,6 16,9 1,8 17.914 321,2 21,1 2,3

400 15,4 1,6 18,611 369,2 19,1 2,1 22.843 361,8 23,8 2,5

500 19,3 1,8 29,131 461,4 23,9 2,5 35.642 452,2 29,7 3,1

630 19,6 2,3 37,55 590,8 24,3 2,4 46,178 581,4 30,0 3,1 56.351 570,0 37,4 3,9

800 24,9 2,9 60,50 750,2 30,8 3,0 74,226 738,4 38,1 4,0 90.944 723,8 47,5 4,9

900 28,0 3,4 76,51 844,0 34,7 3,5 94,065 830,6 42,9 4,5 115.071 814,2 53,4 5,8

1000 31,1 3,8 94,5 937,8 38,5 4,0 115,9 923,0 47,7 5,0 142,167 904,6 59,3 7,0 1




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Capítu lo 3 Diseño y pruebas h idráu l icas

3.1 Alcance del capítulo

El propósito de este capítulo es fijar los criterios básicos y los requisitos mínimos quedeben reunir los diferentes procesos involucrados en la conceptualización y el diseño delos sistemas a presión con tuberías de PEAD, con el fin de garantizar su seguridad,durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia y sostenibilidad durante su vida útil.

En el capítulo se incluirán una serie de criterios técnicos y prácticos que ofrecen unarespuesta efectiva al diseño de las conducciones forzadas en las que se emplee estetipo de material, considerando como tales las que constituyen aquella parte del sistema

cubierta por los conductos y accesorios destinados a conducir el agua hasta los puntosde entrega. El período de diseño para este tipo de obra será de 20 años..

3.2 Consideraciones generales

3.2.1 Selección del trazado. El trazado de la conducción se elige teniendo en cuenta laconfiguración del terreno y la ejecución más económica, para lo cual se tendrán encuenta los siguientes aspectos:

- La conducción se ubicará de modo que se facilite su localización, construcción,operación, mantenimiento y vigilancia durante toda su vida útil.

-

Su longitud total será la menor posible, evitando los cambios continuos y bruscos ensu alineación horizontal.- Se evitarán los terrenos demasiado accidentados (elevaciones y depresiones

exageradas), así como las zonas rocosas, erosionables y cenagosas.- Las conducciones no se ubicarán con trazados propensos a la agresión de fuentes

contaminantes, como son los vertederos de desechos sólidos o líquidos y loscementerios. De no existir otra alternativa se procederá a la reubicación de estoslugares.

- Las inflexiones normalizadas para las tuberías de PEAD en zonas urbanas serán de30°, 45°, 60° y 90°. No se permitirán ángulos mayores de 90°. Es importante que elproyectista sea capaz de determinar con precisión dónde pueden ser omitidos estos

accesorios, fundamentalmente en las conductoras, en las que en la mayoría de loscasos no existen restricciones de espacio, lo que permite aprovechar lasprestaciones que poseen estos tipos de tubería en cuanto a su radio de curvatura.

- El radio de curvatura mínimo establecido para las tuberías de PEAD que seejecutarán en obra a partir de tubos ya soldados, está dado por la relación entre eldiámetro exterior y la presión nominal y se calculará según la Tabla 3.1:




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Tabla 3.1 Radio de curvatura admisible

Presión nominal(bar) Radio admisible(m)2,50 50 D3,20 40 D4,00 30 D6,00 20 D

10,00 20 D

- Las distancias horizontales entre las caras exteriores de las tuberías de PEAD yotras obras no serán inferiores a las siguientes:

a) Hasta la línea constructiva o los cimientos de los edificios:• Tuberías con diámetros de hasta 110 mm: 1 m• Tuberías con diámetros entre 110 y 355 mm: 1,5 m• Tuberías con diámetros mayores de 355 mm: 3,5 m

b) Hasta los cimientos de puentes y túneles 2 mc) Hasta las bases de terraplenes 4 md) Hasta el borde del contrapaso o el pie del terraplén, según el caso 1,5 me) Hasta las tuberías de alcantarillado, petróleo o gas 1 mf) Hasta los troncos de árboles 1 mg) Hasta las redes eléctricas o las comunicaciones soterradas 1 m

- Las distancias verticales entre las caras exteriores de las tuberías de PEAD y otrasobras no serán inferiores a las siguientes:

a) Hasta el último pelo de los postes de tendido eléctrico de alto voltaje: 5 m dealtura.

b) Hasta el último pelo de los postes de tendido eléctrico de bajo voltaje o decomunicaciones: 3 m de altura.

c) En los cruces de las conductoras de agua para consumo con tuberías deresiduales, aquéllas se harán pasar por encima de las de residuales a unadistancia vertical mínima de 400 mm entre las paredes exteriores de ambosconductos (en los casos en que esta distancia resulte menor, o en que la tubería

de agua para el consumo pase por debajo de la de residual, aquélla se protegeráencamisándola con el mismo criterio de los cruces, o construyendo in situ estaprotección con hormigón hidráulico, a lo largo de un tramo cuya longitud seráigual a 5 m en terreno arcilloso y a 10 m en terreno permeable y se tomará aambos lados del punto de cruce).

d) La distancia vertical en el lugar de cruce de la tubería conductora con otraslíneas subterráneas de servicio no será menor de 0,2 m.

Nota: En los casos en que no se puedan cumplir algunos de los requerimientosanteriores, en el diseño se plasmarán y argumentarán las soluciones correspondientes.




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3.2.2 Otros cruces. Los cruces de las conductoras de PEAD con carreteras, líneas deferrocarril, ríos, arroyos, canales y otros, se ejecutarán con un ángulo aproximado de

90° en la intersección. En este sentido:

a) Para los cruces de las tuberías con obras viales se aprovecharán los puentes yalcantarillas existentes, siempre que esto no inhiba el fin para el cual estas fueronprevistas. Cuando no exista esa posibilidad, el cruce se realizará mediante lacolocación de una camisa de protección con un diámetro mayor que el del conducto,de acuerdo a las especificaciones siguientes, siempre y cuando el cálculo estructuraldel conducto de PEAD así lo recomiende:

Tuberías de diámetro menor o igual a 63 mm:D = 150 mm

Tuberías de diámetro entre 63 y 315 mm:D = d + 150 mm (3.1)Tuberías de diámetro mayor a 315 mm:

D = d + 300 mm (3.2)

donde:

D: Diámetro interior de la camisa (mm)d: Diámetro exterior de la tubería (mm)

Nota: El tramo de conducto a colocar en el cruce debe carecer en lo posible de

uniones soldadas y siempre será probado antes de ser colocado. Como camisase tomará un conducto de un material tal como hormigón precomprimido, acero,etc. Para el diámetro se tomará el valor normalizado más cercano al valor obtenido. En dependencia del tipo de camisa seleccionada, se determinará elrecubrimiento necesario para la misma.

b) Para diámetros mayores de 500 mm y vías de primera categoría se puedenconstruir camisas de elementos prefabricados. En estos casos se propondránregistros de inspección a ambos lados del cruce para posibles mantenimientos yreparaciones. En casos especiales se podrá proyectar túneles.

3.3 Criterios de diseño

Los conductos diseñados tendrán la capacidad de conducir el caudal con losparámetros hidráulicos óptimos, lo que contribuirá a lograr un funcionamiento correctode los conductos durante su período de explotación.

3.3.1 Generales

- El diseño hidráulico para sistemas ramificados se utilizará preferentemente enpoblaciones pequeñas, donde suelen faltar calles o caminos de enlace para losramales extremos.




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- Los parámetros hidráulicos del conducto se calcularán dependiendo de lascaracterísticas del agua a conducir (para lo que se empleará la metodología que se

expone en el epígrafe “Cálculos hidráulicos” de este mismo capítulo).- El coeficiente de rugosidad “C” de la fórmula de William-Hazen se tomará como 145.- El módulo de elasticidad del PEAD (E) será de 2000 kg/cm2.- La rasante de la tubería se proyectará de modo que se mantenga lo más paralela

posible al perfil del terreno natural.- La rasante piezométrica se calculará para que no cruce por debajo de la línea de la

tubería.- La pendiente mínima que se recomienda en los ascensos es de 0,002 m/m, mientras

que en los descensos será de 0,004 m/m. - Los valores admisibles de las velocidades dependerán fundamentalmente del

contenido de sólidos suspendidos en el agua y se tomarán por la Tabla 3.2.

Tabla 3.2 Velocidades recomendables

Velocidad (m/seg)Tipo de aguaMínima Normal Máxima

Limpia 0,3Residual 0,6 a 0,8

1,0 a 1,8 3,0

- El conducto se diseñará de forma soterrada. Si esto no es posible, y por el contrariodebe quedar expuesto, el proyectista ofrecerá una variante de protección. De locontrario se propondrá sustituir en el tramo la tubería de PEAD por otro tipo detubería que sea seleccionada por el proyectista y que se justifique económicamente.

-

La colocación de los tubos se proyectará en zanjas con pendientes uniformes sobreuna capa de asiento de material areno arcilloso de 50 a 100 mm de espesor, que setraerá de un préstamo estudiado y aprobado por el informe geológico realizadopreviamente; en calidad de préstamo se podrán emplear los productos que seobtengan con la excavación de la zanja. Es importante señalar que si la excavaciónse realiza con zanjeadoras, en cuyo caso la rasante queda perfectamente alineada,y si las características del terreno son adecuadas (es decir, si no existen en élobjetos punzantes, piedras ni partículas con un diámetro mayor de ¾”), se puedeprescindir del colchón de asentamiento.

- El ancho de la zanja para la instalación de los conductos de PEAD se determinaráteniendo en cuenta las especificaciones de la Tabla 3.3:

Tabla 3.3 Ancho mínimo de zanja

Diámetro nominal(mm)

Ancho de zanja(mm)

16 a 32 4040 a 90 110

110 150160 200200 250

Mayor de 200 1,25 DNota: En caso de que se adquieran discos de sanjeadoras con otros anchos se utilizará el

disco de menor ancho que sea mayor que 1,25D




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Nota: Cuando las profundidades de excavación sean mayores de 2 m y lascaracterísticas del terreno no garanticen la estabilidad de la zanja, se preverá el

entibamiento de la misma y la sección se ampliará según la siguiente expresión:

B = D + A + 40 (cm) (3.3)

donde:

B: Ancho de la zanja (cm)D: Diámetro exterior del conducto (cm)A: Espacio lateral libre alrededor del conducto, que se determinará como la diferenciaentre el ancho de la zanja de la Tabla 3.3 y el diámetro exterior del conducto (cm)

- La profundidad de excavación estará dada por las características del conducto, laresistencia del suelo, el método de colocación y las cargas a las que va a estar sometido el terreno. Una vez determinados estos parámetros, se calculará elrecubrimiento mínimo de la tubería mediante la metodología que se presenta en elAnexo 3.1.

- Al proyectar la instalación de tuberías en túneles, la separación entre éstas y lasparedes de los mismos será tal que permita realizar sin dificultades los trabajos demontaje y reparación.

- Cuando se requiera proyectar un registro, las distancias mínimas al conducto seránlas que se establecen a continuación:

Hasta las paredes del registro:

a) Tuberías con diámetros de hasta 400 mm: 30 cmb) Tuberías con diámetros de 500 a 800 mm: 50 cmc) Tuberías con diámetros mayores de 800 mm: 70 cm

Desde las paredes hasta las uniones atornilladas:

a) Tuberías menores o iguales de 500 mm : 30 cmb) Tuberías mayores de 500 mm: 50 cm

- La distancia vertical entre la invertida del conducto y el fondo del registro, para todoslos diámetros, será de 30 cm.

Tabla 3.4 Dimensión mínima de registros,de acuerdo a la profundidad de excavación

Profundidad(m)

Dimensión mínima del registro(m)

Menor de 2 1,00De 2 a 3 1,20De 3 a 4 1,50

Mayor que 4 1,60




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- De las dimensiones mínimas que brinda la anterior Tabla 3.4 se tomará el mayor valor que corresponda, de acuerdo a la profundidad del registro.

- La sección de la excavación para realizar los trabajos en los registros será lasección del registro, determinada anteriormente, más 1 m a cada lado.

3.3.2 En conductoras

- Todas las válvulas se colocarán con el requerimiento técnico necesario de acuerdo ala función que realizarán.

- Las válvulas de cierre, los desagües y las ventosas siempre irán colocadas dentrode registros, excepto en los tramos donde el conducto sea aéreo (cruces por puentes, etc.).

- Las válvulas de cierre se colocarán en conductos que presenten entregas en ruta y

tengan longitudes mayores de 5 km.- El diámetro de las válvulas de cierre dependerá del diámetro del conducto, según se

especifica a continuación:

a) Para conductoras de diámetro hasta de 315 mm, la válvula será lacorrespondiente al diámetro del conducto.

b) Para conductoras de diámetro mayores de 315 mm, la válvula será lacorrespondiente al diámetro inmediato inferior, siempre y cuando esto sea

justificable económicamente.

- La distancia máxima entre las válvulas de cierre se adoptará de la forma siguiente:

a) Para conductos con Dn ≤ 315 mm: entre 3 y 5 kmb) Para conductos con Dn > 315 mm: entre 5 y 7 km

- La colocación de los accesorios necesarios para el correcto funcionamiento de losconductos, su llenado y vaciado, así como una posible ocurrencia del fenómeno degolpe de ariete, se realizará solicitando el diámetro de las piezas de los desagües yventosas de acuerdo al diámetro necesario que se haya calculado por lametodología que se presenta en el Anexo 3.2.

- El diámetro de salida de la conductora para la válvula de desagüe o de aire será elde la referida válvula. La solución general para la colocación de los desagües se

hará de la siguiente forma:

Tee 90° concéntrica con el diámetro de salida igual al calculado por lametodología (ésta se girará 45° para garantizar el mayor desagüe posible); niplede PEAD con la longitud necesaria para tomar los 45°; portabridas de PEAD conbrida; válvula de mariposa tipo Wafer; portabridas de PEAD con brida; niple dePEAD. En el caso de los desagües de hasta 110 mm se podrá prescindir delcodo a 45° y el ángulo se tomará con el radio de curvatura del niple. Endesagües de mayor diámetro se solicitará el codo de 45°.




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Fig.3.1 Desagüe con Tee reducida

- Las soluciones generales para la colocación de las ventosas se harán de lasiguiente forma:

a) Para válvulas de aire con diámetros mayores de 50 mm, se colocará Tee 90°concéntrica con el diámetro de salida igual al calculado por la metodología;portabridas de PEAD con brida; válvula de mariposa tipo Wafer; dos portabridasde PEAD con brida y válvula de aire bridada.

b) Para válvulas de aire con diámetros menores o iguales a 50 mm, se colocaráTee 90° concéntrica con el diámetro de salida igual al calculado por lametodología (éste será de rosca hembra); niple de acero galvanizado oinoxidable con rosca macho corrida; válvula de bola con rosca hembra y válvulade aire con rosca macho.

Fig.3.2 Ventosa con unión bridada




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Fig.3.3 Ventosa con unión roscada

Nota: Cuando por alguna razón no se puedan adoptar las variantes señaladasanteriormente, se utilizará cualquier otra que se justifique económicamente y en la queel diámetro de salida de la conductora para la válvula de desagüe o de aire sea igual alde la referida válvula.

- Se concebirán registros pitométricos en todas las conductoras.- Será de obligatorio cumplimiento para cualquier entidad inversionista incluir en la

Tarea Técnica el análisis del fenómeno de golpe de ariete, cuando se solicite a laentidad proyectista el diseño o la rehabilitación de estaciones de bombeo o deconductoras.

- Como elemento amortiguador del golpe de ariete se tomará cualquiera de losdispositivos disponibles en el mercado, siempre y cuando la solución técnica esté

justificada económicamente. Estos dispositivos pueden ser:

a) Ventosas bifuncionales, trifuncionales y purgadoresb) Válvulas disipadoras de ondac) Válvulas de seguridadd) Seccionamiento de la descarga, colocando válvulas de cheque con by-passe) Incremento de la inercia de las masas rotantes de las bombasf) Válvulas de aliviog) Chimeneas de equilibrioh) Tanques hidráulicos abiertos o cerradosi) By-pass en las válvulas de cheque de las estaciones de bombeo

j) Tanques hidroneumáticosk) Combinaciones de las soluciones anteriores

Nota: Para la solución antiariete de cualquier sistema de conducción, conindependencia de la experiencia del proyectista y de la utilización de los softwaresdisponibles para este fin en el país, será necesaria la realización de una serie decálculos preliminares cuyos resultados deben ser introducidos en dichos softwares, así




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como tener una idea clara del tipo de golpe de ariete que se producirá. Estos cálculosse incluyen en el Anexo 3.3.

- No se permitirá la conexión de acometidas a las conductoras.

3.3.3 En redes de distribución

a) Para el diseño hidráulico de las redes de distribución se podrán utilizar lossoftwares disponibles (Epanet, Watercad u otros).

b) Los diámetros de las tuberías de la red se calcularán con el caudal máximohorario.

c) Los circuitos entre tuberías principales deben estar comprendidos entre 3 y 5 Ha.d) Para densidades poblacionales superiores a 280 hab/ha no se colocarán tuberías

de relleno sin cálculo.e) Las redes se calcularán para el menor diámetro posible que garantice las

demandas de consumo y presiones máximas de hasta 50 m.c.a.f) En las redes de distribución donde se propongan tuberías con un diámetro

superior a 250 mm, se diseñará una segunda tubería por la misma excavaciónpara la distribución del agua mediante acometidas a los usuarios.

- El diámetro exterior mínimo a colocar en las tuberías principales de cálculo de lasredes de distribución será de 110 mm.

- El diámetro exterior a colocar en las tuberías de relleno en las redes de distribuciónserá de 90 mm si se coloca uno solo; si son dos, uno por cada lado, entonces sudiámetro exterior podrá ser de 75 mm.

- Se concebirán acometidas cortas de 5 m y largas de 14 m.- El diámetro a colocar en las acometidas estará en función del número de viviendas

servidas, de acuerdo a la Tabla 3.5.

Tabla 3.5 Diámetro a colocaren acometidas para viviendas

Diámetro exteriordel conducto (mm)

Número deviviendas servidas

16 120 De 2 a 4

25 De 5 a 1032 De 11 a 2540 De 26 a 5550 De 56 a 11063 De 111 a 200

- El diámetro a colocar en las acometidas para objetivos sociales se calcularáutilizando el método de población equivalente, de acuerdo al consumo necesario(consúltese el Anexo 3.4).

Nota: En edificaciones contiguas se hará una acometida cada dos edificaciones,tomando el diámetro de los tramos de forma tal que se cumpla con lo especificado en laTabla 3.5.




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Fig.3.4

Nota: Las acometidas se conectarán siempre a las tuberías de diámetro igual o inferior a 250 mm, pudiendo estar compuestas por:

a) Collarín de salida con rosca hembrab) Enlaces con rosca machoc) Tubería de PEADd) T reducidae) Tubería flexible de PEADf) Codosg) Válvula de bola con rosca machoh) Metro contador i) Registro o arqueta

- Las acometidas se calcularán para el menor diámetro que disipe la carga disponibleen la red y garantice la demanda de consumo con presiones máximas en los puntosde entrega de 14 m.c.a. en viviendas de una planta y de 24 m.c.a. en edificiosmultifamiliares.

- Las válvulas de regulación en redes de distribución con diámetros inferiores a 200

mm se colocarán con un registro de tipo telescópico, mientras que las que tenganiguales o mayores diámetros se instalarán con la protección de un registro.

- La ubicación de válvulas en las redes se realizará para facilitar la regulación encircuitos donde el suministro se vea afectado por roturas o mantenimientos.

- En las redes se colocarán válvulas de globo para regular y de compuertas con cierreelástico cuando se prevea que tendrán un movimiento frecuente. Las que no semanipulen con frecuencia podrán ser de mariposa.

3.4 Cálculos hidráulicos

3.4.1 Caudal de diseño. Será el caudal a conducir correspondiente al día de máxima

demanda al final del período de diseño.




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Para agua de consumo:

) / (40086

.. s L

Dot xPobQPROM = (3.4)

) / (1.. s LK xQQ PROM DIARIO MAX = (3.5)

) / (2... s LK xQQ DIARIO MAX HOR MAX = (3.6)

) / (... s LQQQ IND HOR MAX DISEÑO+= (3.7)

donde:

QPROM: Gasto promedio (l/s)QMAX DIARIO: Gasto máximo diario (l/s)QMAX HOR: Gasto máximo horario (l/s)QIND : Gasto industrial (l/s)K1: Coeficiente de irregularidad máximo diarioK2: Coeficiente de irregularidad máximo horarioTiempo de servicio: 24 horas

El QIND se obtiene de acuerdo a la demanda de las industrias existentes y lasproyectadas dentro del período de diseño.

Para agua residual:

) / (40086

. s L APSA x Dot xPob

QPROM = (3.8)

) / (... s L M xQQ PROM HOR MAX = (3.9)

P M ++= 4

14

1 (3.10)

donde:

APSA: Aporte sanitario (0,80)M: Coeficiente de HarmonP: Población en miles de habitantesTiempo de servicio: 24 horas

3.4.2 Velocidad admisible. Es un parámetro hidráulico que garantiza la nosedimentación de las partículas contenidas en el agua conducida, y para el cual setomarán como patrones los valores que antes se incluyeron incluidos en la Tabla 3.2.




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Para el cálculo se utilizará la fórmula de continuidad, que tiene la siguiente expresión:

) / ( 3 sm A xV Q = (3.11)

donde:

Q: Gasto de diseño (m3/s)A: Área de la sección interior del conducto (m2)V: Velocidad de circulación (m/s)

3.4.3 Pérdidas por fricción. Este efecto se provoca cuando las fuerzas de rozamientose oponen al movimiento del agua conducida.

Para su cálculo se utilizará la fórmula de Hazen-Williams, que tiene la siguienteexpresión:

54,063,22785,0 J x D xC xQ = (3.12)

De ella se obtiene la fórmula para calcular las pérdidas por fricción:

852,1

.872,4

672,10⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ =C

Q

D

L xhf (3.13)

donde:

hf: Pérdidas por fricción (m)Q: Gasto de diseño (m3/s)L: Longitud del conducto (m)D: Diámetro interior del conducto (m)C: Coeficiente de fricción del material

Nota: Para el cálculo se podrán emplear los nomogramas y las tablas establecidas enla literatura especializada, o los softwares correspondientes.

3.5 Obras complementarias o accesorios

Son el conjunto de piezas, accesorios y estructuras que deben ser ubicados a lo largode cada trazado con el objetivo de garantizar el correcto funcionamiento y elmantenimiento de la conducción durante su vida útil. Se compone de:

a) Válvulas de cierreb) Válvulas de desagüec) Válvulas de aired) Amortiguadores del golpe de arietee) Bloques de apoyo y contrafuertesf) Registros




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Válvulas de cierre: Son los accesorios que se colocan para seccionar los conductos

por tramos durante la operación y el mantenimiento de los mismos.

Válvulas de desagüe: Son los accesorios que se instalan en los puntos más bajos decada sección de la conducción, tratando siempre de desaguar a un cauce natural dondelas características del terreno así lo permitan; en su defecto se proyectará el registro debloques convencionales de cámara seca y cámara húmeda.

Válvulas de aire: Son los accesorios que se instalan en las conductoras y tuberíasprincipales de las redes de distribución, con la finalidad de expulsar el aire generadodurante el funcionamiento normal de los sistemas, así como de admitir el volumen deaire necesario para atenuar un proceso de vacío, tanto durante el funcionamiento

normal de la tubería como durante su vaciado para proceder a las reparaciones.

Bloques de apoyo y contrafuertes: Son los elementos que sirven de apoyo adeterminados accesorios y garantizan la estabilidad y rigidez de las tuberías sometidas apresiones hidrostáticas, en aquellos lugares donde el movimiento del flujo en el interior delas mismas produce fuerzas de empuje que contribuyen a la inestabilidad del conducto.

Las válvulas de aire y desagüe se determinarán respondiendo al cálculo hidráulico quese presenta en el Anexo 3.2, mientras las válvulas de aire se ubicarán para garantizar laprotección de los conductos. Los tipos de válvulas y los puntos donde generalmente seubican se ilustran a continuación en los Esquemas No 1 a No 11.

Esquema Nº1. Puntos altos (picos): ventosas trifuncionales




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Esquema Nº 2. Puntos altos en tuberías con incrementosde la pendiente: ventosas trifuncionales

Esquema Nº3. Puntos sobre el suelo: ventosas trifuncionales

Esquema Nº4. Decrecimientos de la pendiente en la tubería: purgadores




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Esquema Nº5. Grandes distancias con ascensos con pendientes i < 0,002o con descensos con pendientes i < 0,004: ventosas bifuncionales

Esquema Nº6. Bombas: ventosas cinéticas

Esquema Nº7. Instrumentos de medición: purgadores




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Esquema Nº8. Válvulas reductoras de presión: purgadores

Esquema Nº9. Reducciones de diámetro: ventosas trifuncionales

Esquema Nº10. Sistemas de filtrado: purgadores




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Esquema Nº11. Cruces de carreteras: ventosas trifuncionales

3.6 Pruebas de presión en conductoras

Una vez efectuadas las soldaduras y realizados sus controles, se procede a realizar laspruebas de presión, cuyo objetivo es la inspección de la hermeticidad de los tubos y lasconexiones. Esta prueba es de obligatorio cumplimiento antes de la terminación yentrega de la obra.

3.6.1 Condiciones iniciales

- La longitud del tramo a probar será hasta de 5 000 metros, en función de criteriostécnicos.

- En todos los puntos del tramo a probar tiene que haber una presión que supere en50% a la presión de trabajo.

- Se realizará el rehincho parcial de la tubería con una altura mínima sobre la coronade 300 mm, dejando las uniones descubiertas solamente entre los tramos que yahayan sido probados.

- Los contrafuertes previstos en el proyecto se fundirán con la antelación necesaria(no menos de 7 días) para garantizar que tengan la resistencia requerida parasoportar el empuje que se desarrollará durante la prueba.

- Los tranques en los extremos del tramo a probar, garantizarán la resistencia alempuje sin obstaculizar el empate de las tuberías una vez que éstas hayan sidoprobadas.

- Estarán colocados todos los accesorios y válvulas para el proceso de llenado de latubería.

3.6.2 Relación de las actividades

- Llenado de la tubería- Prueba de presión- Prueba de fuga- Desinfección de la tubería- Desagüe- Rehincho total

- Aceptación del tramo




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3.6.3 Descripción del proceso

a) Llenado de la tubería

- El llenado de la tubería se efectuará con el gasto de llenado calculado. Con estose logra que no quede aire atrapado en el conducto.

- El agua se inyectará desde el punto más bajo del tramo, vigilando la llegada de lamisma a los puntos donde estén las válvulas abiertas, para cerrarlas en elmomento en que el agua surja. En este momento se colocarán las tapas o niplescon tapa y posteriormente se dejará abierta la válvula para comenzar la prueba.

- El llenado de la tubería se realizará preferentemente en horas de la tarde paracomenzar la prueba de presión al día siguiente en horas de la mañana.

- En el caso de las ventosas se cerrará la válvula y se retirarán las mismasmientras dure la prueba de presión.

- Se recomienda que el agua para la prueba sea tomada de la fuente y a su vezque esto se realice en el sentido del estacionado, de modo que se puedaaprovechar la misma para el tramo siguiente. De no contarse con esta posibilidadel agua se tomará de cualquiera otra fuente.

- Se efectuará la desinfección de la tubería simultáneamente con la prueba,aprovechando el llenado de la tubería para inyectar la solución desinfectante,bien en el bombeo directo o echándola por los puntos altos antes de iniciar elllenado de la tubería.

b) Prueba de presión

- La presión de prueba se elevará gradualmente en intervalos de 0,10 bar cada 5minutos, hasta obtener una presión máxima de prueba que sea igual a 1,50veces la presión de trabajo.

- Esta presión se mantendrá durante 1 hora como mínimo, o durante el tiemponecesario que permita la inspección visual del tramo, donde se debe mantener constante la presión alcanzada o garantizar que la caída de presión sea inferior

al valor 5

PP, siendo PP la presión de prueba.

- En caso de existir salideros, la reparación de estos últimos se hará después dereducir la presión a la presión atmosférica y de dejar descansar la tuberíadurante al menos 8 horas.




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c) Pruebas de fugaTabla 3.6 Tolerancia para la expansión

(litros en 100 m de tubería)

Diámetro exterior del tubo Prueba de 1 hora90 11,43110 14,86160 34,30200 57,16315 125,76350 160,06400 194,36500 320,12630 514,48800 800,31900 1029,97

1000 1257,63Nota: Estas tolerancias son aplicables en la fase de prueba, pero nopara el período de llenado.

- En el tramo en que se prueben longitudes de tuberías de diferentes diámetros, lafuga permisible total será igual a la suma de las fugas permisibles de cadalongitud por diámetro correspondiente, de acuerdo con la anterior Tabla 3.6. Deno ser así, se investigarán las causas que hicieron fallar la prueba, reparándolasde inmediato y repitiendo la misma hasta que se cumpla satisfactoriamente la

fuga permisible especificada.- Una vez comprobado que la fuga de la tubería es inferior a la permisible, se

desconectará la instalación de la bomba de prueba, registrándose durante 6horas la pérdida de presión de la misma (en el gráfico de presión versus tiempo).Esta pérdida no será mayor del 10% de la presión nominal. Si lo anterior no secumple, se repetirá nuevamente la prueba.

- Cumpliendo lo anterior se procederá a abrir las llaves de purga en los puntosaltos, a fin de dejar la tubería sin sobrepresión, cerrándola nuevamente cuando elagua deje de salir.

d) Desagüe y empates

- Antes de efectuar el empate de dos tramos de tuberías probados y aceptados,es necesario desaguar los mismos, lo que se hará abriendo primero las válvulasde aire y de purga y posteriormente los desagües, al principio parcialmente paraincrementar la velocidad.

e) Rehincho total

- Realizada la prueba del tramo considerado, se puede proceder al rehincho totalde la tubería de acuerdo con la NC 52-032:78 “Rehincho en zanja para tuberías”.

- El rehincho total se iniciará por las juntas descubiertas y las conexiones, hastaalcanzar la altura de 30 cm por encima de la corona, y posteriormente se

completará el rehincho total.




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f) Prueba total con fuente

- Una vez cumplimentados todos los trabajos anteriores y acoplado el conducto ala estación de bombeo, se pasará a efectuar la prueba total, la cual estará regidaestrictamente por los parámetros hidráulicos para los cuales fue diseñada.

- Se arrancarán los equipos de bombeo, que en dependencia de suscaracterísticas y cantidad arrancarán en cascada, y a válvula cerrada o abierta.Se comprobará que el manómetro a la salida marque la presión establecida en elproyecto. Una vez transcurrido un tiempo determinado (dependiendo de lalongitud del conducto), se comprobará que se está entregando agua al punto dedescarga, y a su vez se inspeccionará visualmente el trazado para detectar posibles salideros y el correcto funcionamiento de los aditamentos de venteo.Para esta actividad será necesario contar con un equipo de comunicaciones para

ordenar la parada del bombeo en caso de averías. Si esto sucediera esimportante comprobar que el manómetro esté registrando una caída de presión.

- La prueba total con fuente debe mantenerse como mínimo 72 horas.

g) Desinfección de la tubería

- La desinfección se realizará solamente cuando la tubería instalada se destine ala conducción de agua potable.

- La desinfección se realizará inyectando a la tubería una solución concentrada dehipoclorito de sodio a fin de que se obtenga una dosis de cloro residual de 20mg/l durante 24 horas como mínimo.

- La cantidad aproximada de hipoclorito de sodio a utilizar en la desinfección sepuede calcular por la fórmula siguiente:

L DCl 2085,0= (3.14)

donde:

Cl: Cantidad de hipoclorito de sodio a utilizar (g)D: Diámetro de la tubería (mm)L: Longitud de la tubería (km)

- El hipoclorito de sodio se vierte dentro de la tubería por los puntos altos,aprovechando los insertos o válvulas para las ventosas. Se repartirá la cantidadde solución a echar en cada punto de acuerdo con las longitudes de los tramosadyacentes.

h) Conformidad con los trabajos

- Después de efectuada la prueba y de comprobar que la tubería cumple con losrequerimientos de la misma, se puede aceptar la instalación si se trata de unaconducción de aguas crudas.

- En el caso de tuberías para agua potable, se tendrá que cumplimentar también loreferido a la desinfección. En este caso la conformidad de la instalación se




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establecerá mediante un acta que contendrá los parámetros adecuados a talefecto.

3.7 Pruebas de presión en redes de distribución de agua potable

- La presión de prueba en las redes será de 60 m.c.a.- Estarán terminadas y sin empatar todas las acometidas con las viviendas, las

cuales en el momento de la prueba deben tener la válvula abierta para que seaexpulsado todo el aire. Una vez terminado este proceso, se procederá a cerrarlaspara alcanzar la presión anterior.

- La prueba de presión se realizará por tramos, cuyas longitudes dependerán delas necesidades de tapado que exija la obra, para no producir interferencias nimolestias al tráfico.

- Se probará el circuito completo.- La prueba de fugas será igual a la de las conductoras.- Se considerará satisfactoria la prueba en redes cuando la caída de presión sea

inferior al valor 5

PP, siendo PP la presión de prueba.

- Concluidas las pruebas de presión se llenará el Anexo 3.5.




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ANEXO 3.1

METODOLOGÍA PARA EL CÁLCULO DEL APLASTAMIENTODE LOS CONDUCTOS ENTERRADOS

En condiciones correctas de instalación (es decir, cuando se logra que el nivel decompactación esté entre el 85% y el 90% del Próctor Estándar), se ha demostrado queno se presentan fallas por aplastamiento. Con independencia de este criterio, elproyectista deberá comprobar si su diseño presenta un conducto flexible o no, deacuerdo a las condiciones de la instalación.

En este sentido, se denomina tubería flexible aquel conducto que tiene la posibilidad dedeformarse más de un 5% sin fracturarse. Este criterio viene dado por dos factores

fundamentales: las cargas muertas provocadas por el efecto del peso propio delmaterial de rehincho y las cargas vivas debidas al tráfico. Esta deformación se podrácalcular mediante la siguiente metodología:

a) Se calcula la carga qr del terreno sobre un anillo del conducto de un centímetro delargo:

qr = Cg γ B D (kg/cm) (3.15)

donde:

H: Recubrimiento (cm) B: Ancho de zanja (cm)Cg: Coeficiente del diagrama de MarstonD: Diámetro exterior del tubo (cm)γ : Peso específico del terreno (kg/cm3)

b) Se calcula el valor del coeficiente Cg del Diagrama de Marston, dado por la relaciónH/B y de acuerdo al tipo de terreno (ver Tabla 3.7), de modo que:

a- Con terreno no cohesivo: Cg = 1,7b- Con terreno granular suelto: Cg = 1,9.

c- Con terreno húmedo arcilloso: Cg = 2,0.d- Con arcillas compactas: Cg = 2,1.e- Con arcillas compactas saturadas: Cg = 2,2

c) Se calcula la carga qt debida al tráfico vial:

qt = 1,5 P Bm (kg/cm ) (3.16)P = n T/2 π H2 (3.17)

donde:

qt: Carga sobre un anillo del conducto (cm)




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P: Carga sobre el tubo (kg)Bm: Ancho medio de la excavación (cm)

H: Recubrimiento del tubo (cm)T: Carga máxima por rueda (kg)n: Coeficiente del terreno (compacto: 3; suelto: 6)E: Módulo de elasticidad del PEAD (2000 kg/cm2)

Tabla 3.7 Coeficiente Cg del diagrama de Marston

Tipo de terrenoH/B

a b c d e0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.100.20 0.191 0.192 0.193 0.194 0.195

0.25 0.230 0.231 0.232 0.234 0.2350.30 0.280 0.284 0.287 0.290 0.2950.40 0.360 0.365 0.370 0.375 0.3800.50 0.440 0.450 0.460 0.470 0.4800.60 0.520 0.535 0.548 0.557 0.5700.70 0.590 0.605 0.620 0.635 0.6500.80 0.670 0.685 0.700 0.715 0.7300.90 0.740 0.758 0.775 0.793 0.8101.00 0.820 0.843 0.865 0.888 0.9101.20 0.920 0.960 1.000 1.040 1.0801.40 1.080 1.125 1.170 1.215 1.260

1.50 1.100 1.170 1.240 1.310 1.3802.00 1.390 1.468 1.545 1.623 1.7002.50 1.680 1.760 1.840 1.920 2.0003.00 1.790 1.905 2.020 2.135 2.2504.00 2.200 2.350 2.500 2.650 2.8005.00 2.250 2.488 2.725 2.963 3.2006.00 2.350 2.613 2.875 3.138 3.4007.00 2.450 2.879 3.125 3.463 3.800

Tabla 3.8 Carga máxima por rueda

Clase Carga máxima total(kg)

Carga máxima por rueda(kg)

Tráfico pesado 60,000 10,000Tráfico medio 45,000 – 30,000 7,500 – 5,000Tráfico ligero 12,000 – 6,000 2,000Automóviles 3,000 1,000

d) Se calcula la carga total q sobre un anillo del conducto de un cm de largo:

q = qr + qt (cm) (3.18)




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e) Se calcula la tensión de la pared:

σt = q/(2 s) (kg/cm2) (3.19)

donde:

s: Espesor del tubo (cm)

f) Se calcula el diámetro medio del tubo:

Dm = D - s (cm) (3.20)

g) Se determina la deformación obtenida:

δ = 0,005 q/E (Dm/s)3 (cm) (3.21)

h) Se determina la máxima deformación admisible:

δmáx = 0,05 Dm (cm) (3.22)

i) Se verifica si el valor de la deformación admisible es aceptable, en cuyo caso sedeberá cumplir que:

δ < δmáx (3.23)

j) Si no se cumple la condición anterior, se debe considerar un conducto de mayor espesor (es decir, con mayor resistencia) o aumentar el recubrimiento sobre la coronade la tubería, lo que usualmente es más recomendable.




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ANEXO 3.2

METODOLOGÍA PARA EL CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LAS VÁLVULASDE AIRE Y DESAGÜE TENIENDO EN CUENTA EL PROCESODE LLENADO Y VACIADO DEL CONDUCTO

Para el cálculo contemplado en la presente metodología es importante tener en cuentaque los fenómenos que se pueden producir en un conducto no son la simple suma deacciones aisladas, sino un proceso global donde intervienen y se relacionan entre si elllenado, el vaciado, la purga de aire durante el funcionamiento y el drenaje delconducto. Cada empresa proyectista tendrá una hoja en Excel con la que se facilite elcálculo mediante un proceso iterativo, introduciendo un diámetro de válvula de aire ycomprobando las condiciones que se plantean en el contexto del trabajo.

El cálculo consta de los siguientes pasos:

1. Cálculo del caudal de llenado del tramo y preselección deldiámetro de las ventosas

Las regulaciones o medidas que se deben adoptar durante el proceso de llenado deuna conducción para la prueba de presión o para su puesta en marcha o llenadodespués de una reparación, se indican en el epígrafe “Pruebas Hidráulicas” delpresente capítulo. Para el proceso de llenado se utilizará la siguiente expresión:

1

111

max2

2

a

aa A Ag

PPQ lliri

⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ +

⋅−

=γ

(3.24)

con a

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=

eE

d K 1

1421y

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=

1

1

1

1

1421

eE

d K a (3.25) (3.26)

donde:Qmáx: Caudal máximo permisible durante el llenado (m3/s)Pri: Presión manométrica en el punto de ubicación de la ventosa, en funcionamientonormal (m.c.a.)Plli: Presión manométrica máxima que existirá en el lugar de ubicación de la ventosadurante el llenado (se recomienda tomar de 3 a 3.5 m.c.a.)

A1: Área de la sección transversal interior de la derivación de la conducción donde seinstalará la ventosa, para la cual la válvula tendrá la capacidad de venteo necesaria(m2)a1: Velocidad de propagación de la onda de sobrepresión en la derivación (m/s)

A: Área de la sección transversal interior de la conducción donde se instalará la ventosa(m2)




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a: Velocidad de propagación de la onda de sobrepresión en la conducción (m/s)g: Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)

K: Módulo de compresión del agua (2,08 x 104 kg/cm2)e, e1: Espesores de pared respectivos (cm)d, d1: Diámetros interiores respectivos (cm)E: Módulo de elasticidad del PEAD (2000 kg/cm2)

Como resultado del cálculo, con la expresión (3.24) se obtiene el valor máximoadmisible del caudal de llenado, para el cual el diámetro de la ventosa propuestagarantiza una capacidad de venteo máxima, evitando así que se produzcansobrepresiones y, consecuentemente, golpes hidráulicos indeseables.

Nota: El proyectista debe solicitar para cada punto las ventosas con las características

que satisfagan dichos requerimientos. No obstante, hasta ese momento el resultadoque se obtiene con la fórmula (3.24) es válido sólo temporalmente, hasta tanto no severifiquen en los próximos pasos los requerimientos de admisión de aire durante elvaciado del conducto.

2. Cálculo del diámetro óptimo de desagüe para el cual se cumple que elcaudal de vaciado del tramo sea igual o menor que el caudal calculadoen el proceso de llenado

Fig.3.5

El diámetro de desagüe se calculará con la intención de evitar la formación de vacíosexcesivos que puedan contribuir al colapso del conducto, donde será necesario uncaudal de vaciado igual o inferior al de llenado y a la capacidad de admisión de aire delas ventosas.

Para el cálculo del caudal de vaciado se asume que el tramo a drenar está limitado por válvulas de cierre (tal y como establece la NC 53-121), según el esquema mostrado en

la Fig.3.5. Por tanto, la carga hidráulica disponible corresponde a la diferencia de nivelentre el punto más alto del tramo que se esté analizando y el punto de desagüe. El




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caudal de desagüe será igual a la suma de los caudales que circulan desde las ramasizquierda y derecha hacia el punto de desagüe y la magnitud de cada uno de ellos

dependerá de las características de cada tramo, es decir, de su longitud, diámetro ymaterial.

Al circular el caudal de desagüe (Qdes), toda la carga disponible ∆H entre el punto másalto y el de desagüe se transformará en pérdidas de carga, y por lo tanto se tendrá:

3231 −−= f f hh (3.27)

g

v

d

l f

g

v

d

l f

22

2

2

2

22

2

1

1

11 ⋅=⋅ (3.28)

42

22

2

16

2 d g

Q

g

v

π = (3.29)

4

2

2

2

1

2

22

4

1

2

2

1

1

11

2

16

2

16

d g

Q

d

l f

d g

Q

d

l f

π π

⋅=⋅ (3.30)

2

5

2

1

5.0

1

2

5.0

1

21 Q

d

d

l

l

f

f Q ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ = (3.31)

=K

5

2

1

5.0

1

2

5.0

1

2

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

d

d

l

l

f

f (3.32)

21 KQQ = (3.33)

213 QQQ += (3.34)

De (3.33) y (3.34) se puede obtener la relación entre Q1 y Q2 y expresar cualquiera de

ellos, e incluso Q3, en función de uno de los dos restantes. Por ejemplo:

223 QKQQ += (3.35)

( ) 23 1 QK Q += (3.36)

Como las ramas de la izquierda y de la derecha están es serie con la rama de desagüe,la ∆H disponible se convierte en pérdidas por fricción en toda la longitud, más laspérdidas locales en la rama de desagüe al circular el caudal Q3 o Qdes, es decir:

4331 −− +=Δ hf hf H (3.37)




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37

g

vk

g

v

d

l f

g

v

d

l f H

222

2

3

2

3

3

33

2

1

1

11 ⋅+⋅+⋅=Δ ∑ (3.38)

con ∑k = k 1 + k 2 + k 3 (3.39)

donde:

k1: Coeficiente de pérdidas locales por una conexión a 90o (se toma como 1,50)k2: Coeficiente de pérdidas locales en la válvula de mariposa totalmente abierta (0,11)k3: Coeficiente de pérdidas locales a la salida de la tubería de desagüe (0,50)

Fig.3.6

De estas expresiones se puede obtener:

5.0

4

3

3

33

2

2

5

1

11

2

3

8

1

8⎟⎟⎟⎟⎟

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎜⎜⎜

⎝

⎛

+

⋅+⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +

⋅⋅

Δ=

∑d

k d

l f

gK

K

d

l f

g

H Q

π π

(3.40)

Todos los parámetros incluidos en la fórmula (3.40) son conocidos, excepto d 3 y Q3,pero como los diámetros comerciales son discretos, se evalúan distintos diámetroshasta que se obtenga en cada punto de desagüe un caudal menor o igual que el caudalde llenado y que la capacidad de admisión de aire de las ventosas. Entonces hasta aquíseguirán siendo válidas las características de las ventosas que antes fueron calculadasen el punto 1.




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38

3. Cálculo del tiempo de vaciado

Durante el vaciado de la conductora la carga hidráulica disponible va disminuyendo amedida que se vacía el tramo de que se trate. Por lo tanto, se puede simular el procesoasumiendo que se está realizando el vaciado de un depósito de sección constante ycarga variable, por lo que se cumple la siguiente expresión:

3

2

Q

V T v = (3.41)

donde:

Tv: Tiempo de vaciado (h)V: Volumen del tramo de conductora a drenar (m3)Q3: Caudal inicial o de vaciado (l/s) con la ∆H máxima

Si al calcular el tiempo de vaciado, éste diera un tiempo demasiado prolongado (ver indicaciones de la NC 53–121), se decidirá un incremento del diámetro de la rama dedesagüe para disminuir el mismo, siendo necesaria entonces la colocación en lasventosas preseleccionadas en otros puntos de válvulas de admisión de simple acción,con una capacidad de admisión suficiente para el incremento de diámetro especificado.




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39

ANEXO 3.3

METODOLOGÍA PARA LOS CÁLCULOS PRELIMINARES DEL GOLPE DE ARIETE

El golpe de ariete es el fenómeno que se produce al ocurrir el cierre o la apertura rápidade una válvula, la detención súbita de una bomba o cualquier otro evento que altere lavelocidad del fluido en la línea. Con ello se producirá una variación brusca de la presióncon referencia a la presión estática, transformándose la energía cinética de la masamóvil del agua en energía de presión.

Para la determinación del dispositivo antiariete, por parte del proyectista será necesariala utilización de los softwares conocidos, que con un cuidadoso análisis y diseñoofrecen resultados altamente confiables.

Antes de proceder al diseño con estas herramientas, el proyectista debe realizar unaserie de cálculos preliminares, los cuales darán idea de la magnitud y tipo de golpe quese producirá en el caso analizado. A continuación se ofrece una metodologíasimplificada con los pasos que se deben seguir para comenzar a trabajar con losprogramas:

a) Cálculo de la velocidad de onda

⎟⎟ ⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛

+

=

eE

d K a

1

1421(m/s) (3.42)

donde:

K: Módulo de compresión del agua (2,06 x 104 kg/cm2)d: Diámetro interior del conducto (cm)E: Módulo de elasticidad del material (2000 kg/cm2)e: Espesor de pared (cm)

b) Cálculo del tiempo de circulación de la onda

Hmg

V LK T += 1 (s) (3.43)

donde:

K: Coeficiente adimensional que depende de la longitud del conducto:K=2 si L<500 mK=1,5 si 500 m< L<1 500 mK=1 si L>1 500 m

L: Longitud del conducto (m)V: Velocidad del flujo (m/s)




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g: Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)Hm: Altura manométrica (m)

c) Cálculo de la longitud necesaria en la impulsión para que el golpe seadirecto contra la válvula de cheque

2

T a L = (m) (3.44)

d) Comparación de la longitud calculada con la longitud real del conductoanalizado

Si L < conducto L , la impulsión es larga, el golpe es directo contra la válvula de chequey la presión crítica máxima de sobrepresión se calcula por la fórmula de Allievi.

Si L > conducto L , la impulsión es corta, el golpe es indirecto contra la válvula de

cheque y la presión crítica máxima de sobrepresión se calcula por la fórmula deMichaud.

e) Cálculo de la presión crítica máxima de sobrepresión, teniendo en cuenta eltipo de impulsión y el efecto del golpe

Fórmula de Allievi

g

V aPc = (m) (3.45)

Fórmula de Michaud

T g

V LPc

2= (m) (3.46)

f) Cálculo de la presión máxima de colapso que se va a producir en el instante

en que ocurra el golpe de arietesistemadelcríticoPpuntoPcónsobrepresiPmáx +=. (3.47)

donde el valor del Punto crítico del sistema normalmente coincide con la presión enla estación de bombeo (m).

g) Cálculo de la presión máxima de vacío que se va a producir en el instante enque ocurra el golpe de ariete

( )32

1

24.

Du

f I E vacíoPmáx

−

= (m) (3.48)




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41

12

3e

I = (cm

3

) (3.49)

donde:

I: Momento de inercia de la pared del tubof: Factor que depende de la deformación del tubo durante el montaje:

% deformación 0 1 2 3 4 5f 1 0,91 0,84 0,76 0,70 0,64

u: Relación de Poisson, que depende de la temperatura y varía entre 0,30 y 0,50.

h) El valor obtenido en (46) como presión de vacío que resiste el conducto, y lapresión nominal del conducto propuesto en el proyecto, se introducen como fronterasextremas al software utilizado, y posteriormente se analizan los resultadoshidráulicos. De la comparación anterior se procede a la propuesta de los posiblesaditamentos antiarietes.

Nota: Nunca se debe proponer como solución antiariete solicitar un conducto cuyapresión nominal sea superior a la calculada en el análisis hidráulico, a no ser que se

justifique económicamente.

Los aditamentos a colocar como dispositivos antiariete son los mencionados en elepígrafe 3.3.2 del presente capítulo.




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ANEXO 3.4

PRUEBAS DE PRESIÓN EN TUBERÍAS INSTALADAS

OBRA: _______________________________________________________________

_______________________________________________________________

REPORTE PRUEBA DE TUBERÍA

TRAMO:________________________LONGITUD:_____________________m

ENTRE:________________________DIÁMETRO:_____________________m

Y_____________________________No. JUNTAS:____________________unid.

PRESIÓN DE PRUEBA

PRESIÓN FINAL: ______________________________________ kg/cm2

PRESIÓN FINAL: ______________________________________ kg/cm2

HORA DE COMIENZO: ___________________________ H ______ min

HORA DE TERMINACIÓN: ________________________ H ______ min

DURACIÓN: ____________________________________H ______ min

APROBADO: _______________ RECHAZADO: ________________

_______________ ________________

FECHA: _______________________

__________________________ ______________________ CONSTRUCTOR INVERSIONISTA




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Capítu lo 4 Manipu lac ión, A lmac enamient oy Transpor tac ión

4.1 Manipulación

La manipulación de la tubería debe realizarse mediante el empleo de montacargas,grúas de izaje o excavadoras. En el primer caso se tomará el tubo o el paquete detubos con diámetros superiores a los 400 mm, mientras los equipos restantesemplearán eslingas de acero cubiertas, sogas o cintas, siempre abracando al tubo o alpaquete de tubos y pudiendo emplear tijeras de izaje para diferentes diámetros opercheros en los casos de diámetros pequeños.

4.2 Medios

Los medios empleados para la transportación de los tubos de Polietileno de AltaDensidad serán planchas con una longitud mínima de 12,0 metros, con vistas a que losmismos no se doblen. Las mismas dispondrán de estacas de madera en los laterales,con una altura mínima de 1,50 metros y espaciamientos de 3,0 metros. De esta formase podrán efectuar cargas de 1,40 metros de altura, comprendiendo tubos de hasta 315mm de diámetro, a los cuales se les efectuará el amarre correspondiente, evitando queocurra cualquier tipo de daño mecánico.

4.3 Transportación

La transportación de tubos con diámetros mayores de 315 mm se efectuarácolocando eslingas de material sintético, cintas de fuerza, sogas o cintas de acerorecubiertas, colocadas debajo de cada tubo o de los paquetes de ellos con vistas afacilitar su manipulación a la hora de descargar los mismos. De esta forma se evita quese empleen ganchos en los extremos de los tubos durante su descarga, los que puedenafectar su esfericidad o dañar las cabezas de los mismos. Las cantidades a transportar dependerán del vehículo empleado y del diámetro de los tubos, siempre que secumplan los requerimientos de cuidado y seguridad de transportación.

4.4 Descargue

Para el descargue de los tubos se empleará una tecnología similar, empleando grúas oexcavadoras con las eslingas descritas, así como tijeras. En el caso de diámetrospequeños se podrá realizar el descargue manual.

Los tubos de PEAD pueden permanecer al sol, pero los tubos de diámetros grandes nodeberán entongarse unos sobre otros, ya que los mismos sufren deformaciones ypierden esfericidad, un aspecto vital para el desarrollo de una buena soldadura. Entodos los casos se considerarán las especificaciones del fabricante.




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4.5 Movimiento

Para ejecutar el movimiento de los tubos el mismo se efectuará de forma tal que nosean arrastrados, por lo que se emplearán rodillos deslizantes o carros de traslado entuberías de diámetros grandes, o medios manuales si los diámetros son inferiores a 200mm. Estos procedimientos se ajustarán cuando se adquiera equipamiento especializadopara realizar estos trabajos.

4.6 Soldadura

Las soldaduras de tramos se efectuarán desplazando la máquina por el trazado parala unión de los mismos. Con este fin, la misma se ubicará sobre una carreta de gomas opatines que evite cualquier daño mecánico, hasta que sean adquiridos los móviles

específicos para la realización de dichos trabajos.




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Capítu lo 5 Colocac ión y Monta je

5.1 Conductoras

En los casos de las conductoras se ejecutará un terraplén o acceso que permitael desplazamiento de los vehículos que van a transportar las tuberías por todo eltrayecto, para evitar arrastrar las mismas y facilitar el desplazamiento con las máquinasde termofusión.

5.2 Colocación de los tubos en zanja

Para colocar los tubos en las zanjas, las mismas deberán estar sin terrones y con elfondo nivelado adecuadamente, empleando relleno únicamente en aquellos casos enque por la composición del terreno aparezcan piedras angulosas que puedan dañar eltubo. El ancho del fondo dependerá de las irregularidades de estas piedras. En el restode los casos la compactación natural supera a la que se logra con cualquier relleno.

Una vez soldados los tramos, se colocarán uno a continuación del otro, para lo que lamáquina de termofusión se desplazará por el trazado. Cuando se tengan unidos de 100a 120 m, se deberá proceder a su colocación en la zanja, lo que se realizará izando eltubo con el material adecuado y colocándolo lentamente en el fondo de la zanja. Sedejarán de 30 a 40 metros sin enterrar para continuar el proceso de soldadura.

En el caso de emplear excavadoras para la realización de las soldaduras, todo elproceso debe efectuarse con el empleo de eslingas protegidas, sin usar bajo ningúnconcepto la cuchara excavadora para ningún tipo de maniobra. Esta situación es similar a la hora de desplazar el tubo, en cuyo caso no deben utilizarse implementos comocuchillas o cubos de cargadores, que crean daños, entre ellos los rayones, que debilitanlas paredes de los tubos.

5.3 Compactación

La compactación de las tuberías de PEAD se realizará de acuerdo con losrequerimientos vigentes en las normas de la construcción, considerando en los casosde redes el empleo de aditamentos especializados por el escaso ancho de la zanja.

5.4 Acometidas

En la colocación de acometidas en las redes, se tendrá en cuenta que el orificio serealice con el empleo de herramientas adecuadas, de forma que el mismo sea uniformey acorde con el diámetro de la acometida.

5.5 Perfil Ejecutivo

Una vez colocado el tubo, se confeccionará un Perfil Ejecutivo, que validará eltrabajo realizado. El mismo podrá efectuarse tomando la altura en cada soldadura, es




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decir, cada 12 m, o en intervalos de 24 m. Esta condición dependerá de lasirregularidades del terreno.




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Capí tu lo 6 Soldadura 6.1 Alcance del capítulo

El presente capitulo establece y regula las disposiciones básicas para las unionessoldadas de las tuberías y piezas de conexión de Polietileno de Alta Densidad (PEAD)que se emplean en las conductoras de agua a presión, por el método de termofusión.Las uniones soldadas se harán preferentemente con las piezas fijas en posiciónhorizontal.

Se establecen las indicaciones para la certificación de los operadores de las máquinasde soldar, de los equipos y los materiales, así como las condiciones previas para laejecución de las soldaduras y el proceso de ejecución. Se norman los controles decalidad de las uniones soldadas, así como los criterios de aceptación, rechazo y losmétodos de reparación.

Todos estos aspectos se enfocan a partir de las “prácticas del buen hacer” reconocidasinternacionalmente.

6.2 Términos y definiciones

Los términos y definiciones que se exponen aquí tienen mucho que ver con losutilizados en otros métodos de soldadura de uniones con diferentes materiales y con losespecíficos del material de las tuberías de Polietileno de Alta Densidad:

PEAD: Polietileno de Alta Densidad. Material para tubos y accesorios.Operador de máquina de soldar: Personal que ejecuta la unión soldada por el métodode termofusión usando para ello este tipo de máquina.Soldadura: Unión de dos piezas, que pueden ser un tubo con un tubo, un tubo con unapieza de conexión o dos piezas de conexión.Operador certificado: Personal que ha demostrado su habilidad para ejecutar lasoldadura con los requisitos establecidos.Cordón de soldadura: El que resulta en la unión soldada de tubos o conexiones.Posición de soldadura: La situación del eje de tubos y conexiones apropiada para hacer la soldadura (en el caso tratado, esta posición será horizontal).Defectos de soldadura: Variaciones de la calidad o discontinuidad en la unión soldada.Controles de soldadura: Trabajo que se realiza para valorar si la unión soldada cumpleo no con la calidad establecida y si se han utilizado los medios y equipos adecuados yel personal certificado.Control ultrasónico: Método de control utilizando un equipo basado en esta tecnología.

6.3 Condiciones previas

Para la ejecución de la soldadura en la fábrica o a pie de obra con la calidad y eficaciarequeridas, se deben acometer acciones previas que preparen las condiciones pararealizar el trabajo. Estos trabajos previos influyen determinantemente en acortar los

tiempos de ejecución y disminuyen las dificultades, sobre todo a pie de obra. Entre ellos




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se incluyen la inspección y evaluación de los tubos, las piezas y los materiales engeneral, la preparación y selección de los operarios de la máquina de soldar y la

selección adecuada de los equipos, los accesorios y las herramientas.

6.3.1 Materiales y personal

6.3.1.1 Tubos y piezas de conexión

El presente Instructivo se aplica a las soldaduras de tubos y piezas de conexiónconforme con las especificaciones siguientes:

- El material de los tubos y piezas de conexión es el Polietileno de Alta Densidad(PEAD). En la obra se deben chequear los certificados de calidad de la fábrica.

- Chequear si las dimensiones de tubos y piezas se corresponden con las deproyecto, así como la presión nominal.

- Los tubos y piezas que no reúnan estas especificaciones serán rechazadas o ensu defecto rectificadas.

- Chequear si las superficies, y sobre todo las de las uniones, no estándeterioradas a causa de su transportación y manipulación, y si reúnen losrequisitos mínimos indispensables.

- Los tubos y piezas que aprueben las especificaciones antes expuestas pasarán asu almacenamiento a pie de obra, de forma adecuada o a lo largo de la zanja.

- Se debe hacer un acta de recepción a pie de obra en la que se recoja loestablecido anteriormente, que formará parte de la documentación de la obra.

Los listados de materiales y otros aspectos se agruparán por fábricas deproducción.

6.3.1.2 Preparación y certificación de los operadores de losequipos de soldar

Este Instructivo establece la preparación indispensable, los exámenes y certificaciónfinal de los operadores de equipos de soldar, que realizarán los trabajos de soldadurade las tuberías y piezas de conexión de Polietileno de Alta Densidad, según loestablecido en los proyectos y la documentación técnica.

La preparación teórica y práctica de los operadores de equipos se llevará a cabo por las entidades que realicen los trabajos, tomando en cuenta lo que aquí se establece.

6.3.1.3 Equipos de soldadura, accesorios y herramientas

Los equipos de soldadura, los accesorios y las herramientas correspondientes pararealizar las soldaduras por el método de termofusión, estarán aptos para los trabajos.Se contará con un acta de revisión técnica actualizada que acredite su utilización.Dicha acta será expedida por la empresa ejecutora de los trabajos, y se chequeará enla obra que el estado y disposición de los materiales se correspondan con elcertificado. Los equipos y aditamentos que no satisfagan estas condiciones no se

podrán utilizar.




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Los parámetros de los equipos de soldadura se corresponderán con los diámetros delas tuberías y las conexiones que serán soldadas.

Independientemente de su nivel tecnológico, los equipos y aditamentos, ya seanmanuales, semiautomáticos o totalmente automatizados, dispondrán como mínimo de:

- Mesa alineadora con bancada- Mordazas con los diámetros correspondientes al trabajo a realizar - Elementos calefactores (planchas) correspondientes, regulables- Fresa rectificadora de los biseles- Soportes de elementos calefactores y rectificadora- Pupitre de mando mecánico e hidráulico- Equipo electrógeno correspondiente, en caso necesario

En cuanto a las herramientas, los instrumentos de medición y los materiales yelementos de alineación, se dispondrá de las herramientas requeridas para laoperatividad de los trabajos, como son el juego de herramientas de la máquina,instrumentos de corte, lienzas, reglas y otros.

Para los trabajos de conexiones eléctricas se dispondrá de herramientas de electricista,destornilladores de diferentes tipos, pinzas, alicates e instrumentos de medicióneléctrica, así como de pies de rey, lienzas, reglas, niveles de burbujas y otros.

Se dispondrá de elementos adecuados para la alineación y soporte de la tubería, así

como de madrinas con rodillos móviles y otros elementos, en dependencia del lugar ylas condiciones del terreno.

6.3.2 Chequeo

Antes de comenzar la ejecución de la soldadura, se chequeará la existencia ydisponibilidad de todo material, equipo, instrumento, herramienta, etc., así como subuen estado en el lugar de trabajo. Esto ahorra pérdidas innecesarias de tiempo ydinero y garantiza la calidad de los trabajos.

6.4. Proceso del trabajo de soldadura

El procedimiento de soldadura debe garantizar una secuencia de trabajo continua, sinpérdidas de tiempo y con la calidad requerida, lo que se demuestra con las propiedadesmecánicas que se obtengan, tales como la resistencia, la ductibilidad y la estanqueidad,así como el logro de uniones soldadas sanas y sin defectos.

6.4.1 El equipo

Se instalará de acuerdo con las especificaciones técnicas del fabricante.




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6.4.2 Utilizando la rectificadora

Los biseles se harán perfectamente rectos. La alineación y centralización de los tubosdebe ser realizada con las mordazas adecuadas, y de esta forma deben ser fijados losextremos de la tubería a soldar. El espesor del refrentado mediante la fresa no debe ser mayor a 2 mm.

6.4.3 Alineamiento

Se verificará el alineamiento uniendo con cuidado los extremos refrentados. Laperpendicularidad del corte se comprueba de manera que la separación mayor entre lascaras no sea mayor al 0,2% del espesor de la pared del tubo. La falta de alineaciónhorizontal de los tubos no debe exceder al 10% del espesor de la pared del tubo.

6.4.4 Elementos calefactores (planchas)

Estarán en buen estado, incluyendo el recubrimiento de teflón en caso de que lotengan. La temperatura del elemento calefactor será la adecuada para la unión.

6.4.5 Presión de calentamiento

Se deben comprimir los extremos de las piezas a soldar contra el elemento calefactor con una fuerza que sea proporcional al diámetro de la tubería (ver tabla del fabricante) yluego se debe disminuir. Esto se hace con la finalidad de trasmitir el calor a los biseles,

al tiempo que la disminución provoca la formación de un cordón regular que tienerelación directa con el espesor de la pared del tubo.

6.4.6 Tiempo de calentamiento

Está en función del espesor de la pared del tubo y de la presión en el momento de lasoldadura, y figura entre los parámetros del fabricante del equipo.

6.4.7 Unión de los elementos a soldar

Una vez transcurrido el tiempo de calentamiento de las superficies a soldar, se retira el

elemento calefactor (plancha), sin tocar el material blando y de manera uniforme. Eltiempo de retirar el calefactor será el recomendado por el fabricante del equipo.

A continuación se deben unir los extremos de los tubos aplicando una presión gradual,hasta el valor final que aparece en la tabla del fabricante. El tiempo en que seaumentará la presión está en función del espesor de la pared del tubo y vieneexpresado en la tabla del fabricante. Esta fuerza final debe ser mantenida hasta eltiempo de enfriamiento establecido.

En los casos de uniones soldadas en las que las piezas a soldar tengan distintosespesores, se hará un bisel en la de mayor espesor hasta llegar al espesor de la menor,




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con una longitud que será igual a 5 veces la diferencia entre los espesores de laspiezas.

6.5 Inspección y controles de calidad de las uniones soldadas

6.5.1 Derecho de inspección y controles

La empresa constructora tiene el derecho y el deber de inspeccionar y controlar todaslas soldaduras, mediante un inspector o un representante autorizado.

6.5.2 Métodos de inspección y control

Los controles no-destructivos de las uniones soldadas consisten en métodos visuales,

por ultrasonido o por prueba hidrostática. Los métodos usados pueden señalar defectos, que deberán ser correctamente interpretados y evaluados. Las soldadurasdeben ser evaluadas sobre la base de lo descrito posteriormente en este capitulo.

La empresa constructora tiene el derecho de aceptar o rechazar cualquier soldaduraque no satisfaga los requisitos de calidad establecidos por el método de controlaplicado. Al operador que haya incurrido en defectos no aceptados en una cuantía igualal 3% de las uniones realizadas, se le suspenderá la certificación y no podrá seguir soldando hasta tener una certificación extraordinaria aprobada.

El personal que realiza los controles no-destructivos deben estar debidamente

capacitados para detectar los defectos y operar los equipos con la habilidad apropiada,de forma que se puedan interpretar las indicaciones dadas por el mismo.

6.5.3 Calificación del personal de la inspección de calidad

El personal que realice la inspección debe estar calificado y contar con suficienteexperiencia y adiestramiento para realizar las inspecciones correspondientes. Laempresa constructora debe aprobar su calificación y establecer la documentaciónrequerida, que recogerá los siguientes aspectos:

- Capacitación y experiencia

- Entrenamiento- Resultados de otros cursos de capacitación

En los casos en que la empresa constructora responsable de los trabajos no tenga elpersonal adecuado para la realización de estos controles, podrá subcontratar a otrasentidades que los posean debidamente acreditados. El personal que atiende lostrabajos de control de la calidad debe ser recertificado, como mínimo, cada tres años.




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6.6 Criterios de aceptación o rechazo de las uniones soldadas

Las uniones soldadas realizadas por los operadores de los equipos de soldar en todaslas certificaciones explicadas en el inciso correspondiente de este Instructivo, así comolas realizadas en la producción, serán aceptadas o rechazadas según lo expuesto.

Los métodos de inspección del inciso correspondiente determinarán la cuantía ymagnitudes de los defectos en la soldadura, pero éstos deberán ser evaluados por elpersonal que ejecuta los controles, que será el de mayor experiencia en estos trabajos ydictaminará si los mismos son aceptables o no. Para esto contarán con fotos o conmuestras de uniones soldadas bien hechas, las cuales ayudarán a llegar a conclusionesde forma comparativa, sobre todo por el método visual, el cual sólo detecta defectossuperficiales en las soldaduras.

6.6.1 Defectos superficiales detectados por el método visual

Los defectos superficiales que se presentan en las uniones soldadas a tope por elmétodo de termofusión, son causados por la preparación incorrecta de la uniónsoldada, por la desalineación, por una mala refrentación de las caras de los tubos obiseles, o por un procedimiento inadecuado en el proceso de ejecución de la soldadura,una mala utilización y aplicación de la temperatura del termoelemento (plancha), unerror en las presiones al comprimir los tubos o conexiones contra el termoelemento, untiempo de calentamiento inadecuado u otros errores tales como los efectos nocivos delas condiciones climáticas, la temperatura ambiente, la presencia de aire o polvo, etc.

Los defectos más comunes encontrados por el método visual son los siguientes:

- Grietas o rajaduras. Estos defectos no se permiten en ninguna dimensión.- Desalineación entre las partes unidas por la soldadura. No se permiten si son

mayores al 10% del espesor de la pared.- Cordones de soldadura superficiales disparejos. No presentan una distribución

uniforme a ambos lados del plano de la unión. No se permiten.- Cordones de soldadura superficiales pequeños por falta de suficiente presión. No

se permiten. Las alturas apropiadas de estos cordones son reflejadas en lastablas de los suministradores de los equipos, en dependencia de los diámetros y

presiones nominales de los tubos.- Falta de fusión completa de la unión soldada en todo el perímetro. No se permite.- Porosidad superficial inadecuada. Ocurre cuando un poro individual tiene una

dimensión mayor a 3,17 mm o excede el 25% del espesor de la pared del tubo,así como cuando en una concentración de varios poros la suma de suslongitudes es mayor a 12 mm en cualquier longitud de la soldadura, dentro de300 mm.

La unión soldada que no satisfaga los criterios de aceptación o rechazo establecidos enel examen visual será rechazada y no será necesario realizar otro tipo de control.




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53

6.6.2 Método de control por ultrasonido

Este método de control no-destructivo determina fundamentalmente cualquier defecto oirregularidad de la unión soldada en su interior, o sea, que no sea detectable por elexamen visual. Este método depende mucho de la experiencia del operador alinterpretar el gráfico que ofrece el equipo, por medio del cual se determina ladiscontinuidad en la unión soldada y su dimensión.

El control ultrasónico se hará y evaluará según las características dadas por elfabricante.

Ni el examen visual ni el ultrasónico son definitorios acerca de la hermeticidad yla resistencia de las uniones soldadas. La prueba hidrostática sí lo es.

6.6.3 Prueba hidrostática

Este es el único método confiable utilizado como control de calidad de las tuberías yuniones soldadas fabricadas con Polietileno de Alta Densidad, y resulta determinante enla valoración de su hermeticidad y resistencia.

La prueba hidrostática de las tuberías y uniones soldadas se hará en correspondenciacon lo dictaminado por los controles específicos correspondientes, y no excluye a loscontroles visuales. Para su realización las tuberías y uniones soldadas pasarán primeropor esta prueba definitoria de la calidad, según el control visual.

En todos los casos de unión soldada defectuosa, la misma se picará y se haránuevamente.

6.7 Reportes de los controles no-destructivos

A pesar del cuidado y calidad con que se realicen, todos los controles de las unionessoldadas serán insuficientes si posteriormente no se elabora un informe detallado por laentidad que los llevó a cabo, en el cual se describan los trabajos realizados y susresultados.

El reporte de los controles debe recoger como mínimo lo siguiente:

1. Objeto de obra o agrupación productiva2. Nombre del ejecutor del control3. Fecha de realización del control4. Método de control5. Identificación de los equipos utilizados y sus características6. Condiciones en que se realizó el control; parámetros principales7. Datos específicos de las uniones soldadas; dimensiones, presión nominal, etc.8. Marca del operador del equipo de soldadura que la realizó9. Tecnología usada en la unión soldada

10. Tipos y cuantías de los defectos




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11. Valoración de la unión soldada12. Valoración final

Este reporte será un documento final y oficial de la calidad del trabajo terminado de lasuniones soldadas, y servirá como un material de archivo que será indispensable en lasfuturas reparaciones, para el mantenimiento y la explotación y en los casos de posiblesaccidentes.




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Anexo 6.1

PREPARACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA DE LOSOPERADORES DE LOS EQUIPOS DE SOLDAR

La preparación teórica comprenderá como mínimo lo siguiente:

- Las características del equipo de soldadura, los principios de su funcionamiento,su instalación y las reglas de explotación y mantenimiento, así como de losaccesorios y herramientas

- Las características principales de los tubos y conexiones de Polietileno- Conocimientos de dibujo técnico e interpretación de planos de tuberías- La tecnología de ejecución de las uniones soldadas, la preparación de los

bordes, el ensamblaje y la alineación- Las normas de protección e higiene del trabajo específico y afines

Para la preparación práctica se tomará como mínimo lo siguiente:

- El dominio en la ejecución de uniones soldadas de probetas (mochetas) depolietileno en la misma posición fija en que se hará en las obras, con el eje de latubería horizontal

- La ejecución de la preparación de bordes de probetas- Las prácticas se realizarán con probetas de distintos diámetros y espesores,

cuya cuantía dependerá de la destreza y calidad del trabajo de cada operario y

del criterio de los profesores

Procedimiento para la Certificación

Los exámenes de certificación de los operarios de equipos de soldar se dividen de laforma siguiente:

- Certificación primaria. Esta certificación dependerá de los exámenes aprobadosen los cursos de preparación teórica y práctica, tomando en cuenta su aptitud enla realización de los trabajos y sobre todo los resultados prácticos.

- Certificación adicional. A la misma se someterán los operadores de equipos de

soldadura que posean la certificación primaria. Durante dicha certificación semodifican los parámetros de la misma, por ejemplo, empleando una máquina deotra tecnología más moderna. Esta certificación se aplicará también a lossoldadores que estén interrumpidos en su trabajo de certificación primaria por cualquier razón en un término superior a 3 meses.

- Certificación periódica. Esta certificación la harán los operarios de equipos desoldar al vencer la certificación primaria, la cual caduca al año de ser expedida.La Comisión de Certificación podrá prorrogar la validez de la certificaciónprimaria al vencimiento de ésta, por un año, siempre y cuando los resultadosobtenidos sean satisfactorios y de alta calidad.

- Certificación extraordinaria. A esta certificación estarán sometidos los operadores

de máquinas de soldar a los que les haya sido suspendida su certificación por




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violaciones en la tecnología de la soldadura o por incurrir en problemas de malacalidad en reiteradas ocasiones (el 3% como máximo de las uniones soldadas

realizadas).- La preparación teórica y práctica de los operarios será necesaria sólo en el caso

de la certificación primaria. En las restantes clasificaciones bastara con larealización satisfactoria de dos probetas de producción y con la aprobación de laComisión.

La Comisión de Certificación de las empresas estará integrada por especialistas desoldadura certificados, incluyendo al jefe de la especialidad o su sustituto, y por representantes del Control de Calidad y de Protección e Higiene del Trabajo. Losresultados y la valoración de las certificaciones los hará la Comisión creada al efecto yestarán en concordancia con el resultado de los controles. Estos resultados serán de

aprobado, aprobado condicional o suspenso.

- La valoración de aprobado se dará cuando la muestra de control cumplasatisfactoriamente con los controles prescritos.

- La valoración de aprobado condicional se dará cuando el operador haya incurridoen alguna falta y la Comisión así lo considere, así como cuando el defecto no seaatribuible a él y se haya producido por otras razones. Este operador tendráderecho a otra probeta de unión soldada.

- La valoración de suspenso se dará por la Comisión cuando se estime que losdefectos son imputables a la ineptitud del operario. En este caso la Comisióndeterminará si el operador tiene derecho o no a otro examen de certificación

después de un plazo de aprendizaje o práctica.- La Comisión expedirá el Acta de Certificación (ver Anexo 6.2) antes de que se

cumplan 15 días después de realizado el último examen por el operador.- La entidad empleadora del operador formalizará la documentación

correspondiente, así como el carnet (ver Anexo 6.2), el cual deberá estar debidamente actualizado para hacer los trabajos de soldadura.

- Cada operador aprobado recibirá una marca que lo identifique. Esta marcaestará formada por letras y números y con ella marcará en lo sucesivo lasuniones soldadas que realice. Dicha marca estará registrada en la empresaempleadora y en el carnet del operador.




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Anexo 6.2

ACTA DE CERTIFICACIÓN DE OPERARIO DE MÁQUINA DE SOLDAR

Acta N0 ___________

Nombre de la Empresa o entidad ____________________________________ (Entidad empleadora)

Provincia___________________

El presente certificado autoriza o no al operador: ________________________ (Nombre y Apellidos)

_______________________, con el No. de Carné de Identidad _____________

perteneciente al Grupo Laboral ___________________, a realizar los trabajosde soldadura siguientes:

__________________________________________________________________ (Por el método de soldadura, con el

material base, posición de soldadura, dimensiones, diámetros, espesores)

y con el equipo de soldar:

_______________________________________________________________ (Marca, modelo, características principales)

Marca de identificación del operador: __________________________________ (Letras y números)

Tipo de Certificación: _______________________________________________ (Primaria, adicional, periódica, extraordinaria)

Resultados del control de calidad: (Práctico)

Control visual: ______________________________________________ (Aprobado, aprobado condicional, suspenso)

Control ultrasónico: _________________________________________ (Aprobado, aprobado condicional, suspenso)

Otros controles realizados:______________________________________ (Aprobado, aprobado condicional, suspenso)

Resultado de los exámenes teóricos: ____________________________ (Aprobado, suspenso)




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Resultado final de la Certificación: _____________________________ (Aprobado, suspenso)

Este Certificado es válido hasta:______________________________________ (Fecha)

Se extiende este Certificado con fecha: __________________________________________________________________

(Fecha)

Por la Comisión examinadora:________________________________________ (Entidad a la cual pertenece la Comisión,

Provincia, Municipio, lugar donde sesionó)

Integrada por: Presidente de la Comisión:

_______________________ _____________________ (Nombre y apellidos) (Firma)

Miembros de la Comisión:

______________________ _____________________ ______________________ ______________________

______________________ ______________________ (Nombres y apellidos) (Firmas)




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Anexo 6.3

MODELO DE CARNET DEL OPERADOR

Carátula:

__________________ ___________________ __________________ (Foto (1” x 1”) (Logotipo del Organismo) (Nombre de la entidad)

Carnet del operador N0. ________________

Marca del operador: ____________________ ______________________ (Número y letras) (Tipo de certificación)

_______________________________________________________________ (Nombre) (1er Apellido) (2do Apellido)

________________________________________________________________ (Dirección particular)

________________________________________________________________ (Fecha de expedición)

______________________________________

(Firma del responsable de soldadura)

Carátula posterior:

_________________ ________________________________________________ (Certificación aprobada) (Lugar) (Fecha) (Firma)

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Nota: - La firma será autorizada- El lugar será donde se hizo la certificación




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Anexo 6.4

TABLA DE LA FUERZA INICIAL DE CALENTAMIENTO Y DE SOLDADURA

Diámetro exterior(mm)

Fuerza inicial decalentamiento para tubo

de Pn 10

Fuerza inicial desoldadura para tubo

de Pn 1032 14 4240 21 6350 33 9963 52 15675 74 22290 106 317110 157 471125 204 610140 256 768160 334 1000180 422 1264200 520 1559225 659 1975250 814 2440280 1019 3057315 1290 3870355 1636 4908400 2078 6234

450 2633 7899

Nota: La fuerza se da en Nw/mm2




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Anexo 6.5

DIAGRAMA DEL CALENTAMIENTO DEL MATERIAL

Anexo 4. Diagrama del calentamiento del material

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7

Tiempo de calentamiento del material (min)

E s p e s o r d e p a r e d d e l t u b

o ( m m )

Serie1

Serie2Serie3

Serie4

Serie5

Serie6

Serie7




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Anexo 6.6

TIEMPO TOTAL DE SOLDADURA

Anexo 5.Tiempo Total de Soldadura

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Tiempo para la soldadura (seg)

E s p e s o r d e p a r e d ( m m )

20 40 60 80 100 120 140 160 180




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REFERENCIAS

- 48-03:83 Ingeniería Hidráulica. Riego y drenaje. Términos y definiciones.- 48-14:83 Ingeniería Hidráulica. Drenaje pluvial de cubiertas. Especificaciones de

proyecto.- 48-26:83 Ingeniería Hidráulica. Drenaje pluvial urbano. Especificaciones de

proyecto.- 53-121:84 Acueducto. Especificaciones de proyecto.- Organización Panamericana de la Salud. Seminario sobre diseño de abastecimiento

de agua. Publicación científica No.95, Argentina, 1964.- Kiseliov. Manual de cálculos hidráulicos.- Gobierno de Mendoza. Especificaciones técnicas generales. Red de distribución de

agua. Octubre del 2004.

- Norma Oficial Mexicana NOM-013-CNA-2000. Redes de distribución de aguapotable. Especificaciones de hermeticidad y métodos de prueba.

- Norma Oficial Mexicana NOM-002-CNA-1995. Tomas domiciliaria paraabastecimiento de agua potable. Especificaciones y métodos de prueba.

- Manuel Vicente Méndez. Tuberías a Presión. Caracas, Universidad Católica AndrésBello, 1995.

- Norma Colombiana RAS-98. Título A. Aspectos generales de los sistemas de aguapotable y saneamiento básico.

- Norma Colombiana NTC 1063. Medición de agua en conductos cerrados.- Norma del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua para el uso de tuberías de

PEAD.

- Norma de la Industria Chilena de Tecnología Hidráulica para el uso de tuberías dePEAD.

- RC 3104 Pruebas parciales de presión y fuga de tuberías en obras. Mayo de 1989.- Catálogo de válvulas de aire IRUA. Vizcaya, España.- Guía técnica para tuberías de PEAD, producidas en la Unión Europea.- CSN-050710. Norma Checoslovaca. Reglamento para los exámenes oficiales de los

soldadores y operarios.- RST-07-08. Reglas para la certificación de los soldadores y operarios que laboran

en el equipamiento y tuberías de las instalaciones nucleares.- RST-04-88. Reglas de control de las uniones soldadas de Centrales

Electronucleares.

- Manuel Tito Méndez, Libro de Soldadura y Defectos.- Manuel Tito Méndez, Propuesta de Norma para la Certificación de los soldadores.- API –1104. Norma Nacional Americana. Soldadura de las tuberías.- Procedimientos de soldadura por termofusión de la firma REVINCA.- Inspección de Tuberías de PEAD de la firma REVINCA.- Manual Técnico para tuberías de PEAD de la firma PAVCO.- Manual de equipos y accesorios de la firma I.T.S.

instrucpead_2006[1]

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