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Pagina No. 1SADMX, En Tuberías… somos la mejor opción.

INTRODUCCION

TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

A pesar de

que la tubería corrugada de polietileno de alta densidad ha sido exitosamente utilizada por décadas en una variedad de aplicaciones de drenaje, es relativamente nueva en comparación a las fabricadas de concreto y metal. Con todo, la especificación y el uso de la tubería corrugada de polietileno de alta densidad van aumentando en forma muy rápida en base a sus importantes ventajas como son su marcado flujo hidráulico y su incomparable resistencia química y abrasiva, con relación a otros materiales. La tubería corrugada de polietileno de alta densidad es también fácil de instalar y no presenta riesgos para el medio ambiente.

Estudios recientes de investigadores independientes del Southwest Research Institute en San Antonio, Texas; Universidad de Western Ontario, London, Ontario; Laboratorios Hauser en Boulder, Colorado; y el Instituto de Tuberías Plásticas confirman estas conclusiones. Estos estudios proporcionan investigaciones sólidas que respaldan su resistencia, vida útil y capacidades de diseño estructural. COMPARACION CON OTROS MATERIALES EN LO QUE SE REFIERE A RESISTENCIA ESTRUCTURAL

La tubería corrugada de polietileno de alta densidad ha sido instalada con mucho éxito en profundidades tan superficiales como 12 pulgadas con cargas H-20 (32,000 lbs por eje) y tan profundas como son 104 pies. La tubería flexible soporta profundidades bajo tierra mayores que la tubería rígida bajo condiciones de relleno similares, debido a que la tubería flexible desplaza la carga al

suelo, y el suelo soporta la carga en vez de la tubería.

Estudios recientes efectuados por el Southwest Research Institute (SWRI) demuestran que un desarrollo de resquebrajamiento lento no es un factor en aplicaciones que utilizan productos de polietileno de alta densidad. La vida útil se espera exceda 75 años. Fig. I1

PROCEDIMIENTO DE INSTALACION DE LA TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

La Norma ASTM D2321 es la práctica de instalación estándar para toda tubería termoplástica para aplicaciones no presurizadas, incluyendo la tubería corrugada de polietileno de alta densidad. Instalaciones reales, simulaciones en computadora y pruebas, confirman que estas técnicas de instalación resultan en un eficiente funcionamiento de la tubería. Es más, las recomendaciones sobre instalación tienden a ser altamente conservadoras. El requerimiento típico de calidad mínima de relleno en la Norma D2321 es comparable a la calidad típica de relleno recomendada para RCP. Esto crea una transición fácil para los contratistas.

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RELACION CON EL COSTO

Cuando se toma en consideración el costo total de un sistema de drenaje, muchos factores hacen que la tubería de polietileno de alta densidad sea la solución más eficaz en relación con el costo. El peso ligero de la tubería corrugada de polietileno de alta densidad ocasiona un ahorro significativo en costos de mano de obra y equipo. Se requiere de menor mantenimiento debido a su resistencia ante la corrosión y abrasión. La vida útil es sustancialmente mayor que la de tuberías de otros materiales, incluyendo concreto y metal. Se obtienen también ahorros adicionales debido a que no se necesita de una inversión futura para fines de reparación de la tubería corrugada de polietileno de alta densidad. Actualmente, cientos de millones de dólares se gastan anualmente para rehabilitar tuberías de concreto y pvc. DURABILIDAD DE LA TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

El polietileno de alta densidad es uno de los plásticos de mayor inercia química, y es por lo tanto extremadamente resistente a los químicos y a la corrosión. Esto otorga a la tubería corrugada de polietileno de alta densidad la ventaja de una mayor resistencia en comparación a las tuberías de concreto y de metal.

Un estudio efectuado en la Universidad Estatal de California, en Sacramento, demostró que aunque la tubería corrugada de polietileno de alta densidad tiene una pared mucho más delgada que la de concreto, es más resistente a la abrasión, y la tubería corrugada de polietileno de alta densidad tiene una duración 45% mayor a la de concreto bajo condiciones de mayor agresividad.

El polietileno de alta densidad ha

demostrado, a través de pruebas y aplicaciones reales, que cumplirá o aun, que excederá los requisitos de vida útil para aplicaciones de drenaje de aguas pluviales y de alcantarillado sanitario. Una vida útil de setenta años o más se proyecta en áreas donde el polietileno de alta densidad corrugado es especificado.

ESTANDARES CON LOS QUE CUMPLE LA TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

La tubería corrugada de polietileno de alta densidad cumple con los estándares ASTM F 405 y ASTM F667 y también con AASHTO M252, AASHTO M294 los estándares de materiales que son aceptados por cada uno de los Estados en los Estados Unidos para aplicaciones de flujo de gravedad. La tubería corrugada de polietileno de alta densidad también cumple con las Normas de la Sociedad Canadiense de Estándares, CAN/SA B182.6.

Fig. I2


INDICE GENERAL

I. CARACTERISTICAS GENERALES 10

1.1 ALCANCE 10 1.2 NORMAS 10 1.3 TERMINOLOGIA 11 1.4 SIGNIFICADO Y USO 12 1.5 MATERIALES 12 1.6 REQUISITOS 12 1.6.1 DIMENSIONES Y TOLERANCIAS DE LA TUBERÍA 13 1.6.2 PIEZA DE CONEXIÓN Y ACOPLES 13 1.6.3 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN 14

II. INTEGRIDAD ESTRUCTURAL- METODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL 16

2.1 INTRODUCCION 16 2.2 RESUMEN DE ASPECTOS ESTRUCTURALES 16 2.3 DIFERENCIAS ENTRE LA TUBERÍA FLEXIBLE Y LA TUBERÍA RIGIDA 17 2.4 LA NATURALEZA VISCO-ELASTICA DE LA TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO 18 2.5 CRITERIO SOBRE EL DISEÑO 19 2.5.1 PROPIEDADES DE SECCION DE LA TUBERÍA 20 2.5.2 PROPIEDADES DEL MATERIAL 20 2.5.3 CONDICIONES PARA LA INSTALACION Y FACTORES DE SUELOS 21 2.5.3.1 Dimensiones de la Envoltura de Relleno- Ancho de zanja 21 2.5.3.2 Material y Compactación 22 2.5.3.3 Encamado 24 2.5.3.4 Acostillado 26 2.5.3.5 Relleno inicial 26 2.5.3.6 Relleno final 26 2.5.4 CARGAS 25 2.5.4.1 Cargas Vivas 26 2.5.4.2 Cargas Muertas 26 2.6 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 27 2.6.1 DEFLEXIÓN 27 2.6.2 PANDEO 28 2.6.3 FLEXION 29 2.7 LIMITES MINIMOS Y MAXIMOS DE PROFUNDIDAD 30 2.7.1 PROFUNDIDAD MINIMA EN APLICACIONES DE TRÁFICO 30 2.7.2 PROFUNDIDAD MAXIMA 31 2.8 SENSIBILIDAD DE LA INSTALACION 32 2.8.1 FACTORES DE SEGURIDAD 32 2.8.2 ANCHO DE LA ZANJA 33 2.8.3 INTEGRIDAD DEL RELLENO 33 2.8.4 LIMITACIONES MÁXIMAS Y MÍNIMAS DE PROFUNDIDAD 34 2.9 METODOS ALTERNATIVOS DE DISEÑO PARA TUBERÍA CORRUGADA PAD 35 2.6 CALCULOS – EJEMPLOS 36

III. CONDICIONES FISICAS - RESISTENCIA QUÍMICA Y A LA ABRASIÓN 41

3.1 INTRODUCCION 42 3.2 RESISTENCIA ANTE CONDICIONES QUIMICAMENTE AGRESIVAS 42 3.3 DURABILIDAD BAJO CONDICIONES DE ABRASION 43 3.4 PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA ABRASION 44 3.5 PRUEBAS COMBINADAS DE ABRASION Y CORROSION QUIMICA 45 3.6 DURABILIDAD Y VIDA UTIL 46 3.7 RESUMEN 46


IV. CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS PARA TUBERIAS PAD SADMX 47

4.1 INTRODUCCION 48 4.2 RESUMEN DE ASPECTOS HIDRAULICOS 48 4.3 CURVAS DE DESCARGA 48 4.4 METODO DE CONDUCCION 48 4.5 VELOCIDADES DE AUTOLIMPIEZA 50 4.6 CONSIDERACIONES SOBRE EL VALOR 52 4.7 EJEMPLOS DE PROBLEMAS 53

V. PRACTICAS RECOMENDADAS PARA LA INSTALACION DE TUBERIAS Y PIEZAS DE CONEXIÓN SADMX 55

5.1 RECEPCION Y MANIPULEO EN LA OBRA 56 5.1.1 INSPECCIÓN DEL MATERIAL DURANTE LA ENTREGA 56 5.1.2 IDENTIFICACIÓN DEL PRODUCTO 56 5.1.3 DESCARGA 56 5.1.4 ALMACENAMIENTO 56 5.1.5 COLOCACIÓN EN LÍNEA DE LA TUBERÍA 57 5.2 EXCAVACION Y RELLENO 57 5.2.1 EXCAVACIÓN DE ZANJAS 58 5.2.2 PREPARACION DE LA FUNDACION 59 5.2.3 ENCAMADO (PLANTILLA) 59 5.2.4 COLOCACION Y UNION DE LA TUBERIA 59 5.2.5 ACOSTILLADO 60 5.2.6 RELLENO INICIAL 60 5.2.7 RELLENO FINAL 60 5.3 CARGAS DE CONSTRUCCION 61 5.4 EQUIPO DE COMPACTACION 61 5.4.1 MAQUINAS COMPACTADORAS 62 5.4.2 PISONES 62 5.4.3 COMPACTADORES MECANICOS O “BAILARINES” 62 5.4.4 COMPACTADORES VIBRATORIOS 62 5.5 ENTIBADO DE ZANJAS 62 5.5.1 INSTALACIONES DE ZANJA ESTANDAR 63 5.6 MODIFICACIONES Y CONEXIONES EN EL CAMPO 63 5.6.1 CORTES DE TUBERIA 63 5.6.2 BOTA DE INSERCIÓN 64 5.6.3 EMPAQUES 65 5.6.4 TEE WYE 65 5.6.5 CONEXIONES A POZOS DE VISITA 65 5.6.6 CONEXIÓN DE TUBERÍA CORRUGADA DE POLIETILENO A OTROS MATERIALES 66 5.6.7 ALINEACIONES CURVAS 66 5.7 INSPECCION Y SISTEMAS DE PRUEBA 67 5.7.1 PRUEBAS DE DEFLEXIÓN 67 5.7.2 PRUEBAS DE PRESION 68 5.8 RESUMEN 68

VI. ANEXOS 70

6.1 RESUMEN: PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN SOBRE TUBERÍA CORRUGADA PAD 71 6.2 RESUMEN: RESULTADOS DE INVESTIGACIONES SOBRE INSTALACIÓN DE TUBERÍA

CORRUGADA DE POLIETILENO 72

REFERENCIAS 75


INDICE DE TABLAS

Tabla No. DESCRIPCIÓN Pag.

1.5.1

1.6.1.1

2.5.1.1

2.5.4.1.1

2.5.4.1.2

2.7.1.1

2.7.2.1

2.8.4.1

2.8.4.2

3.2.1

3.4.1

3.5.1

4.4.1

4.6.1

5.2.1.1

5.6.4.1

Condiciones de la resina para la fabricación de tuberías y piezas de conexión

Rigidez y Dimensiones de la tubería

Propiedades Representativas de sección para tubería corrugada de polietileno

de alta densidad

Clase y calidad de relleno

Valores Constantes de Encamado

Condiciones de relleno

Requisito mínimo de profundidad bajo tierra para tubería corrugada de alta

densidad

Profundidad Mínima de Relleno s/ diámetro de tuberías

Profundidades Permisibles para materiales comunes de relleno

Resistencia Química de la tubería de polietileno a diferentes químicos

Resultados de Pruebas de Abrasión bajo condiciones neutrales (pH 7)

Resultados de Pruebas de Abrasión bajo condiciones moderadamente ácidas

(pH 4)

Factores de conducción para tubería corrugada de polietileno

Comparación de la rugosidad de la pared de la tubería – Coef. Manning “n”

Anchos característicos de Zanja

Medidas típicas de Tee Wye

12

13

20

24

25

32

31

32

36

36

42

43

44

50

53

59

66


INDICE DE FIGURAS

Fig. No. Sección DESCRIPCIÓN

1

2

1

1

2

1

2

3

1

1

2

1

1

1

1

1

Ejm2

1

1

1

2

3

1

1

1

2

1

1

1

1

I

I

1.3

2.3

2.3

2.4

2.4

2.4

2.5.4

2.5.4.1

2.5.4.1

2.5.5

2.5.5.1

2.5.5.2

4.3

4.5

4.7

5.1.2

5.1.3

5.1.4

5.1.4

5.1.4

5.1.5

5.2.1

5.2.3

5.2.3

5.2.5

5.2.6

5.2.7

5.5

Fabricación de tuberías de Polietileno

La materia prima: resina

Tipo de Perfiles de las paredes de la tubería de polietileno

Interacción entre tubería/ relleno y el efecto de carga

Respuesta de las tuberías rígidas y flexibles a cargas

Relación entre esfuerzo/ tensión en el polietileno

Efectos en la tubería corrugada de alta densidad por la aplicación de

cargas continuas

Relajamiento del deslizamiento y esfuerzo

Estructura Típica del relleno en zanja

Detalle de Encamado

Construcción de una fundación apropiada

Diagrama de cargas resultantes en relación a la variación de altura de

relleno.

Carga Viva según AASHTO H-20

Diagrama del prisma del suelo

Diagrama de Curvas de descarga para tuberías de polietileno corrugado

n=0.009

Curvas de relación de características hidráulicas en tuberías parcialmente

llena

Diagrama de Curvas de descarga para el ejemplo 2

Foto: sello de identificación de la tubería

Foto: Descarga de tubería

Foto: Características de Almacenado y apilado de tuberías

Foto: Manejo de la tubería

Foto: Telescopiar

Foto: Colocación en línea de la tubería

Mínimo espacio requerido en instalación paralela de tuberías

Encamado

Detalle del asiento para la campana de la tubería

Acostillado de la tubería

Relleno Inicial

Relleno Final

Instalación del entibado de Zanja


1

1

1

2

1

1

1

1

5.6.1

5.6.2

5.6.3

5.6.3

5.6.4

5.6.5

5.6.6

5.7.1

Detalle de Corte de tuberías

Detalle de bota de insersión

Detalle de empaque tipo 2 valles

Detalle de empaque tipo aleta de tiburón

Detalle de Tee Wye

Detalle de conexión de pozo de visita

Detalle de conexión con tubería de otro tipo de material

Alineador de Mandel utilizado en pruebas de Deflexión


1.1 ALCANCE

Esta especificación cubre los requisitos y métodos de ensayo para tubería corrugada de polietileno y piezas de conexión en diámetros nominales de 75mm a 1500mm (3’ a 60”) con interior liso o corrugado. Esta especificación cumple también con juntas herméticas a suelos, herméticas a sedimentos y herméticas al agua.

Los requisitos de esta especificación tienen el propósito de proporcionar tuberías y piezas de conexión apropiadas para uso subterráneo en aplicaciones no presurizadas de drenaje de aguas pluviales. Esta especificación incluye la tubería perforada y la no-perforada.

Las tuberías y piezas de conexión producidas de acuerdo a esta especificación serán instaladas en cumplimiento con ASTM D2321, con excepción de las de profundidad mínima bajo tierra, que serán especificadas. Nota 1 - Para aplicaciones de tubería perforada, el tamaño de la zona de empotramiento y la permeabilidad del material de importado son factores importantes para la habilidad del sistema de proporcionar el nivel deseado de infiltración o ex filtración. Asimismo, la gradación del material de empotramiento debe ser compatible con el tamaño de la perforación para minimizar la migración del relleno hacia la tubería. Alternativamente, se puede utilizar un material de filtro alrededor de la tubería y apropiado para material de relleno.

Los valores indicados en unidades si deben ser considerados como estándar y los valores proporcionados en paréntesis son solamente para propósitos de información.

Esta especificación cubre tubería y piezas especiales que utilizan un perfil abierto o cerrado (Figura 1).

Esta especificación es compatible, de

ser apropiado, con las especificaciones AASHTO y ASTM vigentes. En ciertos casos, cuando uno de estos documentos de referencia discrepa con esta especificación o viceversa, una descripción de esa diferencia es señalada para la consideración del diseñador.

La Canadian Standard Association (CSA) tiene la especificación CSA B182.6 para tubería de polietileno para drenaje de aguas pluviales con interior liso. Aunque similar en requisitos con esta especificación CPPA, la especificación CSA B182.6 debe continuar como referencia para proyectos Canadienses.

La siguiente advertencia se refiere solamente a la Sec.7-CPPA la parte del método de ensayo, de esta especificación. Este estándar puede incluir material, operaciones y equipo peligroso. Este estándar no pretende mencionar todas las prácticas relativas a seguridad y salubridad y determinar la aplicabilidad de limitaciones reguladoras antes de la utilización. 1.2 NORMAS Normas de la Sociedad Americana de Ensayo y Materiales – American Society of Testing and Materials (ASTM)

D 618 Métodos para el Acondicionamiento de Plásticos y Materiales de Ensayo.

D 1056 Especificación Estándar para

Materiales Celulares Flexibles – Esponja o Goma Expandida.

D 1600 Terminología para Términos

Abreviados Relacionados a Plásticos.

D 1693 Método de Ensayo para Agrietamiento de Plásticos Etílicos debido a Factores de Esfuerzo Ambiental.

D 2122 Método para la Determinación de

Dimensiones de Tubería Termoplástica y Piezas de Conexión.

D2321 Práctica para Instalación

Subterránea de Tubería Termoplástica Flexible para Colectores de Agua y para otras Aplicaciones de Flujo de Gravedad.


D 2412 Método de Ensayo para Propiedades Externas de Llenado Mediante Placas Paralelas.

1.3 TERMINOLOGIA

Definiciones – Las definiciones están en conformidad con ASTM F412 y las abreviaciones están en conformidad con ASTM D 1600, a no ser que se indique de otra manera. La abreviación para polietileno corrugado de alta densidad es PE.

D2444 Método de Ensayo para Resistencia al Impacto de la Tubería Termoplástica y Piezas de Conexión Mediante un mazo (Peso Descendente).

D 3212 Especificaciones Estándar para

Juntas para Drenajes y Tuberías Plásticas para Colección de Agua Utilizando Sellos Elastoméricos Flexibles.

Definiciones de los Términos Específicos para este Estándar

Tipo S – Un perfil que incluye una sección transversal completa incluyendo una superficie corrugada en el exterior y un conducto de agua básicamente liso en el interior. Las Corrugaciones pueden ser anulares o helicoidales [Figura 1.3.1 (A)].

D 3350 Especificaciones Estándar para Tubería Plástica de Polietileno y Piezas de Conexiones.

D 405 Especificaciones Estándar para

Tubería de Corrugada de Polietileno, y Pieza de Conexión.

Tipo C – Un perfil que incluye una sección transversal completa con una superficie corrugada interior y exterior. Las corrugaciones pueden ser anulares o helicoidales [Figura 1.3.1 (B)].

F 412 Definiciones de los Términos

Relacionados a Sistemas de Tubería Plástica. Tipo D – Un perfil que incluye un

conducto de agua interior básicamente liso, asegurado en forma circunferencial o espiral con proyecciones o nervaduras unidas a una pared externa básicamente lisa. Ambas paredes están fusionadas o contiguas a los soportes internos [ Figura 1.3.1 (C)].

F 667 Especificaciones Estándar para

Tubería Corrugada de Polietileno de Diámetro Considerable y Piezas de Conexión.

F 1417 Método Estándar de Ensayo para

la Aceptación de la Instalación de Líneas de Alcantarillado Mediante el Uso de Aire de Baja Presión. CorrugaciónCorrugación

(Disponible en diámetros desde 30" a 60")

(C)Tipo D

(B)Tipo C

(A)Tipo S

Estándares de la Asociación Americana de Carreteras Estatales y Funcionarios de Transporte (AASHTO) M 252 Especificaciones Estándar para Tubería de Drenaje Corrugada de Polietileno, 75 mm 250 mm (3” a 19”) de Diámetro

Fig. 1.3.1

1.4 SIGNIFICADO Y USO M 294 Especificaciones Estándar para Tubería Corrugada de Polietileno, 300 mm a 1200 mm (12” a 48”) de Diámetro

Los requisitos de esta especificación tienen el propósito de proporcionar tubería y piezas especiales apropiadas para el uso en aplicaciones de drenaje subterráneo sin presión, incluyendo sub drenaje, drenaje de tierras, colectores de aguas pluviales, sistemas de manejo de aguas pluviales y sistemas de alcantarillado sanitario.

MP 7 Especificaciones Provisionales para Tubería Corrugada de Polietileno, 1375 mm y 1530 mm (54” y 60”) de Diámetro.


1.5 MATERIALES Materiales Básicos

Tubería y Piezas Especiales Moldeadas – Los compuestos utilizados en la fabricación de tuberías y de piezas de conexión moldeadas deberán estar en conformidad con la Tabla 1.5.1

Piezas Especiales Moldeadas en Forma Rotacional – Los compuestos utilizados en la fabricación de piezas especiales moldeadas en forma rotacional deberán incluir una clasificación de celda de 335520C, de acuerdo a la definición en ASTM 3350. Los compuestos con una mayor clasificación de celda en una o más propiedades serán aceptables siempre y cuando los requisitos del producto sean cumplidos.

Material de re-elaboración – En lugar de compuestos de polietileno virgen, material limpio de re-elaboración puede ser utilizado por el fabricante, siempre y cuando cumpla con los requisitos de tipo de celda descritos anteriormente

Tabla 1.5.1. Condiciones de la resina para la

fabricación de tuberías y piezas de conexiones Materiales Reciclados - Refiérase a la Sección 1.1 para especificaciones sobre compatibilidad.

General – Esta sección permite al usuario requerir materiales reciclados en los productos incluidos en esta especificación. A no ser que el consumidor se oponga a esta sección como requisito de las especificaciones del producto, los materiales para productos en esta especificación deberán cumplir con la Sección 1.5, con la excepción que debido a pigmentación de origen desconocido, no sea práctico determinar

y establecer una especificación para la densidad de la resina.

• Materiales Reciclados – Los compuestos tendrán un contenido de 5% a 50% de materiales de polietileno reciclado (PE). El material reciclado estará limpio y libre de contaminación. Un contenido mayor de polietileno reciclado es permitido, siempre y cuando se añadan al compuesto materiales estabilizadores adicionales a fin de prevenir el daño procesal durante la fabricación del producto y que el producto cumpla con todos los requisitos de la sección 1.6.

1.6 REQUISITOS

Mano de Obra – La tubería y piezas de conexión deberán ser homogéneas en todo aspecto y especialmente uniformes en color, opacidad y densidad. Las paredes de la tubería estarán libres de rajaduras, orificios, gránulos, vacíos, imperfecciones externas y otros defectos que sean visibles a simple vista y que puedan afectar la integridad de la pared, exceptuando orificios ubicados en forma intencional en la tubería perforada. Nota 2 -Las variaciones en el espesor de la pared son aceptables siempre y cuando la tubería cumpla con los mínimos requisitos de espesor de la pared del conducto de agua y de funcionamiento.

•

Nota 3 – Esta especificación no incluye requisitos para el diseño de instalación de la tubería. La exitosa operación de este producto depende del tipo de encamado y relleno y del cuidado en su instalación. A solicitud del usuario, Sadmx, S.A. de C.V. proporcionará información sobre la sección de pared, incluyendo diámetro interno y externo, que pueda ser requerida para una evaluación completa de ingeniería. Nota 4 – Los diámetros externos de los productos fabricados en base a esta especificación no están detallados; por lo tanto, la compatibilidad entre la tubería y las piezas de conexión de diferentes fabricantes no debe darse por segura. Nota 5 – La resistencia a impacto de este producto no está incluida en esta especificación (ver Sección 1.6 para especificaciones sobre compatibilidad), la cual es consistente con otras especificaciones de tubería de polietileno.

Diámetro Densidad

(resina básica) AASHTO

252 3" a 10" (75 mm a

250 mm) 3

AASHTO 294

12" a 48" (300 mm a 1,200 mm)

3, condicionado a que la máxima densidad no exceda 0.955 g/cm3


1.6.1 DIMENSIONES Y TOLERANCIAS DE LA TUBERÍA

Tamaño Nominal – El tamaño nominal

para la tubería y piezas de conexión se refiere al diámetro interno, como se muestra en la Tabla 1.6.1.1

Diámetro Interno – El diámetro interno para tubería y piezas de conexión cumplirá con los requisitos de la Tabla 1.6.1.1, cuando sean medidos de acuerdo al punto 7.4.1. (CPPA-Sec.7)

Tabla 1.6.1.1 : Rigidez y Dimensiones de la Tubería

1La rigidez mínima para el tipo C en diámetros de 10” y menores deberá ser de 240kPa. 2No aplica a la tubería de tipo C.

Longitud – La tubería puede ser ofrecida en cualquier longitud estipulada por el usuario. La longitud no será menor a 99% de la longitud especificada, cuando se efectúe su medición de acuerdo al punto 7.4.2. . (CPPA-Sec.7)

Espesor Mínimo de la Pared del

Conducto de Agua – El espesor mínimo de la pared del conducto de agua de la tubería de interior liso y piezas de conexión Tipo S y Tipo D cumplirá los requisitos de la Tabla 1.6.1.1, cuando se efectúe su medición de acuerdo al punto 7.4.3. . (CPPA-Sec.7)

Perforaciones – Todas las perforaciones deberán ser efectuadas con precisión. El área de ingreso de agua deberá ser de un mínimo de 21 cm2/m (1.0 in2/pie)

para tubería de 100 mm a 250 mm (4” a 10”), 31 cm2/m (1.5 in2/pie) para tubería de 300 mm a 450 mm (12” a 18”), y 42 cm2/m (2.0 in2/pie) para tuberías de tamaños mayores a 450 mm (18”). Las perforaciones circulares no deberán ser mayores a 4.76 mm (3/16”) para tubería de 100 mm a 250 mm (4” a 10”) y 9.53 mm (3/8”) para tuberías de tamaño mayor a 250 mm (10”). El ancho de las aberturas no será mayor a 3.18 mm (1/8”). El largo de las aberturas no excederá el 10% de la circunferencia interna nominal para tubería de 100 mm a 200 mm (4” a 8”), 64 mm (2.5”) para tubería de 250 mm a 375 mm (10” a 15”) y 77 mm (3.0”) para tubería de 450 mm (18”) o de mayor tamaño. Otras dimensiones de perforaciones y configuraciones podrán ser proporcionadas a fin de cumplir con las necesidades del comprador. Todas las mediciones deberán ser efectuadas de acuerdo al punto 7.4.4. . (CPPA-Sec.7)

Rigidez de la Tubería – Los valores mínimos de rigidez de la tubería a una defección del 5% cumplirá con los requisitos de la Tabla 1.6.1.1 cuando se prueben de acuerdo al punto 7.5.

Aplastamiento de la Tubería – No habrá evidencia de deformaciones en la pared, separaciones, rajaduras, roturas, separación de las juntas, separación de la pared externa e interna, o combinaciones de estas, cuando se efectúen las pruebas de acuerdo al punto 7.6.

Adhesión – Para tubería Tipo S la adhesión entre las paredes interna y externa (en el valle de corrugación) y en las juntas de espiral no se separará cuando se efectúen las pruebas de acuerdo al punto 7.7. En la tubería Tipo D la adhesión entre las salientes o rozaduras y las paredes interna y externa y en las juntas de espiral no se separará cuando se efectúen las pruebas de acuerdo a punto 7.7. . (CPPA-Sec.7) 1.6.2 PIEZAS ESPECIALES Y COPLES

Solamente se deberán usar piezas especiales suministradas o recomendadas por el fabricante. Las piezas especiales serán

Rigidez Mínima de la

Tuberia1

Diámetro Interior Mínimo

Diámetro Interior Máximo

Espesor Mínimo de

Pared2

Diámetro (pulg.)

KPa. Pulg. Pulg. Pulg.

4 340.00 3.90 4.10 0.02 6 340.00 5.80 6.20 0.02 8 340.00 7.80 8.20 0.02 10 340.00 9.70 10.30 0.02 12 290.00 11.60 12.40 0.04 15 290.00 14.50 15.40 0.04 18 280.00 17.50 18.50 0.05 24 240.00 23.30 24.70 0.06 30 190.00 29.10 30.70 0.06 36 150.00 34.90 36.60 0.07 42 140.00 40.70 42.50 0.07 48 120.00 46.50 48.40 0.07


instaladas de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.

Los acoples utilizados con la tubería y

piezas especiales serán de un diseño tal que preserve la alineación durante la construcción y evite la separación en las juntas. Las juntas tipo campana y espiga, acoples externos tipo resorte o partidos son ejemplos claros de diseños típicos. 1.6.3 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CONEXIÓN Nota 6 - La habilidad de una junta de resistir la infiltración de suelos (hermética a los suelos), infiltración de sedimentos (hermética a los sedimentos), o infiltración de agua subterránea/ ex filtración afluente (hermética al agua) debe ser considerada. La hermeticidad de las juntas es una función del tamaño de entrada, longitud del canal y el tamaño de partículas del relleno. Un material de relleno que contenga un alto porcentaje de material Clase III o Clase IV, de acuerdo a la definición en ASTM D2321 requiere de consulta con el fabricante para el tipo específico de junta a ser utilizada a fin de prevenir la infiltración de suelos o de sedimentos. Los sistemas de conexión AASHTO:

Tipo 1 (herméticos a los suelos), Tipo 2 (herméticos a los sedimentos), Tipo 3 (herméticos al agua)

Tipo 1 (hermética a los suelos) – La hermeticidad de la junta a los suelos se requiere a fin de evitar la infiltración de suelos. La infiltración de suelos es influenciada por el tamaño de la apertura (dimensión máxima normal a la dirección en la que los suelos pueden infiltrar) y la

longitud del canal (longitud del trayecto a través del cual los suelos pueden infiltrar). La relación de D85 tamaño de suelos (el tamaño de suelos para el cual 85% es más fino) con el tamaño de la junta de la abertura deberá ser mayor a 0.3 para arena tipo mediana a fina o 0.2 para arena uniforme. Estas relaciones no son necesarias para rellenos cohesivos donde el índice de plasticidad excede 12. No disponible en SADMX. Tipo 2 (hermética a los sedimentos) – La hermeticidad de la junta a los sedimentos se requiere a fin de evitar la infiltración de sedimentos la cual incluye rellenos cohesivos donde el índice de plasticidad es menor a 12. Los sistemas de juntas herméticas a los sedimentos incorporan un material del empaque en la conexión de la tubería. Los empaques deberán cumplir o exceder los requisitos de ASTM D 1056 Grado 2A2 o ASTM F477. No disponible en SADMX. Tipo 3 (hermética al agua) – La hermeticidad de la junta al agua se requiere a fin de inhibir la infiltración de agua subterránea y/o ex filtración afluente. Las juntas herméticas al agua serán selladas con una empaque elastomérico que cumple con o excede los requisitos de ASTM F477. Todos los diámetros de 100 mm (4”) a 1,530 mm (60”) deberán cumplir con ASTM D3212; Si la aplicación así lo requiere, las pruebas de campo deberán cumplir con la NOM-001-CNA-1995. Único estándar de hermeticidad en SADMX.


2.1 INTRODUCCION

El comportamiento de la tubería puede ser clasificado como flexible o rígido, dependiendo de su operación una vez instalada. La tubería flexible puede moverse o flexionarse bajo cargas sin sufrir daño estructural. La tubería corrugada de polietileno de alta densidad es un ejemplo. La tubería rígida es a veces clasificada como tubería que no puede flexionarse en forma significativa sin sufrir de un esfuerzo estructural como ser resquebrajamiento. Las tuberías de concreto reforzado y no reforzado sirven de ejemplo.

Tanto la tubería flexible como la rígida dependen del relleno adecuado. Las características del relleno así como la configuración de la zanja en el caso de la tubería rígida, están incluidas en los procedimientos del diseño. Para la tubería flexible, la Deflexión permite que cargas sean transferidas y acarreadas por el relleno. La tubería rígida transfiere la mayor parte de la carga a ser transferida y transportada hacia el relleno. La tubería rígida transfiere la mayor parte de la carga a través de la pared de la tubería hacia el encamado. Un relleno apropiado es muy importante para determinar la manera en que la carga será transferida.

Diversos proyectos de investigación han estudiado el comportamiento de la tubería flexible. El funcionamiento de la tubería de polietileno ha sido evaluado mediante el uso de instalaciones de campo, inspecciones posteriores a la instalación, pruebas de los indicadores de presión y análisis computarizados de elementos finitos. Como resultado, a casi tres décadas desde su introducción, el comportamiento de la tubería corrugada de polietileno de alta densidad ha sido probablemente analizado más que el de cualquier otro tipo de tubería convencional de drenaje.

La información en las secciones siguientes de este documento proporciona una guía paso a paso para el diseño estructural de tubería corrugada de

polietileno de alta densidad de flujo por gravedad. Además toda ésta información puede convalidarse en los resúmenes sobre instalaciones actuales detallados en el capítulo 6 - Anexos. 2.2 RESUMEN DE ASPECTOS

ESTRUCTURALES

El presente documento desarrolla los criterios técnicos para aplicar el Método de Diseño Estructural para Tubería Corrugada de Polietileno y discute algunas de las diferencias entre el diseño e instalación de tuberías rígidas y flexibles.

La naturaleza visco-elástica de la tubería de polietileno ha sido demostrada en pruebas de laboratorio, aunque propiedades tales como relajación de esfuerzo todavía no han sido tomadas en consideración durante el diseño. Se debe reconocer que descuidar este comportamiento añade mayor valor al factor de seguridad, innecesario sobre el método de diseño.

La metodología del diseño para tubería corrugada de polietileno de alta densidad detallada en este capítulo, está en cumplimiento con las especificaciones de la American Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO) M252 y M294*. Se presentan las propiedades de las diferentes secciones para su uso en el procedimiento de diseño. Las propiedades del material, relleno y condiciones de carga juegan papeles importantes en la operación de la tubería. El procedimiento de diseño evalúa la Deflexión, pandeo, esfuerzo de flexión y tensión de flexión, y establece límites para cada condición.

Así se puede decir que la integridad estructural de las instalaciones de tuberías depende del adecuado diseño e instalación. Una tubería corrugada de polietileno debidamente instalada puede ser enterrada a profundidades mucho mayores que una tubería rígida. Las instalaciones que varían de las suposiciones del diseño pueden causar el resquebrajamiento de la tubería de concreto reforzado, mientras factores


conservadores de seguridad y diseño para tubería corrugada de polietileno protegen la tubería de muchas deficiencias en la instalación. Además, todo tipo de tubería, ya sea flexible o rígida, depende de la estructura del relleno para transferir cargas al encamado. Como resultado, toda tubería debe ser instalada de acuerdo al diseño para cumplir con las expectativas de la operación. Las Tablas de altura de la profundidad bajo tierra muestran la profundidad mínima en instalaciones de tráfico y las profundidades máximas bajo una variedad de condiciones de relleno, también se presentan Ejemplos de Cálculos. 2.3 DIFERENCIAS ENTRE LA TUBERÍA

FLEXIBLE Y LA TUBERÍA RIGIDA

Prácticamente todo tipo de tubería puede ser clasificada como flexible o rígida, dependiendo de su funcionamiento luego de ser instalada. La tubería flexible toma ventaja de su habilidad para moverse o flexionarse bajo cargas sin sufrir daño estructural. Los tipos comunes de tubería flexible son fabricados de polietileno, cloruro de polivinilo (PVC), acero y aluminio. La tubería rígida es a veces clasificada como tubería que no puede flexionarse más que 2% sin sufrir alteraciones como ser resquebrajamientos.

Figura 2.3.1 La tubería de concreto reforzada y no-

reforzada y la tubería de arcilla son claros ejemplos. La Figura 2.3.1 muestra la

diferencia en la manera en que las tuberías flexible y rígida responden a cargas.

Ambas, la tubería flexible y la rígida, requieren de un relleno apropiado, a pesar de que la interacción de la tubería/ relleno es discorde. Cuando la tubería flexible se flexiona, la carga es transferida hacia el relleno y transportada por él mismo. Sin embargo, cuando se aplican cargas a la tubería rígida, la carga es transferida a través de la pared de la tubería hacia el encamado. Para ambos tipos de materiales, el relleno apropiado es muy importante para permitir que esta transferencia de carga suceda. La

Figura 2.3.2 muestra la interacción de la tubería/ relleno y el correspondiente traslado de carga.

Figura 2.3.2

La tubería flexible ofrece significativos beneficios estructurales al diseñador del proyecto. En varias situaciones, una tubería flexible correctamente instalada puede ser enterrada a mucha mayor profundidad que una tubería rígida, por la interacción entre la tubería y el relleno.

La tubería rígida es generalmente más

resistente que el material de relleno que la rodea, en consecuencia, debe soportar cargas de tierra bastante más elevadas que la carga de prisma encima de la tubería. Por el contrario, una tubería flexible no es tan resistente como el relleno que la rodea. Esto moviliza el relleno para transportar la carga de tierra. La interacción entre la tubería flexible y el relleno es tan efectiva para maximizar las características estructurales de la tubería que permite que la tubería sea instalada a mucha mayor profundidad bajo tierra que la permitida para la tubería rígida, bajo idénticas condiciones de instalación.

RígidoFlexible

RígidoFlexible


CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN

Modulus = Esfuerzo Deformación

Deformación, ε

Esfuerzo, σ

2.4 LA NATURALEZA VISCO-ELASTICA DE LA TUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENO SADMX

La tubería flexible es fabricada tanto de plásticos como de metal. Los plásticos y metales, son sin embargo, tipos muy diferentes de material. Los metales muestran propiedades elásticas y los plásticos muestran características visco-elásticas, o variables, en función del tiempo Es esta diferencia la que es el origen de tanta confusión para entender la tubería corrugada de polietileno y su funcionamiento una vez instalada, en comparación con otros tipos de tubería flexible. Asumiendo que las características de los materiales visco-elásticos pueden ser analizadas aplicando las mismas técnicas utilizadas para material elástico, sin duda generará resultados confusos. Uno de los conceptos errados más comunes relativos a los plásticos, en forma especial el polietileno, es que estos pierden resistencia con el tiempo. Esta idea surge de la aplicación de un criterio y comportamiento elástico a un material visco-elástico. Cuando una tubería corrugada de polietileno es flexada o tensada, en laboratorio, la curva de esfuerzo contra la curva de tensión resultante, tiene un alto módulo inicial que casi inmediatamente empieza a disminuir. La Figura 2.4.1 muestra un diagrama de la relación esfuerzo/ tensión.

El módulo elástico o módulo de flexión como es comúnmente denominado para materiales visco-elásticos, es la relación entre el cambio en los niveles de tensión y esfuerzo. El módulo es inicialmente elevado, pero luego empieza a disminuir. La tubería aparenta requerir menos fuerza con el tiempo para mantener el mismo nivel de tensión. Si el material se comporta de acuerdo a los principios de elasticidad, podría describirse como una pérdida de resistencia. Sin embargo, el polietileno es visco-elástico y la deducción que el material está perdiendo resistencia sería errada.

Figura 2.4.1

Este concepto no es de poca importancia en lo que se refiere al polietileno. Con valores típicos de módulos de referencia a corto plazo (rápido) y a largo plazo de 110,000 psi (758 Mpa) y 22,000 psi (152 Mpa), respectivamente, los resultados del diseño serían muy diferentes. La pregunta de cual valor utilizar en el diseño, ciertamente mereció más atención, y proyectos de investigación se iniciaron para ganar mayor conocimiento sobre este tema.

La Universidad de Massachusetts ha diseñado un proyecto de investigación1 para tratar específicamente el efecto que el tiempo tiene sobre el módulo de polietileno. Una tubería corrugada de polietileno fue colocada en un marco que permitió la medición de esfuerzo y tensión bajo intervalos repetidos de carga, y por un periodo relativamente largo de tiempo. Se aplicó una carga a la tubería para crear un nivel inicial de Deflexión. La tubería reaccionó como se esperaba con un elevado módulo inicial el cual comenzó a disminuir casi inmediatamente. Con la tubería todavía flexada, el nivel de esfuerzo se incrementó. La tubería respondió otra vez con su módulo inicial el cual empezó a disminuir inmediatamente. Varios incrementos de carga adicionales fueron aplicados con la tubería respondiendo de la misma forma cada vez. Las representaciones gráficas de la respuesta de la tubería se muestran en la Figura 2.4.2.

La parte (c) de la Figura 2.4.2

muestra un módulo que parece disminuir con el tiempo. Sin embargo, el módulo que ocurre cada vez que se aplica una nueva carga, no importa cuando, se mantiene aproximadamente el mismo. Este


comportamiento no es indicativo de un material que está perdiendo resistencia.

Se condujo otra investigación para determinar cual valor, el valor a corto o largo plazo, debería ser utilizado en el diseño de materiales de tubería visco-elásticos. Esta investigación confirmó el resultado del estudio de la Universidad de Massachusetts. Se llegó a la conclusión que “Para cada nueva carga, el material siempre se comportará de acuerdo a su propiedad de resistencia a corto plazo, independientemente del tiempo que haya pasado desde la primera carga.”2

Figura 2.4.2 Ambos estudios muestran que el

material respondió con el módulo a corto plazo, sin considerar la edad de la instalación. No ocurrió pérdida de la resistencia del material con el tiempo. La aparente disminución en el módulo es evidencia de la naturaleza visco-elástica del polietileno. Fueron estos proyectos de investigación, conjuntamente con las aplicaciones actuales, las que llevaron a la CPPA a recomendar el uso de las propiedades de resistencia a corto plazo aun bajo condiciones a largo plazo.

Entonces, ¿por qué razón el esfuerzo disminuye cuando la tensión se mantiene constante? La respuesta está en la naturaleza visco-elástica del polietileno. Los materiales visco-elásticos muestran dos comportamientos relacionados con el tiempo, relajación de deslizamiento y relajación de

esfuerzo. La primera es el aumento de tensión bajo un esfuerzo constante. Es lo que causa que la tubería flexible se deflexione bajo la carga de suelos hasta que el sistema de tubería/ relleno se estabilice. La relajación de esfuerzos, por otra parte, es una disminución del esfuerzo bajo una tensión constante. Cuando el sistema de tubería/ relleno (o sistema de tubería/ aire en el laboratorio) se estabiliza, el esfuerzo empieza a disminuir casi en forma inmediata. Las relajaciones de deslizamiento y de esfuerzo se muestran en la Figura 5.

Def

orm

ació

n

Tiempo Tiempo

Esf

uerz

o

Esfuerzo, σ = ConstanteDeformación, ε = Constante

RELACION ENTRE LA DEFORMACIÓN Y EL ESFUERZO

Figura 2.4.3

EFECTOS PRODUCIDOS AL CARGAR REPETIDAMENTE TUBERÍAS DE POLIETILENO

Incremento del módulo a 60 segundos

c)

b)

TIEMPO (min.)

0

50

100

150

200

0.00.51.01.52.02.53.03.5

10-1 010 110 210 310 410 510

12001000800600400200

0

80

60

40

20

0

MO

DU

LO (1

000

psi)

MO

DU

LO (K

Pa)

DES

PLAZ

AM

IEN

TO (i

n)

DE

SPLA

ZAM

IEN

TO (M

M)

a)C

ARG

A (K

N/in

)

CAR

GA

(KN

/M)

TIEMPO (min.)

0

20

40

60

80

100105104103102101100

0

5

10

15

-110

La relajación de esfuerzo evita que los

niveles de esfuerzo se mantengan en niveles extremadamente elevados, y por lo tanto, juegan un papel muy beneficioso en el comportamiento de la tubería bajo tierra. La relajación de esfuerzo no ha sido cuantificada al punto en la cual pude ser utilizada en el diseño, pero descuidar sus efectos añade conservadurismo a la recomendación de utilizar el criterio de resistencia a corto plazo como un criterio que es apropiado y a la vez prudente para el polietileno. 2.5 CRITERIO SOBRE EL DISEÑO

El diseño de la tubería de polietileno de alta densidad de presión por gravedad requiere del conocimiento de las propiedades de la tubería, propiedades del material, condiciones de la instalación y cargas externas. Todos estos elementos se combinan para definir el comportamiento de la tubería instalada. Esta sección describe el criterio observado en la sección de Procedimiento del Diseño.


2.5.1 PROPIEDADES DE SECCION DE LA TUBERÍA

Al igual que en el diseño de otros

componentes estructurales, la geometría de la pared de la tubería influencia la manera en que esta funcionará en la estructura de tubería/ suelos (relleno). Las propiedades de la tubería que causas mayor preocupación son el momento de inercia del perfil de la pared (I), distancia desde el diámetro interior al eje neutral (c) y la sección transversal (AS).

La rigidez de la tubería (PS) es una medición de la flexibilidad de un largo determinado de tubería y es establecido en laboratorio mediante el cálculo de la fuerza requerida para flexionar la tubería 5% de su diámetro interior. El límite de 5% es arbitrario y, aunque es sustituido directamente en las ecuaciones del diseño, el PS es un control de calidad y no debe ser interpretado como un límite de la operación. Además, la tubería de polietileno puede flexionarse varias veces esta cantidad sin experimentar una curvatura reversa. En realidad, las especificaciones del producto

requieren que la tubería se deflexione por lo menos 20% de su diámetro interior sin sufrir esfuerzo estructural (Ver Tabla 2.5.1.1.).

2.5.2 PROPIEDADES DEL MATERIAL

El comportamiento de materiales visco-elásticos difiere del de materiales elásticos. Como resultado, la mecánica que define las propiedades del material elástico puede ser mal interpretada cuando es aplicada a materiales visco-elásticos. Por ejemplo, cuando el polietileno es sujeto a una fuerza constante, la curva de esfuerzo/ tensión resultante da la impresión que el material pierde resistencia con el tiempo.

Las pruebas efectuadas muestran que el polietileno no se debilita con el tiempo. La misma curva de esfuerzo/ tensión para el material puede ser duplicada en forma repetida con el tiempo. Lo que las pruebas no toman en consideración es la relajación de esfuerzos, la cual es una propiedad única de los visco-elásticos. La relajación de esfuerzos es el proceso mediante el cual el esfuerzo disminuye bajo una tensión constante.

Tabla 2.5.1.1 : Propiedades Representativas de Sección para Tubería Corrugada de Polietileno de Alta Densidad, en

cumplimiento a las regulaciones de AASHTO M252 y M294.

Diámetro Interior

Pulg. (mm)

Diámetro Exterior

Pulg. (mm)

Rigidez Mínima de la Tubería a una Defección del 5%

pii (kPa)

Área de Sección Pulg.2/Pulg. (mm2/mm)

Distancia del Diámetro Interior al Axis Neutral (Pulg.

(mm)

Momento de Inercia

Pulg.4/Pulg. (mm4/mm)

ID OD PS AS C Inercia

4 (100) 4.6 (117) 35 (241) 0.0568 (1.443) 0.1917 (4.869) 0.0007 (11.47)

6 (150) 7.0 (178) 35 (241) 0.0837 (2.126) 0.3158 (8.021) 0.0033 (54.08)

8 (200) 9.9 (251) 35 (241) 0.1044 (2.652) 0.4345 (11.036) 0.0087 (142.57)

10 (250) 11.9 (302) 35 (241) 0.1117 (2.837) 0.5319 (13.510) 0.0185 (303.16)

12 (300) 14.0 (356) 50 (344) 0.1250 (3.175) 0.6250 (15.875) 0.0240 (393.29)

15 (375) 17.7 (450) 42 (289) 0.1592 (4.044) 0.8750 (22.225) 0.0530 (868.51)

18 (450) 21.1 (536) 40 (276) 0.1950 (4.953) 0.8510 (21.615) 0.0620 (1016.00)

21 (525) 24.5 (622) 38 (262) 0.2820 (7.163) 0.6300 (16.000) 0.1220 (1999.22)

24 (600) 27.5 (699) 34 (235) 0.2617 (6.647) 1.1340 (28.804) 0.1160 (1900.90)

30 (750) 34.1 (866) 28 (193) 0.3267 (8.298) 1.3500 (34.290) 0.1630 (2671.09)

36 (900) 41.0 (1041) 22 (152) 0.3750 (9.525) 1.6500 (41.910) 0.2220 (3637.93)

42 (1050) 48.0 (1219) 20 (138) 0.3906 (9.921) 1.7800 (45.212) 0.5742 (9409.45)

48 (1200) 54.0 (1372) 17 (117) 0.4294 (10.902) 1.8600 (47.244) 0.6919 (11338.21)


En otras palabras, una tubería que es mantenida en una posición de Deflexión, inicialmente experimentará niveles de esfuerzo relativamente elevados que luego disminuyen rápidamente.

Una Deflexión adicional ocasiona una

respuesta similar: los niveles de esfuerzo aumentan y luego rápidamente disminuyen. Este fenómeno ha sido documentado en los laboratorios de la Universidad de Massachusetts. Las pruebas efectuadas mostraron que cuando la tubería se mantuvo en una posición de Deflexión, el módulo parecía disminuir. Sin embargo, cuando la Deflexión se aumentaba, la tubería respondía otra vez con un módulo mucho mayor.

Como resultado de la relajación de esfuerzos, los esfuerzos reales máximos son significativamente menores que los que se calcularían. Por esta razón, el uso del módulo de elasticidad a corto plazo, (E), de 110,000 psi (758,500 kPa) y la resistencia a la tensión de 3,000 psi (20,700 kPa) es apropiada para este procedimiento de diseño. (Nota: la resistencia a la tensión es utilizada no obstante que, en aplicaciones no presurizadas, las fuerzas predominantes de la pared son compresivas. Las pruebas para determinar la resistencia compresiva máxima del polietileno han sido hasta la fecha, inconcluyentes debido a la falta de un punto definido de falla o límite. Sin embargo, el Manual de Diseño de Plásticos Estructurales ASCE indica “Una regla general es que la resistencia compresiva de los plásticos es mayor que la resistencia a la tensión”. El uso de la resistencia a la tensión en el diseño en lugar de la más apropiada resistencia a la compresión, da resultados conservadores y ha sido aceptado por años por varias agencias. Manuales y Reportes ASCE sobre Prácticas de Ingeniería No. 63, SCE: NY, NY, 1984, p. 163). 2.5.3 CONDICIONES PARA LA

INSTALACION Y FACTORES DE SUELOS

El funcionamiento estructural de la

tubería depende de la interacción entre el

encamado, o relleno inicial y la tubería, y es comúnmente referida como la interacción de suelos/ tubería. El relleno inicial debe proporcionar características estructurales y de drenaje apropiados para la aplicación. La consideración estructural del relleno incluye las dimensiones del relleno inicial y el tipo de material y el nivel de compactación. La información aquí presentada es, con pocas excepciones, consistente con los requerimientos establecidos en ASTM D2321, “Práctica Recomendada para la Instalación Subterránea de Tubería de Termoplástica para Desagüe”. En situaciones en las cuales esta información difiere con ASTM D 2321, la especificación tiende a ser más conservadora. La información es también consistente con CAN/CSA B 182. 11-95, “Práctica Recomendada para la Instalación de Drenaje Termoplástico, Tubería para Colección de Aguas Pluviales y Accesorios.” 2.5.3.1 Dimensiones de la Envoltura de

Relleno- Ancho de zanja

El ancho de la zanja depende del diámetro de la tubería, material de relleno y el método de compactación. Los anchos de zanja no deben ser mayores que las que se necesitan para la adecuada instalación de la tubería, debido a que las zanjas demasiado anchas ocasionan costos innecesarios. En forma práctica, los tamaños de cubos de excavadora estándares o las dimensiones del entibado de zanja pueden también ser factores a considerarse en la decisión.

En aplicaciones actuales, el ancho de

la zanja puede también ser influenciada por el equipo que el contratista tiene disponible. Por lo tanto, anchos típicos son dos veces el diámetro nominal, pero no mayores que el diámetro nominal más 2’(0.6m), como se ve en la Figura 2.5.3.1.

En forma específica se tiene que los anchos típicas de zanja para tuberías de 12” (300 mm) o mayores son el doble del diámetro nominal pero no mayores al diámetro nominal más 2’ (0.6 m). Este ancho es generalmente suficiente para que el material de relleno fluya en cualquiera de los lados de la tubería y es también lo


suficientemente ancho para varios tipos de equipo de compactación, de ser estos requeridos. Si este ancho de zanja no es adecuado para los materiales y métodos propuestos, una zanja de mayor ancho que permita una instalación apropiada, deberá ser construida. De 0.2 m en cualquiera de los lados de la tubería es el ancho mínimo de zanja aceptable para esta gama de tamaños cuando no se precise de equipo de compactación.

Figura 2.5.3.1

Los anchos de zanja para tuberías de menor tamaño a menudo se determinan por el tamaño de cubo disponible para la excavadora y en varios casos puede exceder el doble del diámetro de la tubería. A fin de economizar y de mantener la integridad estructural, es mejor mantener el ancho de la zanja en perspectiva con relación al diámetro de la tubería.

Un concepto comúnmente errado es que se precisa de zanjas muy anchas para tuberías flexibles. Las zanjas anchas son no solamente caras de excavar y rellenar con material de relleno, sino que pueden también disminuir la integridad estructural del sistema de tubería/ relleno. Años de consolidación crean un suelo nativo bastante estable. El propósito es destruir al mínimo posible dicha estabilidad al excavar la zanja. Estudios efectuados en Europa han demostrado que paredes estables de zanja aumentan la integridad estructural del sistema cuando la zanja es relativamente angosta, aunque este beneficio es a menudo relegado durante el diseño.

Zanjas demasiado anchas también requieren de mayor cantidad de relleno y mayor compactación, lo cual podría no

formar una estructura tan estable como el material nativo imperturbado, aun si han sido cuidadosamente construidas.

A medida que le ancho de la zanja se aproxima a cinco veces el diámetro de la tubería, no existe influencia – buena o mala – de las paredes de la zanja. Aun más, se puede precisar de zanjas anchas cuando el material nativo no es capaz de soportar cargas, pero se debe evitar si el material nativo de una calidad razonable.

W = 2D, W < D+0.6m

W

2.5.3.2 Material y Compactación

La combinación del tipo de material (arena, grava, arcilla o mezclas, etc.) y nivel de compactación (densidad estándar Proctor) determina la resistencia global del relleno. Como regla general, partículas de material que son relativamente grandes y angulares requieren de un esfuerzo de compactación menor a fin de producir estructuras con igual resistencia que las partículas que son de menor tamaño y más redondeadas. La resistencia del relleno es a menudo denominado el “módulo de reacción de suelos” o a veces “módulo de suelos”. Se representa en ecuaciones mediante el término E’. La Tabla 2.5.4.1.1 presenta los valores E’ que resultan de diferentes materiales y niveles de compactación. Esta información se basa en datos generados por el Bureau of Reclamation.

D

Se debe considerar para relleno el

material disponible localmente, incluyendo suelos nativos Si estos cumplen con los criterios de la Tabla 2.5.4.1.1 entonces son un material aceptable y deberían ser utilizados para minimizar costos de material y de transporte. El fabricante de la tubería podrá asimismo proporcionar asesoramiento con relación a la conveniencia de ciertos materiales.

La compactación mecánica no es siempre necesaria; algunos materiales de relleno pueden ser amontonados y luego trabajados con pala hacia el lugar, mientras otros pueden cumplir con requerimientos mínimos de compactación simplemente siendo caminados por encima. Por otra


parte, la compactación mecánica puede efectuar la colocación de algunos materiales de relleno más rápidamente y crear el nivel requerido de soporte para la tubería.

Otra de las propiedades de suelos

utilizadas en el diseño, el factor de forma (Df), es una función de la rigidez de la tubería, tipo de material de relleno y nivel de compactación. Este factor es utilizado en las ecuaciones de esfuerzo de flexión y de tensión de flexión.Colocación del Relleno

Una envoltura de relleno correctamente construida requiere de una apropiada colocación del material. Refiérase a la Figura 2.5.4.1 para una descripción pictórica de la terminología del relleno.

Figura 2.5.4.1

Relleno Tipo

Puede considerarse que la envoltura de relleno tiene zonas específicas, cada una de las cuales con un propósito específico. • El encamado proporciona una base

uniforme para asegurar que el grado se mantiene y que cargas pueden ser distribuidas en la fundación.

• El acostillado se extiende desde el encamado a la línea de resorte o punto medio.

• Esta sección del relleno funciona primeramente mediante la resistencia a cargas aplicadas.

• El relleno inicial, situado por encima de la línea de resorte hasta un punto al menos 6” (0.15 m) encima de la corona, soporta cargas en cualquier lado de la tubería.

• El relleno final ayuda a distribuir cargas aplicadas a la superficie. La altura de las áreas iniciales y finales de relleno deben estar al menos 1’(0.3 m) encima de la corona de la tubería en instalaciones que incluyen cargas máximas de AASHTO H-20 o HS-25.

El encamado, acostillado y relleno inicial

proporcionan resistencia al sistema. Ellos deben consistir en un material apropiado de relleno y ser compactado, de ser así requerido. Los rellenos finales no proporcionan soporte directo a la tubería; generalmente puede consistir de material de zanja excavado u otro material apropiado para las cargas esperadas.

Encamado0.1m

Punto medio de la tubería o EcuadorAcostillado

Rellenoinicial

0.3 m

Relleno final0.15m min

Leyenda:Suelo natural

Relleno clase I, II o II

2.5.3.3 Encamado

Unas cuantas pulgadas (0.1 m) de encamado se deben colocar y compactar en el cimiento a fin de igualar las distribuciones de carga a lo largo del invertido de la tubería. La tubería puede ser colocada en el encamado y luego acostillada. Aunque no es común, un encamado que se ajuste al exterior de la tubería puede también ser usado.

La constante del encamado (K), es un coeficiente que considera el soporte del encamado proporcionado a la tubería. Es una función del ángulo del encamado. Muy comúnmente, un valor de 0.1 es utilizado. La Figura 8 y Tabla 2.5.4.1.1 proporcionan detalles adicionales sobre los valores apropiados para constantes de encamado alternativas.


Tabla 2.5.4.1.1: Clase y Calidad del Relleno.-

Material del Encamado E', psi (kPa) para el grado de

compac. del Encamado ASTM D2321 ASTM D2487

Clase Descripción Notación Descripción

AASHTO M43

Notación

Dens. Min. Estándar

Proctor % Profundidad Cargado

Mínimo < 85%

Moderado 85% - 95%

Máximo > 95%

IA

"Open-graded" Agregados Fabricados

limpios

N/A Piedra o roca angular triturada Grava triturada “slag” triturado

IB

"Dense-graded" Agregados Procesados Fabricados

limpios

N/A Piedra angular triturada o otro material clase 1A, y mezclas de piedra y arena con poco o sin finos

5 56

Descargado 18" (0.45m)

1000 -6,900

3000 -20,700

3000 -20,700

3000 -20,700

GW Grava Preseleccionada Mezclas de grava/arena con poco o sin finos

GP Grava mal Preseleccionada Mezclas de grava/arena con poco o sin finos

SW Arena Preseleccionada Arena gravada con poco o sin finos

II Suelos limpios y

Granulados

SP Arena mal preseleccionada Arena gravada con poco o sin finos

57 ó 67

85% 12" (0.30m)

N/R 1000 -6,900

2000 -13,800

3000 -20,700

GW Grava silty Mezclas de grava/arena/silt

GC Gravas arcillosas Mezclas de grava/arena/silt

SM Arena silty Mezclas de arena/silt

III Suelos finos

SC Arenas arcillosas Mezclas de Arena y arcilla

Grava y arena Con <10% de Finos

90% 9" (0.20m)

N/R N/R 1000 -6,900

2000 -13,800

ML Silts inorgánicos y arenas muy finas Rocas harinosas Arenas finas silty o arcillosas silts con alguna Plasticidad IV Suelos finos

Inorgánicos CL Arcillas inorgánicas de

baja o media Plasticidad Arcillas silty o Arenosas

N/R N/R N/R 1000 -6,900

MH Silts inorgánicos Suelos de arena fina Suelos elásticos IVB

Suelos finos Inorgánicos

CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad

OL Silts orgánicos y arcillas silty orgánicas de baja Plasticidad

OH Arcillas orgánicas de media a alta Plasticidad Silts orgánicos

V

Suelos orgánicos o suelos

Altamente Orgánicos

PT Otros suelos altamente orgánicos

N/R N/R N/R N/R

uberías… somos la mejor opción. Pagina No. 24

Figura 2.5.4.1.1

La profundidad de la zanja es dictada por la geografía del lugar y la inclinación de tubería requerida.

Encamado

Acostillado

Angulo de encamado

Sin embargo, si no se dispone de un

cimiento adecuado para la tubería a la profundidad deseada, se podría requerir de trabajos de excavación adicionales. Salientes de rocas, sólidos demasiado blandos como ser estiércol húmedo y otros materiales similares no proporcionan el soporte adecuado.

θ

SADMX, En T

Tabla 2.5.4.1.2 : Valores Constantes del Encamado

Estos deben ser retirados y

reemplazados con un material granular adecuado. Refiérase también a la Figura 2.5.4.1.2. 2.5.3.4 Acostillado

El área siguiente del relleno, el acostillado, es de gran importancia debido a que proporciona el soporte primario para cargas de suelos y de tráfico. El acostillado debe ser colocado en niveles o capas, en forma uniforme en ambos lados de la tubería para una construcción óptima, como se recomienda en la Tabla 2.5.4.1.2. Apisone para obtener la compactación especificada o utilice una pala en el área, eliminando vacíos, si el material no requiere de compactación. La construcción de cada nivel debe repetirse hasta la línea de resorte.

Figura 2.5.4.1.2

2.5.3.5 Relleno Inicial

El relleno inicial se extiende desde la línea de resorte hasta un mínimo de 6” (0.15m) por encima de la corona de la tubería. Esta área del relleno sujeta la tubería y asegura que las cargas estén distribuidas en la forma más pareja posible en el acostillado. Cuando se utiliza

un material que requiere de compactación, es importante evitar el uso del equipo directamente sobre la tubería misma. Angulo del

Encamado 2.5.3.6 Relleno Final

El relleno final se extiende desde la capa de relleno inicial un mínimo de 6” (0.15m) hacia la superficie del suelo. No soporta la tubería en forma directa, pero juega un papel importante al permitir que la carga se distribuya sobre la tubería. Una compactación adecuada en esa área no es tan crítica para la tubería como en otras áreas del relleno. Sin embargo, si caminos o rutas cruzarán por encima de la tubería, un nivel relativamente alto de compactación se requerirá para evitar la sedimentación del pavimento. En la mayoría de las instalaciones, los materiales excavados serán de una calidad adecuada para relleno final. 2.5.4 CARGAS

La carga se considera ya sea carga viva (en movimiento) o carga muerta (estática). Las cargas vivas cambian en posición de magnitud, mientras las cargas muertas se mantienen relativamente constantes a lo largo de la vida de diseño del sistema de drenaje. Las cargas vivas más comúnmente utilizadas en aplicaciones de tubería son cargas vehiculares, generalmente de camiones o aeroplanos. La carga de suelos es a menudo la única carga muerta a considerarse; sin embargo, las cargas de cimiento y las condiciones de aguas subterráneas deberán considerarse en el diseño, si es apropiado.

Las cargas se consideran carga viva (en movimiento) o carga muerta (estática). La carga viva más comúnmente considerada en aplicaciones de tubería son cargas vehiculares, usualmente de camiones, trenes o aeronaves. La carga de suelos es a menudo la única carga muerta a considerarse; sin embargo, cargas de fundación y efectos de aguas subterráneas deben ser considerados en el diseño cuando sea oportuno.

Grados

Valores Constantes

del Encamado

0 0.11

30 0.11

45 0.11

60 0.10

90 0.10

120 0.09

180 0.08

Relleno aceptableD

3DMax D + 4' (D + 1.2m)

cimentación blanda

2'' (0.6m) +12'' (0.3m) Min0.75D Max

D + 12'' (D + 0.3m)piedra o material rocoso

D


En instalaciones bajo tierra poco profundas, el efecto del movimiento de rodamiento del vehículo debe ser considerado. Puede ser necesario aumentar la fuerza estática del vehículo por un “factor de impacto” en profundidades menores a 3’ (1 m). Las cargas vehiculares y otras cargas puestas en la superficie disminuyen en intensidad con aumento de profundidad. La típica carga vehicular ASHTO H-20 o HS-20 puede no observarse en aplicaciones donde la profundidad a la corona de la tubería es de 8’ (2.4 m) o mayor.

El efecto combinado de la carga del prisma y del tráfico vehicular es típica. La Figura 10 muestra cada componente de la carga y los efectos combinados bajo una variedad de profundidades.

Figura 2.5.5.1 2.5.4.1 Cargas Vivas (WL)

Las cargas vehiculares son típicamente basadas en la configuración AASHTO H-20, Figura 2.5.5.1.1, las cuales representan un camión de 20 toneladas (18.2 toneladas métricas) con una carga de eje de 32,000 lb. (14,500 Kg.). En forma similar en aplicaciones ferroviarias, la carga se representa por la configuración Copper E-80 a 80,000 lb./pie (119,300 Kg./m) de vía.

En aplicaciones donde la tubería está

enterrada a nivel relativamente poco profundo, puede experimentar una fuerza adicional de la moción rotatoria del vehículo. A fin de considerar esta fuerza adicional, la carga estacionaria vehicular es multiplicada por un “factor de impacto”.

Figura 2.5.5.1.1.

W = Peso Total del camión de carga

32,000 lbs (14,500 kg)

8,000 lbs (3,630 kg)

Para cargas en carreteras, AASHO

establece una gradación de factores de impacto de una profundidad bajo tierra de 1.3 a aproximadamente 1” (0.3) bajo 3’ (1m). El impacto tiene una influencia insignificante en profundidades superiores a 3’ (1m).

Carga H-20

Carga del suelo

Carga total

Unidad de Carga, lb/ft 2

Unidad de Carga, N/m2

Altur

a de l

a cub

ierta

supe

rior d

e la t

uber

ía, ft

Altur

a de l

a cub

ierta

supe

rior d

e la t

uber

ía, m

4500 9600 14400 19200 24000 28800 33600 38400 43200 46000 52800 57600 62400 67200 72000 76800 81600 86400 91200 76800

2.4

2.1

1.8

1.6

1.3

1.0

0.6

0.3

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Las cargas de aeroplanos varían

ampliamente en magnitud y distribución. Se deberá contactar al fabricante de la aeronave para obtener especificaciones más detalladas.

Algunos vehículos de construcción podrían afectar en forma temporal aunque severa, la consideración de carga viva. La magnitud y distribución de la carga deberá ser evaluada. El amontonamiento y compactación de una capa por encima de la tubería cuando sea necesario, y luego su nivelación siguiendo la construcción podría ser justificable en situaciones donde la tubería tiene baja profundidad bajo tierra. En general, para equipo de entre 30 a 60 toneladas (27.3 y 44.5 toneladas métricas) con distribuciones de peso similares a la configuración H-20, un mínimo de 2’ (0.6 m) de profundidad es necesaria. Cargas más elevadas requerirán un mínimo de 3’ (1 m) de profundidad. 2.5.4.2 Cargas Muertas Carga de Suelos (WC)

La carga de suelos es calculada en este procedimiento de diseño utilizando la carga de prisma, la cual a veces es


denominada carga de columna, siendo definida como el peso del prisma del suelo directamente encima el diámetro exterior de la tubería, como se muestra en la Figura 2.5.5.2.1. En realidad, la carga de columna es parcialmente suspendida encima de la tubería por fricción y cohesión con las columnas de suelos adyacentes.

Este método es bastante conser

Figura 2.5.5.2.1

utilizan

cuación 1-1

C = H γs OD

vador para el cálculo de cargas de suelos en tuberías corrugadas de polietileno instaladas en zanja o terraplén, ya que se ha mostrado como la carga máxima de suelos que la tubería podría experimentar, cuando en realidad la carga actual es significativamente menor que la carga de prisma debido a la fricción y cohesión entre partículas de suelos.

La carga de prisma se calcula do la Ecuación 1-1 o 1-1(a), de la

siguiente manera: E W

onde:

C = carga de prisma, lb/pulgada linear

H = de enterramiento hasta

el suelo, pcf

la tubería,

, en unidades métricas

cuación 1-1 (a)

C = (9.81 x10-6)H γs OD

C = carga de prisma, N/mm linear de

H = dad de enterramiento hasta

γS = ría, mm

argas de Cimientos.-

144 D W

de tubería profundidadla parte superior de la tubería, pies

γS = densidad dOD = diámetro externo de

pulgadas

O

E W W

tubería profundila parte superior de la tubería, m densidad del suelo, kg/m3

OD = diámetro externo de la tube C

Algunas instalaciones de tuberías se encue

ntran por debajo o cerca de cimientos. Esta contribución de carga debe ser añadida a la carga de prisma antes de proceder con el proceso de diseño. Los textos sobre la mecánica de suelos incluyen procedimientos para determinar los efectos de cargas de cimientos a una distancia especificada lejos del punto de aplicación. 2.6 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

El diseño de la tubería corrugada de poliet

referencia a áreas donde la

.6.1 DEFLEXIÓN

La deflexión es el cambio en el diámet

Carga de prisma

ileno en aplicaciones no presurizadas incluye el cálculo de la deflexión, esfuerzo y tensión de flexión y pandeo. El criterio para la tubería, condiciones de instalación y cargas se requieren para este procedimiento. Un alto grado de conservadurismo es incorporado al método a través de suposiciones tales como el uso de la carga de prisma y la no-consideración de la relajación de esfuerzo. También son utilizados factores de seguridad apropiados. El procedimiento emplea ecuaciones idénticas o muy similares a aquellas utilizadas para otros tipos de tubería flexible. Se haceinformación requerida puede ser obtenida. 2

ro interior que resulta cuando se aplica una carga a una tubería flexible. Cuando las deflexiones son pequeñas, como ocurre en la mayor parte de las instalaciones de tubería, la reducción en el diámetro


vertical es aproximadamente el mismo que el aumento en el diámetro horizontal. En el diseño de la tubería, es la dimensión vertical la que es de mayor preocupación. La deflexión vertical es generalmente limitada a 7.5% del diámetro interior de la base; el cual es el diámetro nominal menos las tolerancias de fabricación y deformaciones circunferenciales inherentes al proceso de fabricación. Este nivel de deflexión es altamente conservador y aun así proporciona un factor de seguridad de aproximadamente 3 contra curvatura reversa. Este límite es también usado en el diseño de otra tubería termoplástica y ha sido incorporado en varias especificaciones de productos.

La rigidez de la tubería (PS), cargas muerta

cuación 1-2

Y = K(DLWC +WL)

s (Wc) y cargas vivas WL) y las condiciones de relleno (E’) se precisan a fin de predecir la deflexión. Utilice la ecuación modificada Iowa [Ecuaciones 1-2 o 1-2(a)] para calcular la deflexión. E Δ

0.061E’

onde:

y = deflexión, pulgadas encamado,

DL = eflexión desplazado,

m Wc = e prisma en la tubería,

, lb/pulgada linear de

= tabla s/ norma ASTM) D ría,

PS = la tubería, pii (Tabla

E’ = e reacción de suelos, psi


Y = 1000K(DLWC +WL)

0.149PS + D ΔK = constante de

adimensional factor de dadimensional: 1.0 cuando se utiliza la carga de pris acarga dlb/pulgada linear de tubería (Ecuación 1-1)

WL = carga vivatubería OD-(ver

O = diámetro exterior de la tubepulgadas rigidez de2.5.1.1) módulo d(Tabla 2.5.4.1.2)

O Δ

y = deflexión, mm e encamado,

DL = eflexión desplazado,

Wc =

N/mm linear de tubería

D m

E’ = e reacción de suelos, kPa

.6.2 PANDEO

El potencial para pandeo de pared es determ

cuación 1-3

resión Crítica de Pandeo

CR = 0.772

0.149PS + 0.061E’ Donde: ΔK = constante d

adimensional factor de dadimensional: 1.0 cuando se utiliza la carga de prisma carga de prisma en la tubería, N/mm linear de tubería (Ecuación 1-1a)

WL = carga viva, = OD-(valor normalizado s/ASTM) O = diámetro exterior de la tubería, mPS = rigidez de la tubería, kPa (Tabla

2.5.1.1) módulo d(Tabla 2.5.4.1.2)

2

inado por las condiciones de enterramiento (E) y la rigidez de la tubería (PS). La presión crítica de pandeo obtenida por la Ecuación 1-3 o 1-3(a) debe ser mayor que la presión actual obtenida por la Ecuación 1-4 o 1-4(a). E P P [E’PS]1/2

onde:

CR = presión crítica de pandeo, psi s, psi

PS = bería, pii (Tabla

ν = e de Poisson,

SF =


SF [ 1-ν2] D PE’ = módulo de reacción de suelo

(Tabla 2.5.4.1.2) rigidez de la tu2.5.1.1) Coeficientadimensional, 0.4 para polietileno Factor de seguridad, 2.0

O


Ecuación 1-3(a)

CR = 0.772 P [E’PS]1/2

1-ν2

onde:

CR = presión crítica de pandeo, kPa kPa

e la tubería, kPa (Tabla

Coeficiente de Poisson,

resión Actual de Pandeo

cuación 1-4

v = Rw H γ

SF [ ] D PE’ = módulo de reacción de suelos, (Tabla 2.5.4.1.2) PS = rigidez d2.5.1.1) ν = adimensional, 0.4 para polietileno SF = Factor de seguridad, 2.0 P E P s + γw Hw + WL 144 144 OD

onde:

v = presión actual de pandeo, psi agua,

= erramiento hasta

de suelos, pcf

2.4 pcf ea,

WL = lb/pulgada linear de

= lor s/normas) la tubería,


cuación 1-4(a)

v = 0.00981[(Rw H γs) + (γw Hw)] +

D PRw = factor de flotabilidad del

adimensional 1-0.33(Hw/H)

H = profundidad de entla parte superior de la tubería, pies

γs = densidadγw = peso unitario del agua, 6Hw = altura del agua subterrán

encima de la parte superior de la tubería, pies carga viva, tubería OD - (Va

OD = diámetro externo de pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

O E P1000WL OD

presión actual de pandeo, kPa gua,

adimensional

H = enterramiento hasta la tubería, m

γw = 3 rránea,

WL = , N/mm linear de tubería

or s/normas)

3

del esfuerzo de flexión y nsión asegurará que se encuentren dentro

de la

2Df E Δy yo SF

Donde: Pv = Rw = factor de flotabilidad del a

= 1-0.33(Hw/H) profundidad dela parte superior de

γs = densidad de suelos, kg/m3 peso unitario del agua, 1000kg/m

Hw = altura del agua subteencima de la parte superior de la tubería, m carga viva

= OD -(ValOD = diámetro externo de la tubería, mm 2.6. FLEXIÓN

Un controlte

capacidad del material. Para el polietileno, el esfuerzo de flexión no deberá ser mayor a 3,000psi (20,700 kPa) y la tensión de flexión no deberá exceder 5%. El esfuerzo de flexión y tensión puede encontrarse con las ecuaciones 1-5 0 1-5(a) y 1-6 o 1-6(a), respectivamente. Esfuerzo de Flexión Ecuación 1-5 σB =

Dm2

, psi ctor de forma, adimensional

10,000 psi -2)

de ás

=

Donde: σB = esfuerzo de flexiónDf = faE = módulo de elasticidad, 1Δy = deflexión, pulgadas (Ecuación 1Yo = distancia del centroide de la pared

la tubería a la superficie m alejada de la tubería, pulgadas el mayor de OD-Dm o Dm-ID

2 2 tubería,

Dm = la tubería,

c = esde la superficie interior al o (Tabla 2.5.1.1)

O, en u

OD = diámetro exterior de la pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

ID = diámetro interior de la tubería, pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad 1.5 media del diámetro depulgadas

= ID + 2c distancia deje neutr

nidades métricas


Ecuación 1-5(a)

E Δy yo SF σB = 2Df

Dm2

, kPa ctor de forma, adimensional

8,500 kPa ]

ás

=

Donde: σB = esfuerzo de flexiónDf = faE = módulo de elasticidad, 75Δy = deflexión, mm [Ecuación 1-2 (a)Yo = distancia del centroide de la pared de

la tubería a la superficie m alejada de la tubería, mm el mayor de OD-Dm o Dm-ID

2 2 D a, mm

bla 2.5.1.1)

Dm = etro de la tubería,

c = cia desde la superficie interior tro Tabla 2.5.1.1)

Tensió

Yo SF

O = diámetro exterior de la tuberí(Ta

ID = diámetro interior de la tubería, mm (Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad 1.5 media del diámmm

= ID + 2c distanal eje neu

n de Flexión

Ecuación 1-6 εB = 2Df Δy

Dm2 Donde: εB = teB nsión de flexión, pulgadas/

pulgadas

Δy = pulgadas (Ecuación 1-2) de la

e

=

Df = factor de forma, adimensional deflexión,

Yo = distancia desde el centroide pared de la tubería a la superficimás alejada de la tubería, pulgadas el mayor de OD –Dm o Dm –ID 2 2

ería, ulgad (Tab 2.5. )

Dm = la tubería,

c = de la superficie interior al o, pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

SF

OD = diámetro exterior de la tubp as la 1.1

ID = diámetro interior de la tubería, pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad, 1.5 media del diámetro de pulgadas

= ID + 2c distancia eje neutr

O, en unidades métricas

Ecuación 1-6(a) εB = 2Df Δy Yo

Dm2 Donde: εB = B tensión de flexión, mm/mm

f = factor de forma, adimensional (a)]

de la cie

=

DΔy = deflexión, mm [Ecuación 1-2Yo = distancia desde el centroide

pared de la tubería a la superfimás alejada de la tubería, mm el mayor de OD –Dm o Dm –ID 2 2

D mm

Dm = etro de la tubería,

c = cia de la superficie interior al o, mm (Tabla 2.5.1.1)

O = diámetro exterior de la tubería,(Tabla 2.5.1.1)

ID = diámetro interior de la tubería, mm (Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad, 1.5 media del diámmm

= ID + 2c distaneje neutr

.7 LIMITES MINIMOS Y MAXIMOS DE 2PROFUNDIDAD

El procedimiento de diseño descrito en

sección previa puede ser moroso y puede propo

APLICACIONES DE TRÁFICO

tráfico argas AASHTO H-20) deben tener un

mínimo

larcionar un nivel innecesariamente

elevado de especificaciones para muchas de las instalaciones. La información en esta sección está diseñada para proporcionar de forma mucho más rápida, respuestas a las preguntas relativas a profundidades más comunes Las dos preocupaciones típicas son profundidad mínima en áreas de tráfico y profundidades máximas de enterramiento. Ambas pueden considerarse situaciones “graves” desde el punto de vista de la carga. 2.7.1 PROFUNDIDAD MINIMA EN

Las tuberías en áreas de

(c de 1’ (0.3m) de profundidad por

encima de la corona de la tubería. En teoría,


la tubería puede ser enterrada con una profundidad un poco menor, pero las variables de la aplicación son tales que 1’ (0.3 m) es el límite conservador.

La envoltura del relleno debe roporcionar un valor E mínimo de 1,000psi

(6900

a veces r incluida como parte de la profundidad

mínima

no Clase III Compactado a Densidad Proctor Estándar de 90%

ínimas aquí presentadas han sido calculadas en base a un material de relle

siderada n el procedimiento de diseño, lo que

resulta

ugada de Polietileno ad.-

Las cargas de carreteras tienen un

efecto casi imperceptible en enterramientos profundos. Los límites máximos de profundidad para tubería corrugada de polietileno se muestran en la Tabla 2.7.2.1 para una variedad de condiciones de relleno. Esta Tabla fue desarrollada en base a las propiedades de la Tabla 2.5.4.1.2

pkPa). En la Tabla 2.7.1.1, esta

condición se representa por un material Clase III compactado a una densidad estándar Proctor de 90%, aunque otro material puede proporcionar una resistencia similar a niveles de compactación levemente menores. El material de relleno estructural debe extenderse 6” (0.15 m) por encima de la corona de la tubería; el restante 6” (0.15 m de) de profundidad bajo tierra debe ser el apropiado para la instalación. En el caso que la sedimentación fuese un problema, podría ser apropiado el extender el relleno estructural. En el caso de pavimentación, se puede utilizar material sub-base.

La capa de pavimento puede se

. En estas situaciones, el equipo de la carga de pavimentación y la cantidad de cubierta sobre la tubería deberá ser considerado a fin de determinar si la carga resultante puede ser soportada por el sistema de la tubería/ relleno.

Sobre la base de Relle

y Carga AASHTO H-20. Nota.- Las profundidades m

no estructural mínimo de 6” (0.15 m) por encima de la corona de la tubería con una capa adicional de suelos nativos compactados para una profundidad total, como se muestra. En instalaciones de tráfico poco profundas, especialmente en la presencia de pavimento, sería más adecuado el uso de un material compactado de buena calidad, a fin de evitar la sedimentación de la superficie. 2.7.2 PROFUNDIDAD MAXIMA

La carga de prisma fue cone

en límites máximos de profundidad bastante conservadores.

Tabla 2.7.2.1: Requisito Mínimo de Profundidad bajo Tierra para Tubería Corr

de Alta Densid Diámetro Cubierta

Interior Mínima Pulg. (mm) Pies (m)

ID H

4 (100) 1 (0.3)

6 (150) 1 (0.3)

8 (200) 1 (0.3)

10 (250) 1 (0.3)

12 (300) 1 (0.3)

15 (375) 1 (0.3)

18 (450) 1 (0.3)

21 (525) 1 (0.3)

24 (600) 1 (0.3)

30 (750) 1 (0.3)

36 (900) 1 (0.3)

42 (1050) 1 (0.3)

48 (1200) 1 (0.3)

2.8 SENSIBILIDAD DE LA INSTALACION

La instalación correcta es de gran importancia para toda tubería flexible y rígida, y SADMX deberán promover la correcta instalación de sus productos y proporcionar información a fin de ayudar al Ingeniero a asegurar que la tubería sea instalada correctamente. Mientras cada tipo de tubería puede operar de manera algo diferente con el relleno, el soporte proporcionado por el relleno es crítico para la operación a largo plazo de todos los productos. Simplificaciones importantes o desviaciones de los parámetros de diseño muy probablemente serán de cuidado.


TabCondicion

la 2.7.1.1 : es de relleno

.-

Condiciones del Relleno

E' 1000 psi E' 2000 psi (6,900 kPa) (13,800 kPa)

Diámetro Interior

Pulg. (mm)

Clase III (SM) 90% Densidad

Proctor Estandard

Clase II (GW) 90% Densidad

Proctor Estandard

E' 3000 psi (20,700 kPa)

Clase I

4 (100) 28 (8.5) (20.1) 66 118 (36.0)

6 (150) 26 (7.9) 60 (18.3) ) 108 (32.9

8 (200) 20 (6.1) 47 (14.3) 83 (25.3)

10 (250) 25 (7.6) 58 (17.7) ) 105 (32.0

12 (300) 29 (8.8) 68 (20.7) ) 116 (35.4

15 (375) 25 (7.6) 58 (17.7) ) 101 (30.8

18 (450) 29 (8.8) 69 (21.0) 120 (36.6)

21 (525) 24 (7.3) 56 (17.1) 97.8 (29.8)

24 (600) 29 (8.8) 67 (20.4) 116 (35.4)

30 (750) 28 (8.5) 65 (19.8) 116 (35.4)

36 (900) 25 (7.6) 59 (18.0) 108 (32.9)

42 (1050) 25 (7.6) 58 (17.7) 105 (32.0)

48 (1200) 28 (8.5) 65 (19.8) 120 (36.6)

ainmetubería de polietileno – la tubería de mayor f ibilidad – generalmente muestra evidencia de instalación incorrecta casi insituación pueda ser corregida al momento.

Sin embargo, la tubería correctamente instalada tiende a ser más

tolerante de las condiciones que la trígida, esto en parte, a las diferencias en diseño, pero también d la mque estas operan luego alatubería rígida tiende a rajarcondiciones que causarían undeflexión en la tubería flexible. l resquebrajamiento de una tubería reforzada de concreto puede ocasionar problemas inmediatos de durabilid que elambiente ataca el refuerzo de acero, y aun más problemas de resistencia a largo plazo, ya que el concreto empieza a separa l acero. La sobre-deflexión de la tubería corrugada de polietileno, a no ser que sea muy severa, no afecta la capacidad hidráulica de la tubería. Los de d

nudo nsiderada “sensible a la instalación”. Sin

mbargo, una mirada más atenta al procedimiento de diseño y las variables de

o revelan que es menos sensible a la ón que la tubería rígida, como ser la

de concreto reforzado. Los siguientes s discuten la manera en que la

n de las consideraciones de diseño o pu tar la operación de la

e p na vez instalada y de de co reforzado.

ACTO SEGURIDAD

a dife ás importante entre el la tubería de polietileno y la de forzado es el uso de factores de ores de seguridad se p onsiderar “factores

desconocidos” tales como condiciones inesperadas en el lugar y desviaciones en la in , de man que la operación de la

ra no La magnitud del factor

La tubería de polietileno es considerada ltamente sensible a las simplificaciones en la stalación. En realidad, toda tubería ostrará señales de error en la instalación si

sta es instalada en forma incorrecta. La

lex

mediatamente, lo que permite que la

flexible instalaciin

ubería párrafo

ebido a anera en st resquebde la in ción. La

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E

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rse de

niveles eflexión

mayores a 20% para muchos productos flexibles pueden ocasionar una curvatura reversa, aunque dicha situación se presenta generalmente inmediatamente luego de la instalación.

La tubería de polietileno es a mecoe

camp

desviacióinstalación eden afectubería d olietileno ula tubería ncreto 2.8.1 F RES DE

L rencia mdiseño de concreto reseguridad. Los factutilizan ara c

stalación era estructu peligra.


de seguridad depende de la estructura y del lcance y consecuencias de los “factores esconocidos”. Una seguridad de 1.0

signif

to forzado cuando la “resistencia a

resqu

seguridad, dependiendo del iterio bajo evaluación. El menor de estos

es 1

riación por arte del contratista, sin que esto signifique

ncia entre una exitosa o no exitosa instalación.

ncho de la zanja podría resultar en cargas inesperadamente elevadas. Por ejempl

.8.3 INTEGRIDAD DEL RELLENO

ad

ica que la estructura no es capaz de soportar el esfuerzo. Factores de seguridad más elevados indican una mayor proyección en el diseño, y permite una mayor diferencia sin un impacto sobre la operación de la estructura.

Las publicaciones de la industria de la

tubería de concreto recomiendan un factor de seguridad de 1.0 para tubería de concrere

ebrajamiento” del material es utilizada.3 La resistencia a resquebrajamiento es la fuerza necesaria para ocasionar un resquebrajamiento de 0.01” (0.25 mm) de ancho y de al menos 1’ (0.3 m) de largo. Un resquebrajamiento causa que algo del esfuerzo en la pared de la tubería vaya hacia el refuerzo de acero, entonces resquebrajamientos estructurales de esta magnitud no son una preocupación inherente. Sin embargo, el resquebrajamiento puede indicar el comienzo de problemas de corrosión en el refuerzo de acero, reduciendo eventualmente la integridad estructural de la pared. Mayores factores de seguridad deben tomarse en consideración para asegurar que las resquebrajaduras se mantengan a un mínimo y que no se permitan como parte del diseño normal del producto.

El método de diseño de la tubería de polietileno de la CPPA utiliza diferentes factores de cr

.5, utilizado en las ecuaciones de esfuerzo de flexión y esfuerzo de tensión. Este factor de seguridad es consistente con otros tipos de tubería flexible, incluyendo algunos que son extremadamente sensibles a la tensión. Utilizado en combinación con otras consideraciones de diseño altamente conservadoras antes mencionadas utilizar carga de prisma e ignorar la relajación de esfuerzo), el factor de seguridad actual es probablemente mucho mayor. Este margen de seguridad permite algo de vap

la difere

2.8.2 ANCHO DE LA ZANJA

Los anchos de las zanjas son generalmente modificadas por necesidad o accidente en el campo. Es probable que el contratista tenga la necesidad de sobre-excavar a fin de retirar un área inesperada de suelos blandos o depósitos de rocas. Es probable que el cubo de la retroexcavadora del contratista sea de mayor ancho que la indicada en los planos. Estas variaciones no son inusuales, pero pueden representar diferencias significativas en la carga esperada durante el diseño.

La carga de suelos Marston es utilizada en el diseño de tuberías de concreto reforzado y es una función del ancho de la zanja. Lo que parece un ajuste menor de campo, el a

o, asumamos que una tubería de concreto de 18” (450 mm) será enterrada a 10’ (3 m) de profundidad bajo una mezcla de arena/grava. El ancho de la zanja que se muestra en los planos es de 3’ (1 m), pero el contratista utiliza un cubo de 4’ (1.3 m). La carga aumenta casi 50% como resultado de este cambio “menor”. Si el proyecto fue diseñado utilizando un factor de seguridad de 1.0, esta aplicación tiene un riesgo significativo de experimentar algún tipo de problema estructural.

La carga de prisma, como es utilizada en el método de diseño CPPA, es una función del diámetro de la tubería. La carga de prisma es un estimado muy conservador de la carga de suelos para tubería flexible y es independiente del ancho de la zanja (refiérase a la Figura 6). El contratista puede efectuar cambios del ancho de la zanja y la carga todavía no excedería la carga de prisma utilizada en el diseño.

2

La adecuada instalación proporciona integridad estructural a sistemas de tubería así como ayuda a mantener la línea y grado.


Los requisitos de relleno para la tubería flexible son generalmente aquellos para una tubería rígida bajo condiciones similares, aunque la variación del diseño durante la instalación puede impactar a la tubería rígida y flexible de manera muy diferente.

Las recomendaciones de la industria de la tubería de concreto sobre material de relleno y compactación puede interpretarse de manera diferente por los que especifican porque estos son algo imprecisos. En consecuencia, no es inusual para la tubería el ser instalada con material de zanja excavado que puede ser muy diferente de aquel

nsiderado durante el diseño. El uso de de niveles

enores de compactación que los asumidos durant

ño de estos productos. El étodo Estandard Installation Direct Design

(SIDD)

bería de polietileno son les que el resultado de un error del

contrat

en lo que se refiere a tubería flexible. En realidad, las

as con esgo de terremotos, donde es de suma

import

a tubería e polietileno a cualquier combinación de

carga

iámetros de

corelleno de menor calidad om

e el diseño puede ocasionar una mayor probabilidad de problema estructurales en tuberías de concreto reforzado. Las resquebrajaduras pueden dejar el refuerzo de acero vulnerable a problemas de corrosión. Materiales de relleno de menor calidad pueden a menudo ocasionar una mala alineación de la tubería y juntas.

La industria de la tubería de concreto está actualmente proponiendo un método alternativo de disem

o Diseño Directo Instalación Estándar, da aun mayor importancia a la correcta instalación. Los materiales de relleno y niveles de compactación recomendados están definidos en forma más precisa y serán aun más necesarios para un sistema de drenaje de funcionamiento adecuado. Para diseños de tuberías desarrollados utilizando SIDD, el uso de material no aprobado de menor calidad o una compactación insuficiente en el campo puede rápidamente reducir el factor de seguridad a mucho menos de 1.0, ocasionando directamente problemas estructurales.

Los factores de seguridad recomendados por la CPPA y las suposiciones conservadoras para tuta

ista, a no ser que sea severo, no significará la diferencia entre una instalación exitosa o no-exitosa. La tubería flexible

experimenta una deflexión y esfuerzo de flexión adicionales cuando se compromete la integridad del relleno, pero generalmente no alcanzan niveles que inducirían a problemas estructurales. La mala alineación de las juntas resultante de relleno no apropiado no es generalmente un problema

tuberías flexibles se prefieren en áreri

ancia que la tubería permanezca en funcionamiento aun bajo situaciones de relleno radicalmente confusas. 2.8.4 LIMITACIONES MÁXIMAS Y

MÍNIMAS DE PROFUNDIDAD

El método de diseño de la CPPA permite determinar la respuesta de ld

viva o muerta y a condiciones de relleno. Los que especifican están generalmente preocupados con las dos condiciones extremas de carga: profundidad mínima bajo áreas de trafico y profundidad máxima.

La profundidad mínima para tubería de polietileno instalada en relleno de mínima calidad se muestra en la Tabla 2.8.4.1. Una envoltura de relleno de mejor calidad, obtenida mediante el uso de un material mejorado o de mayor compactación, no permite una reducción teorética en esta profundidad, pero en realidad la profundidad mínima para instalaciones terminadas no debe ser menor a 1’ (0.3 m).

Tabla 2.8.4.1 Profundidad Mínima de relleno s/ d

tuberías

Diámetro Interior

Pulg. (mm)

Relleno Mínimo Altura

pie (m)

4 (100) 1 (0.3) 6 (150) 1 (0.3) 8 (200) 1 (0.3) 10 (250) 1 (0.3) 12 (300) 1 (0.3) 15 (375) 1 (0.3) 18 (450) 1 (0.3) 21 (525) 1 (0.3) 24 (600) 1 (0.3) 30 (750) 1 (0.3) 36 (900) 1 (0.3) 42 (1050) 1 (0.3) 48 (1200) 1 (0.3)


Carga en base a Relleno Clase III Compactado 90% Densidad Estándar Proctor Norma ASHTO H-20. Nota.- Los materiales Clase III son mezcla de grava, arena, sedimentos y arcilla con limitada cantidad de finos (refiérase también al folleto técnico Método de

iseño Estructural para Tubería Corrugada de etilen

DPoli o). Las profundidades mínimas aquí presentadas fueron calculadas en base a por lo menos 6’ (0.15 m) de material de relleno estructural sobre la corona de la tubería con una capa adicional de suelos del lugar compactados para una profundidad total. En instalaciones poco profundas de tráfico, especialmente en lo que se refiere a pavimento, sería mejor utilizar un material compactado de buena calidad a fin de evitar el asentamiento de la superficie.

Las cargas durante la construcción son a veces de mucho mayor o menor peso que la carga del diseño. La profundidad sobre la tubería podría necesitar ser aumentada a fin de permitir equipo de mayor peso. Puede a menudo ser reducida durante la pavimentación si las cargas de equipo son relativamente livianas y bien distribuidas.

Tabla 2.8.4.2 Profundidades Permisibles para

Materiales Comunes de Relleno

Condición del Relleno

Diámetro Interior

ID Pulg. (mm)

E' 1000 psi (6,900 kPa)

Relleno Clase III

90% Densidad Estándar Proctor

E' 2000 psi (13,800 kPa) Relleno Clase

II 90% Densidad

Estándar Proctor

E' 3000 psi (20,700

kPa) Relleno Clase I

4 (100) 26 (7.9) 66 (20.1) 118 (36.0) 6 (150) 28 (8.5) 60 (18.3) 108 (32.9) 8 (200) 26 (7.9) 47 (14.3) 83 (25.3) 10 (250) 20 (6.1) 58 (17.7) 105 (32.0) 12 (300) 25 (7.6) 68 (20.7) 116 (35.4) 15 (375) 29 (8.8) 58 (17.7) 101 (30.8) 18 (450) 25 (7.6) 69 (21.0) 120 (36.6) 21 (525) 29 (8.8) 56 (17.7) 97.8 (29.8) 24 (600) 24 (7.3) 67 (20.4) 116 (35.4) 30 (750) 28 (8.5) 65 (19.8) 116 (35.4) 36 (900) 25 (7.6) 59 (18.0) 108 (32.9) 42 (1050) 25 (7.6) 58 (17.7) 105 (32.0) 48 (1200) 28 (8.5) 65 (19.8) 120 (36.6)

Nota.- Ejemplos de materiales Clase I incluyen piedra machacada, grava o materiales similares. Materiales Clase II incluyen alguna arena gruesa con o sin finos. Materiales Clase III incluyen mezcla de grava/arena/sedimentos con una cantidad mínima de finos.

La profundidad máximarimeramente una función de

bajo tierra es la calidad del

elleno. Estruc leno de mayor ca material de mayor y más angular o

or nive yores compactación, umentan nd rra máxima e la tub étodo de diseño de la PPA prop la manera de calcular la rofundida ma pa eno específico; a Tabla 2 mu profundidades ermisible un r de materiales munes de relleno y niveles de mpactac

pr turas de rel

lidad, obtenidas ya sea mediante el uso de tamaño

p les ma de a la profu idad bajo tied ería. El mC orcionap d máxi ra rellL 2.8.4. estra p s para ango coco ión.

.9 MET LTER OS DE 2 ODOS A NATIVDIS TU EÑO PARA BERÍACORRUGADA DE POLIETILENO

pleto;

L

ad. La teoría bas l.

eja por completo de lado la visco-elásticidad, y no considera en forma total los beneficios estructurale aterial de

y n d altamente conservadora.

a sec se c a princ d ños . De nc o se ha descubierto sobre el poliet a in ión de la tuberí a el p iento no ha si aliz a r esta base de información. Un estudio crítico de la logSección 18 está comenzando, lo cual r en cedim ás e

El método de la CPPA es com

evalúa las causas probables de fallas en la tubería y toma en consideración la naturaleza visco-elástica del material. Existen otros métodos de diseño en uso para tubería corrugada de polietileno. Estos métodos a menudo no aciertan a predecir la manera en que la tubería funcionará debido a que no toman en consideración el comportamiento visco-elástico, o debido a que no se efectúa un análisis profundo de la tubería.

a Asociación Americana de Carreteras Estatales y Funcionarios de Transporte (ASHTO), en la Sección 18 del Manual de Diseño de Puentes, establece un procedimiento para tubería corrugada de polietileno el cual resulta en profundidades máximas que son apenas una fracción de lo que la tubería puede aguantar en realid

detrás del procedimiento estáada en el diseño de la tubería de meta

D

s del mrelleno utiliza u a carga e prisma

L ción 18 oncluyó ipiose los a ochenta sde ento es, much

ileno y lteracc a/relleno, unque rocedim do actu ado pareflejar nueva

metodo ía de la

esultará un pro iento m capaz d


predecir el

flexión puede ser muy limitativa en ertas

comportamiento actual de latubería.

Algunos que especifican utilizan solamente deflexión como la base del diseño de tuberías flexibles. Algunas simulaciones hechas por computadora han encontrado que

delaci instalaciones poco profundas de tráfico, pero otros factores toman precedencia en mayores profundidades. El método de la CPPA evalúa la deflexión así como otro criterio que podría afectar el funcionamiento de la tubería. 2.10 CALCULOS – EJEMPLOS EJEMPLO 1 (Unidades Estándar)

Una tubería corrugada de polietileno e alta densidd ad de 15” (375 mm) se

Se i y la

profu . El ater

ual

1-2

propone como alcantarilla sanitaria.antic pan cargas AASHTO H-20

ndidad mínima será de 1’ (0.3m)ial de relleno será el suelo nativo, el m

c en este caso, es catalogado como un material Clase III (SM). La densidad de este material es de 120 pcf (1,920 kg/m). La compactación mínima será de 90% de densidad estándar Proctor.

Determine si esta será una instalación adecuada, en base a la deflexión, pandeo y esfuerzo de flexión y tensión de flexión. Deflexión cuaciónE

ΔY = K(DLWC +WL) 0.149PS + 0.061E’ Donde: Δy = deflexión, pulgadas K = constante de encamado,

adimensional, asuma 0.1 DL = factor de deflexión desplazado,

adimensional: 1.0 cuando se utiliza la carga de prisma

Wc = carga de prisma en la tubería, lb/pulgada line

ar de tubería (Ecuación1-1)

= Hγs OD 144 H = profundidad de enterramiento hasta

la parte superior de la tubería, 1.0 pies

γs = densidad de suelos, 120 pcf OD = diámetro exterior de la tubería, 17.7

pulgadas (Tabla 2.5.1.1) Wc = (1.0) (120) (17.7) 144 = 15 lb/pulgada linear de tubería WL =

= 1000 psi en base a un material Clase III compactado a 90% SPD

ustituyendo:

carga viva, lb/pulgada linear de tubería

= OD-(valor de Tabla 1-5) = (17.7) (12.5) = 221 lb/pulgada linear de tubería PS = rigidez de la tubería (Tabla 2.5.1.1) = 42 psi E’ = módulo de reacción de suelos, psi

(Tabla 2.5.3.2)

S Δγ = (0.1) (1.0) (15 + 221) 0.149(42) + 0.061 (1000) = 0.35 in = 2.3% (diseño adecuado; la deflexión

se encuentra dentro del límite de 7.5%)

Pandeo Ecuación 1-3 PcR = 0.772 [E’ PS]1/2

SF [1-ν2 ]

= presión crítica de pandeo, psi eficiente Poisson, adimensional,

0.4 para polietileno r de seguridad, 2.0

Donde: PCR

ν = co

SF = facto


Sustituyendo: PCR = 0.772 [(1,000) (42) ] 1/2

2.0 [ 1-0.42 ]

Para ve deo actual

4

= 86 psi

rificar si la presión de panes superior a este valor, utilice la ecuación 1-

Pv = Rw H γs + γw Hw + 1000WL

Rw = nsional

Hw = ránea por uperior de la

144 144 OD

Donde: Pv = presión actual de pandeo, psi

factor de flotabilidad del agua, adime

= 1 – 0.33 (Hw/H) γw = peso unitario el agua, 62.4 pcf

altura del agua subterencima de la parte stubería, pies.

= Se asume cero en esta situación Sustituyendo:

Pv = (1.0) (1.0) (120) + (62.4) (0) + (221) 144 144 17 .7

1

o

cuación

B Δy yo SF

= 3 psi

(diseño adecuado, presión actual de pandeo es men r a la presión crítica) Esfuerzo de Flexión

1-5 E

= 2Df E σ

e flexión, psi f

E = elasticidad, 110,000 psi para polietileno distancia del centroide de la pared

a tubería a la superficie más

= el mayor de OD-Dm

Dm2

D don e: σB = esfuerzo dD = factor de forma, adimensional = 5.3 para material SM compactado

al 85% de SPD y PS de 42 psi módulo de

Yo = de lalejada de la tubería, pulgadas

o Dm-ID 2

s F = factor de seguridad 1.5

media del diámetro de la tubería, pulgadas

c = la superficie pulgadas

(Tabla 2.5.1.1) pulgadas

B = 2(5.3) (110,000) (0.35) (0.875) (1.5)

2 = 0.875 pulgadaSDm =

= ID + 2c = 16.75 pulgadas

distancia desde exterior al eje neutro

= 0.875 Sustituyendo: σ

(16.75)2

permitido de 300 psi)

cuación 1-6

= 2Df Δy Yo SF

= 1,909 psi (diseño adecuado; el esfuerzo actual es menor que el

Tensión de Flexión E εB

Donde:

Dm2

εB = ensión de flexión, pulgadas/pulgB t adas

Sustituy

endo:

εB = 2(5.3) (0.35) (.875) (1.5) (16.75)2

ulgadas/pulgadas = 1.7% (diseño adecuado; la tensión

actual es menor a la permitida de

on

de los valores

= 0.017 p

5%) C clusión:

Esta es una aplicación adecuada para una tubería de 15’’. Todas las normas sobre el diseño se encuentran dentropermitidos.


APENDICE – DEFINICIONES DE LAS VARIABLES

As = l

neutro, pulgadas

Df =DL = do,

Dm = media del diámetro de la (mm)

= psi (kPa) =

) = didad de enterramiento

erior de la

Hw por encima de la

I = momento de inercia en el perfil la pared in2/in (mm2/mm)

K = constante de encamado,

externo de la tubería, pulgadas (mm)

presión crítica de pandeo, psi (kPa) PS = rigidez de la tubería a una

deflexión de 5%, pii (kPa) Pv = presión actual de pandeo, psi

(kPa) Rw = factor de flotabilidad del

agua, adimensional SF = factor de seguridad Wc = carga de prisma,

lb/pulgada linear de tubería (N/mm linear de

Tubería) Yo = distancia desde el centroide de

la pared de la tubería hacia la superficie más alejada de la tubería, pulgadas (mm)

Δy = deflexión, pulgadas (mm) γs = densidad de suelos, pcf (kg/m3) γw = peso unitario del agua, pcf

(kg/m3) εB = tensión de flexión ν = coeficiente Poisson,

adimensional σB = esfuerzo de flexión, psi (kPa)

área de la sección transversac = distancia desde la superficie

interior al eje (mm)

factor de forma, adimensional factor de deflexión desplaza

adimensional

tubería, pulgadasE Módulo de elasticidad,E’ módulo de reacción de suelos,

psi (kPaH profun

hasta la parte sup Tubería, pies (m)

= altura del agua subterránea tubería, pies (m)

de

adimensional OD = diámetro

PCR =


3.1 INTRODUCCION

Las condiciones físicas de una tubería se determinan por las características químicas y físicas del efluente y del suelo que varían de sitio en sitio, no son siempre fáciles de predecir. Materiales que soportan ciertas condiciones físicas pueden no soportar otras con el resultado de un bajo rendimiento.

Las condiciones físicamente agresivas que incluyen el efluente y suelo pueden resultar en la corrosión o abrasión de la tubería. Estos factores, separados o combinados, pueden ocasionar el acortamiento de la vida útil del producto, o la pérdida de su integridad estructural. Es sumamente importante seleccionar materiales durables a fin de asegurar el funcionamiento de sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial a largo tiempo frente a condiciones adversas.

La tubería corrugada de polietileno tiene una trayectoria documentada de funcionamiento de casi 50 años. Las instalaciones existentes han proporcionado a la industria una gran cantidad de información. Investigaciones han añadido a esa base conocimiento a través de análisis del material, mediante comparación con otros materiales de tubería. La información disponible indica que se puede esperar una vida útil de al menos 50 años en aplicaciones de drenaje típicas y muy probablemente, hasta 75 años.

Mediante trabajos de investigación y ensayo, la tubería corrugada de polietileno de alta densidad de SADMX S.A. de C.V. ha demostrado que puede durar más tiempo que muchos otros materiales de tubería. Esto se debe específicamente a las propiedades del material de la tubería corrugada de polietileno, que soporta la corrosión y abrasión mucho mejor que materiales para tubería de drenaje sanitario y pluvial de uso tradicional.

3.2 RESISTENCIA ANTE CONDICIONES QUIMICAMENTE AGRESIVAS

La corrosión química es el deterioro de la tubería como resultado de la acción química del efluente o del suelo sobre el material de la tubería. En colectores para aguas pluviales y servidas, la evidencia de corrosión química generalmente se muestra como un deterioro de la pared interior de la tubería. Las condiciones altamente corrosivas pueden eventualmente ocasionar una pérdida total de la pared interior y la correspondiente pérdida de integridad estructural.

La tubería corrugada de polietileno SADMX es la preferida para instalaciones que están sujetas a desagües de mina de característica ácida, infiltración agresiva de tierras de relleno o ácidos fuertes con un pH tan bajo como 1. Los plásticos soportan los efectos de la mayoría de los químicos básicos y ácidos, y el polietileno es uno de los plásticos más estables utilizados en la aplicación de tuberías de drenaje.

En efecto, soluciones de tipo industrial como ser gasolina, aceite de motor, diesel, kerosene, detergentes, blanqueadores y otros agentes químicos son generalmente almacenados, despachados y puestos a la venta en embalajes de polietileno de alta densidad. A veces el polietileno es incluso utilizado para la rehabilitación de la tubería de concreto para extender su vida útil en un ambiente corrosivo. A menudo, a fin de prolongar la vida de tuberías de concreto y acero, se requiere de capas protectoras. Pero estas capas protectoras aumentan el costo de la tubería y ofrecen una vida útil limitada cuando existen agentes abrasivos presentes.

Los materiales de tubería de drenaje tradicionales tales como concreto y acero tienen diversos niveles de resistencia a los químicos. Los químicos ácidos y las condiciones salinas, desde sales para caminos o agua de mar, pueden deteriorar concreto, acero y aluminio rápidamente.


La mayoría de los sistemas de tubería corrugada de polietileno también incluyen algún tipo de empaque, generalmente fabricada de goma natural o de un compuesto de propileno etílico (EPDM). En términos del éxito de la instalación total, los empaque son un factor de gran importancia en el sistema de drenaje. Como tal, los efectos de soluciones cáusticas y químicas sobre el material de la empaque han sido también cuidadosamente investigados y estudiados.

Los químicos potencialmente agresivos comúnmente encontrados en colectores para aguas pluviales y sanitarias incluyen sales para caminos, combustibles y aceites de motor. En algunas partes de los Estados Unidos, fugas ácidas desde las minas crean condiciones muy severas. Los suelos contaminados, tales como aquellos con altos índices de ciertos hidrocarburos, pueden también influenciar la situación general de los aspectos químicos.

Un ejemplo de químicos que han sido probados para su compatibilidad con la tubería de polietileno de varios materiales se muestra en la Tabla 3.2.1. R = La tubería plástica es generalmente

resistente (el espécimen se engrosa < 3% o tiene una pérdida de volumen < 0.5% y su elongación a la fractura no sufre cambio significativo).

C = La tubería de plástico tiene una resistencia limitada y puede ser solamente utilizada para determinadas condiciones (el espécimen se engrosa 3%-8% o tiene una pérdida de volumen de 0.5%-5% y/o/ su elongación a la fractura disminuye < 50%).

3.3 DURABILIDAD BAJO CONDICIONES

DE ABRASION

Los químicos y la abrasión son los problemas más comunes sobre durabilidad para tuberías de drenaje, especialmente cuando el efluente se mueve a altas velocidades. Pero prueba tras prueba, los

resultados muestran que toma mayor tiempo la abrasión del polietileno que del concreto.

Tabla 3.2.1: Resistencia Química de la Tubería de Polietileno a

Determinados Químicos*

Substancia o Químico

Tubería SADMX

de Polietileno (73 F / 23 C)

Alcohol, etil R Agentes anticongelantes, vehículo R Solución blanqueadora, 12.5% cloro activo R Solución blanqueadora, 5.5 cloro activo R Líquido para frenos R Combustible diesel R Combustible diesel/aceite R Etano R Sales Fertilizantes, acuoso R Aceite combustible R Gasolina R a C Liquido/aceite hidráulico R Peróxido de hidrogeno, acuoso 10%-90% R Combustibles para uso en aviación R Metanol, puro R Aceite de motor R Acido Nítrico, 0%-3% R Acido Nítrico, >30% -50% R a C Petróleo, sulfuroso, refinado R Agua de mar R Alcantarillado, residencial R Soluciones jabonosas, acuosas R Acido sulfúrico, 70%-90% R Aceite de motor de dos tiempos R

• Puede obtenerse una lista más completa de la

resistencia química del polietileno contactando a SADMX.

Los abrasivos, tales como piedras o

desechos, pueden ocasionar un desgaste mecánico de la tubería. El alcance del problema depende del tipo de abrasivo, la frecuencia en que el material está en la tubería, velocidad del flujo y el tipo de material de la tubería. El efecto de los abrasivos puede verse en la pared interior de la tubería donde la exposición es más severa. Con el tiempo, los abrasivos pueden resultar en una pérdida de la dureza de la tubería o en una reducción en su calidad hidráulica, ya que gradualmente remueve el material de la pared.


3.4 PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA ABRASION

Los materiales de tubería varían en su resistencia a los abrasivos. Las pruebas de laboratorio han sido realizadas a fin de obtener la relación de desgaste de materiales bajo condiciones controladas. Uno de los proyectos más conocidos1- fue realizado en 1990 bajo la dirección del Dr. Lester Gabriel en la Universidad Estatal de California. Este proyecto evaluó la relación de desgaste de tubería de concreto y tubería corrugada de polietileno de interior liso de 12” y 24” (300 y 600 mm), entre otros materiales, en laboratorio.

Secciones de tubería fueron untadas con una pasta abrasiva consistente en un agregado de cuarzo triturado y agua. Los extremos de la tubería fueron entonces tapados. La tubería fue sujetada a un balancín y rotada de manera que la velocidad promedio de la pasta era de 3 fps (0.9 m/s). El agregado y el pH fueron monitoreados durante la prueba y ajustados a fin de mantenerlos lo más cerca posible a sus condiciones originales. La prueba se concluyó después de un número específico de rotaciones. Entonces el efecto de la pasta fue determinado mediante la medición de la pérdida de grosor de la pared.

La interpretación de los resultados de

la prueba requiere de un entendimiento de las secciones de la pared y lo que constituye una “falla” para cada producto. De acuerdo a lo estipulado en la Norma ASTM C76, la tubería de concreto de 12” (300 mm) debería tener un mínimo de 0.5” (13 mm) de concreto encima del refuerzo de acero. El punto de falla para el concreto se asume típicamente cuando el refuerzo queda expuesto; en este punto parte de la integridad estructural se ha perdido y el refuerzo queda vulnerable a la corrosión.

La tubería corrugada de polietileno de interior liso SADMX de 12” (300 mm) de diámetro, tiene una pared interior de espesor mínimo de 0.035” (0.9 mm). El punto de falla de este producto se considera cuando la pared se desgasta. En este punto, la resistencia de la tubería, proporcionada por la pared externa corrugada, está intacta.

La Tabla 3.4.1 presenta el máximo desgaste ocurrido durante el ensayo y el espesor “gastable” de pared (el espesor de la pared que puede desgastarse antes de alcanzar el punto de falla). El espesor de pared restante se presenta como un porcentaje del espesor de pared gastable y es una indicación de la cantidad de vida útil restante.

Tabla 3.4.1 Resultados de las Pruebas de Abrasión bajo Condiciones Neutrales (pH 7.0)

Espesor de Pared Inicial

pulg. (mm)

Perdida Máxima

del Espesor de Pared

pulg. (mm)

Espesor de Pared

Permitido a Desgaste

pulg. (mm)

Espesor de Pared

Remanente %

Efectos Visuales

12" (300 mm) Tubería de Polietileno de Alta Densidad con Interior Liso

0.110 (2.8) 0.021 (0.53) 0.035 (0.89) 40.00

Pared interior mostró alguna evidencia de desgaste. No hubo ninguna perforación

12" (300 mm) Tubería de Concreto 2.15 (54.6) 0.79 (20) 0.5 (13) < 0

Refuerzo de acero de expuso

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ABRASION EN TUBERIAS DE CONCRETO Y DE POLIETILENO DE INTERIOR LISO DE 12”

(300 mm) BAJO CONDICIONES NEUTRALES (pH 7.0)


Los resultados de las pruebas muestran que la tubería de polietileno tenía una vida útil restante bastante mayor luego de la prueba, como se evidencia por el espesor de pared que quedaba presente.

Únicamente el espesor de pared, sin considerar el desgaste, es a veces utilizado para obtener un estimado de la vida útil. Esta prueba demostró que la sola evaluación del espesor de pared puede ser cuestionable. La pared de mayor espesor de la tubería de concreto falló en algún punto antes de la finalización de la prueba, mientras 40% de la pared relativamente delgado de la tubería corrugada de polietileno se mantuvo intacto aun después de haberse completado la prueba. El desgaste del material puede, y en este caso lo hace, tener mayor precisión que el espesor de la pared. 3.5 PRUEBAS COMBINADAS DE

ABRASION Y CORROSION QUIMICA

Otra fase de la investigación arriba descrita incluía la conducción de la misma prueba pero con un efluente de característica moderadamente ácida. El objetivo era determinar qué se podía esperar de los efectos combinados de un ambiente químicamente agresivo y de abrasivos. El montaje de la tubería y de los abrasivos fue el mismo que el anterior, aunque el efluente

pH se mantuvo a 4.0. La Tabla 3.5.1 muestra los resultados de este ensayo.

Las condiciones moderadamente ácidas, similares a las que se podrían esperar en una aplicación de drenaje diluido de mina o también en áreas de lluvia ácida concentrada y alcantarillados sanitarios, dio resultados totalmente diferentes para las tuberías. El nivel de desgaste fue casi el doble para la tubería de concreto, en comparación con el ambiente neutro, mientras que aumentó en un 15% para las tuberías corrugadas de polietileno de interior liso.

El momento en el que se alcanzó el

punto de falla se vuelve aun más obvio bajo esta condición de ensayo. El refuerzo de acero en la tubería de concreto quedo totalmente expuesto, ocasionando la falla de la tubería, mucho antes que enel ambiente químicamente neutro. Por el contrario, la tubería de polietileno no sufrió desgaste significativo.en un ambiente químicamente agresivo, y más del 30% del espesor de la pared, o vida útil, permanecieron a la finalización de esta prueba RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ABRASION EN TUBERIAS DE CONCRETO Y DE POLIETILENO DE INTERIOR LISO DE 12” (300 mm) BAJO CONDICIONES MODERADAMENTE ACIDAS (pH 4.0)

Tabla 3.5.1:

Resultados de las Pruebas de Abrasión bajo condiciones moderadamente Acidas (pH 4.0).-

Espesor de Pared Inicial

pulg. (mm)

Perdida Máxima del Espesor de

Pared pulg. (mm)

Espesor de Pared

Permitido a Desgaste

pulg. (mm)

Espesor de Pared

Remanente %

Efectos Visuales

12" (300 mm) Tubería de Polietileno De Alta

Densidad con Interior Liso 0.110 (2.8) 0.024 (0.61) 0.035 (0.89) 31.00

Pared interior mostró alguna evidencia de

desgaste. No hubo ninguna perforación

12" (300 mm) Tubería de Concreto 2.15 (54.6) 1.20 (30.5) 0.5 (13) < 0

Perdida de pared fue mucho mayor que en condiciones pH neutrales. Se expuso una gran cantidad del

refuerzo de acero.


De la misma manera que en el ensayo previo, la tubería de mayor diámetro se desgastó a una velocidad mucho menor que la del material de menor diámetro. 3.6 DURABILIDAD Y VIDA UTIL

Las pruebas de laboratorio, como las previamente descritas, son usualmente realizadas bajo un conjunto de condiciones rigurosas diseñadas para obtener resultados en un tiempo razonable. Las condiciones de las pruebas pueden en cierta manera asemejarse a condiciones de campo en la selección de abrasivos y condiciones de pH, pero pueden variar en la cantidad de abrasivos y la constancia en su aplicación. En consecuencia, las pruebas de laboratorio son de suma importancia para proporcionar información sobre el desgaste relativo y sobre la vida relativa de los productos, pero de seguro proporcionarán resultados no confiables si son extrapolados directamente en los valores actuales de la vida útil.

Las instalaciones actuales de sistemas de drenaje sanitario y pluvial con tubería de polietileno han demostrado una durabilidad superior. En 1981, El Ohio Department of Transportation (Secretaría de Transporte de Ohio) instaló una tubería corrugada de polietileno en una aplicación para alcantarilla cerca de una mina a cielo abierto en el Sudeste de Ohio. El nivel ácido (pH 2.5-4.0) y el efluente abrasivo habían limitado las vidas de los materiales previamente usados en la tubería de dos a cinco años, tiempo en el cual la pared interior totalmente o la tubería colapsó. La tubería de polietileno reemplazó una tubería de acero recubierta de polímero, la cual había alcanzado el final de su vida útil.

En 1990, un reporte- fue publicado resumiendo nueve años de inspecciones periódicas. La tubería casi no fue afectada por las condiciones abrasivas y ácidas. Un alto arrastre de fondo fue evidente durante la inspección efectuada en 1985; rocas, carbón y arena habían sido acumulados en la orilla en una área de 35’ de longitud por 15’ de anchura por 1’ de profundidad (10.5 m x 4.5 m x 0.3 m) en el lado de corriente abajo de la tubería, proporcionando una indicación del tipo y velocidad de los abrasivos.

Una actualizacion3- de este reporte fue publicado en 1996; luego de 14 años de servicio, o casi tres veces más el tiempo en que cualquier otro material usado en dicha aplicación, la tubería se encontraba en excelente condición y lista para muchos años más de servicio confiable. 3.7 RESUMEN

La tubería de polietileno de alta densidad (de presión por gravedad) utilizada en aplicaciones de drenajes tiene casi 30 años de uso exitoso y extensivo en los Estados Unidos. Una gran cantidad de información ha sido obtenida de su aplicación y de investigaciones de laboratorio, las que indican una vida útil de un mínimo de 50 años para aplicaciones de colectores de aguas pluviales y sanitarias.

El polietileno ha demostrado ser muy resistente a aplicaciones ambientalmente agresivas donde la eficacia de otros materiales es menor. Las pruebas realizadas en la Universidad Estatal de California para determinar los efectos de abrasivos en ambientes neutros y ácidos mostraron que la vida útil del polietileno excedió bastante la del concreto.


4.1 INTRODUCCION

La tubería corrugada de polietileno para drenaje sanitario y pluvial está disponible en diseños de pared simple (interior corrugado) y pared doble (interior liso). La tubería de polietileno de pared doble está diseñada con una pared corrugada exterior dura y pared interior lisa a fin de mejorar su eficiencia hidráulica a largo plazo. En efecto, este tipo de tubería de drenaje corrugada de polietileno ofrece una capacidad 50% mayor que las de tamaño similar de acero corrugado y una capacidad significativamente mayor que las tuberías de concreto reforzado.

La tubería de interior liso no se obstruirá con desechos o causará sedimentación, aun en baja profundidad, y estas características hidráulicas superiores permiten que los sistemas de tuberías sean reducidos en diámetros en comparación a materiales tradicionales, disminuyendo así el costo de material y de instalación. 4.2 RESUMEN DE ASPECTOS

HIDRAULICOS

La clasificación de las tuberías de drenaje sanitario y pluvial por tamaño puede ser un proceso tedioso. Afortunadamente, existen procedimientos de simplificación disponibles para efectuar la selección de tubería en forma más rápida y fácil. El material en las secciones siguientes proporciona dos métodos – ambos basados en la fórmula Manning – los cuales simplifican el proceso de selección de tubería corrugada de polietileno.

Las curvas de descarga proporcionan una forma de clasificar la tubería. Los gráficos se utilizan una vez que se hayan determinado los requisitos de capacidad del diseño y la inclinación. Cada producto de tubería corrugada de polietileno incluye su propia curva de descarga basada en su valor Manning “n”.

Otro método para clasificación de

tubería incluye factores de conducción y permite al diseñador desarrollar fácilmente opciones del producto. El uso de este método resulta frecuentemente en más de una tubería de tipo y tamaño satisfactorio para una determinada necesidad de drenaje y en consecuencia muestran la solución más eficiente en relación con el costo.

La selección final de tubería deberá también incluir un estudio de las condiciones de velocidad. Las velocidades de mayor flujo evitan que el sedimento de aguas servidas o pluviales se asienten a lo largo del fondo del interior liso de la tubería corrugada de polietileno. Una reducción de la sedimentación puede también reducir los requisitos de mantenimiento y asegurar que la función hidráulica de la tubería continúe a lo largo de su duración proyectada. 4.3 CURVAS DE DESCARGA

La relación matemática de los términos

incluidos en la fórmula Manning es normalmente demostrada gráficamente mediante curvas de descarga. Las curvas son de ayuda en la clasificación de la tubería una vez que la capacidad requerida y la inclinación hayan sido determinadas. Las curvas de descarga para la tubería de polietileno corrugado con interior liso aparecen en la Figura 4.3.1

4.4 METODO DE CONDUCCION

La conducción proporciona una forma conveniente para seleccionar una variedad de opciones de tubería a fin de satisfacer los requerimientos de flujo del proyecto. Los factores de conducción se basan en una versión bastante simplificada de la ecuación de Manning, la cual se muestra en la Ecuación 1 o 1(a) con unidades métricas.


Caud

al (m

3/s)

Pendiente (%)

Caud

al (c

fs)

Figura 4.3.1

Las líneas continuas indican el diámetro de la tubería Las líneas segmentadas indican velocidad aproximada de flujo

Ecuación 1 Q = 1.486 AR2/3S1/2

n Donde: Q = capacidad de la tubería, cfs (pies

cúbicos por segundo) n = Mannings “n” (sin unidad), un término

utilizado para describir la dureza del material

A = área de la sección transversal del flujo de la tubería (pie2)

R = radio hidráulico (pie), ¼ de diámetro para condiciones de tubería de paso total

S = inclinación de la tubería (pie/pie)

• Ecuación 1(a) Q = AR2/3S1/2

n Donde: Q = capacidad de la tubería (m3/s) n = Mannings “n” (sin unidad) A = área de la sección transversal del

flujo de la tubería (m2) R = radio hidráulico (m), ¼ de diámetro

para condiciones de tubería de paso total


S = inclinación de la tubería (metro/metro)

Para una instalación específica de tubería

de paso total, los parámetros n, A y R son constantes fácilmente definidos. La capacidad de conducción de flujo o factor de conducción de la tubería pude entonces definirse de la manera que se muestra en la Ecuación 2 o 2(a) en unidades métricas. Ecuación 2 k = AR2/3

n

Mediante substitución, la fórmula Manning puede entonces ser reducida a la siguiente ecuación: Ecuación 3 Q = kS1/2

La ecuación 3 puede también ser escrita como en la Ecuación 4. Ecuación 4 k = Q S1/2

La substitución directa de las condiciones de diseño en la Ecuación 4 determinarán el factor mínimo de conducción permitido. Utilice la Tabla 4.4.1 como guía para seleccionar una tubería corrugada de polietileno con un factor de conducción de al menos el que se ha calculado.

El valor Manning “n” es un valor crítico en el concepto de conducción. Entre tuberías del mismo diámetro, el Manning “n” es el único factor que tiene un efecto en la conducción, y en consecuencia, en la capacidad. Cuando se comparan condiciones de campo idénticas, la conducción tiene una relación directa con la capacidad. Esto significa que si la inclinación se mantiene constante, la conducción triplicada triplicará la capacidad y una mitad de la conducción disminuirá la mitad de la capacidad.

Problemas relativos a factores de conducción se explican en la sección de Ejemplo de Problemas.

Diseño de Valores* Manning para Tubería Corrugada de Polietileno

*El coeficiente Manning para tubería de interior liso determinado en el Laboratorio de Investigación de Agua en la Universidad Estatal de Utah Ecuaciones de Conducción: k =Q/S1/2 o Q = kS1/2

4.5 VELOCIDADES DE AUTOLIMPIEZA

Con el tiempo, la sedimentación puede reducir la capacidad de una tubería de alcantarillado sanitario y de aguas pluviales. En algunas instalaciones, la sedimentación puede inutilizar la tubería hasta que el sistema pueda ser limpiado. Esta es una tarea cara y que toma tiempo; consiguientemente, deben tomarse medidas preventivas durante el diseño.

La sedimentación es de gran preocupación en las líneas de alcantarillado sanitario y pluvial, debido a que puede presentarse arenilla pesada. A fin de minimizar problemas potenciales, el flujo deberá mantenerse a una velocidad mínima o de autolimpieza.

La velocidad del flujo puede aumentarse ya sea aumentando la inclinación de la tubería o mediante el uso de un diámetro más pequeño. La modificación ya sea de la inclinación o del diámetro de la tubería requiere de cuidadosas consideraciones relativas a factores del lugar y las necesidades del flujo. Sin embargo, mediante el uso de una tubería corrugada de polietileno con interior liso (una Manning “n” más baja), una tubería de diámetro más pequeño puede a menudo ser seleccionada en lugar de materiales alternativos de tubería, sin afectar en forma adversa las

Díam. Manning “n”

4”-36” 0.010

42"-48" 0.012


Tabla 4.4.1: Factores de Conducción para Tubería Corrugada de Polietileno

Coeficiente Manning Dia,

(pul) Area

(pies2) 0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016

3 0.05 1.30 1.10 1.00 1.00 0.90 0.80 0.80 0.70

4 0.09 2.70 2.50 2.20 2.10 1.90 1.80 1.60 1.50

6 0.20 8.10 7.30 6.60 6.10 5.60 5.20 4.90 4.60

8 0.35 17.50 15.70 14.30 13.10 12.10 11.20 10.50 9.80

10 0.55 31.60 28.50 25.90 23.70 21.90 20.30 19.00 17.80

12 0.79 51.50 46.30 42.10 38.60 35.60 33.10 30.90 28.90

15 1.23 93.30 84.00 76.30 70.00 64.60 60.00 56.00 52.50

18 1.77 151.70 136.60 124.10 113.80 105.00 97.50 91.00 85.30

21 2.41 228.90 206.00 187.30 171.60 158.40 147.10 137.30 128.70

24 3.14 326.80 194.10 267.30 245.10 226.20 210.10 196.10 183.80

27 3.98 447.30 402.60 366.00 335.50 309.70 287.60 268.40 251.60

30 4.91 592.50 533.20 484.70 444.30 410.20 380.90 355.50 333.30

33 5.94 763.90 687.50 625.00 572.90 528.90 491.10 458.30 429.70

36 7.07 963.40 867.10 788.20 722.60 667.00 619.30 578.00 541.90

42 9.62 1453.20 1307.90 1189.00 1089.90 1006.10 934.20 871.90 817.50

45 11.04 1746.80 1572.10 1429.20 1310.10 1209.30 1122.90 1048.10 982.60

48 12.57 2074.80 1867.40 1697.60 1556.10 1436.40 1333.80 1244.90 1167.10

Nota: Las columnas correspondientes a n = 0.009, 0.010, 0.011, 0.012

son representativas de la tubería de polietileno de interior liso capacidades y sin modificar la inclinación de la línea.

El potencial de asentamiento es determinado por la gravedad específica y el diámetro de la partícula y la velocidad del flujo. La fórmula para autolimpieza se muestra en la ecuación 5 o 5(a) para unidades métricas. Ecuación 5 VSC = 1.486R 1/6 [B(sg-1)Dg]1/2

n Donde: VSC = velocidad mínima de autolimpieza

(fps – pies por segundo) B = constante igual a 0.04 para

partículas granulares limpias o 0.08 para material cohesivo (sin unidad)

sg = gravedad específica de la partícula del suelo (sin unidad)

Dg = diámetro de la partícula (pulgadas)

Ecuación 5(a) VSC = R 1/6 [B(sg-1)Dg]1/2

n Donde: VSC = velocidad mínima de autolimpieza

(m/s) en condiciones de paso total R = radio hidráulico (m) B = constante igual a 0.04 para

partículas granulares limpias o 0.08 para material cohesivo (sin unidad)

sg = gravedad específica para la partícula de suelo

Dg = diámetro de la partícula (m) El tipo de suelo varía bastante entre

los Estados Unidos así como entre estados y otros países. Efectuar estudios separados en cada instalación específica no sería práctico, por lo cual una velocidad óptima de autolimpieza para colectores pluviales es generalmente aceptada de 3 pies por segundo (l m/s).


En algunas instalaciones especializadas donde la sedimentación es un problema reconocido, sería apropiado realizar un estudio de suelos antes del diseño del sistema de alcantarillado o de drenaje final a fin de determinar los parámetros necesarios para las Ecuaciones 5 o 5(a).

Realizando este estudio se eliminaría la posibilidad de conjeturas y la sedimentación se mantendría en un mínimo. En cada diseño, una inspección final debe ser realizada para comparar la velocidad esperada con la velocidad de autolimpieza. La velocidad efluente real puede ser calculada utilizando la Ecuación 6 o 6(a) para unidades métricas. Ecuación 6

V =1.486R2/3 S1/2

n Ecuación 6(a)

V =R2/3 S1/2

n

La determinación de la velocidad efluente se puede simplificar en gran manera

mediante el uso de una Tabla, Figura 4.5.1 para flujos en tuberías parcialmente llenas. El uso apropiado de esta Tabla se demuestra en el Ejemplo 2.

El diseño de velocidad para aplicaciones de aguas colectores pluviales deberá ser de un mínimo de 3 fps (1m/s) o el valor calculado mediante las Ecuaciones 5 o 5(a) para unidades métricas.

4.6 CONSIDERACIONES SOBRE EL

VALOR

Muchos factores influyen los costos del ciclo de vida de la tubería de alcantarillado sanitario y pluvial. Mientras los costos del material y de la instalación y los costos del equipo requerido son relativamente fáciles de determinar, factores tales como mantenimiento y la duración de los materiales dependerán en su totalidad del medio ambiento donde se construya el sistema.

Figura 4.5.1


Tabla 4.6.1 Comparación de la Dureza de la Pared de la Tubería

Coeficientes de Valor Manning “n”

Dia. (pul)

Tubería de Polietileno con exterior corrugado

e interior liso

Tubería de acero galvanizado

Tubería de concreto Reforzado

4 0.010-0.009 -- --

6 0.010-0.009 -- --

8 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

10 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

12 00.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

15 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

18 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

21 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

24 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

30 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

36 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

42 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

48 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

54 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

60 0.010-0.009 0.022-0.026 0.011-0.015

La naturaleza inerte, no - adhesiva de la tubería de polietileno de alta densidad mejora aun más su excelente característica hidráulica, debido a que minimiza el desarrollo de sedimentos, incrustaciones y otros, el cual ocurre comúnmente en tuberías fabricadas con otro tipo de material. Las velocidades de descarga de la tubería se determinan utilizando los valores Manning “n”, de acuerdo a la siguiente Tabla No. 4.6.

La durabilidad de la tubería de

polietileno significa que su coeficiente de dureza no variará o aumentará en el tiempo, debido a que el PAD inerte es afectado en menor grado que otros materiales de tubería por picaduras y corrosión. Esto ayuda a minimizar la sedimentación y reduce los requerimientos de mantenimiento, los cuales a su vez reducen el costo general de mantenimiento y reemplazo.

Los sistemas de drenaje de sanitario están a sujetos a flujos que contienen ramas y otros desechos. Las tuberías de interior liso se mantienen relativamente libres de desechos y obstáculos, y si por casualidad esto ocurriera, es fácil de desbloquear.

4.7 EJEMPLOS DE PROBLEMAS

Los siguientes ejemplos de problemas demuestran el uso de factores de conducción en aplicaciones de clasificación, inspecciones de la velocidad básica y diseños opcionales. Ejemplo 1 Situación: Las condiciones de campo estipulan una capacidad de tubería de 3 cfs y una pendiente (inclinación) de 0.5%

Encontrar: Ambas, una tubería corrugada de polietileno con interior liso y una con interior corrugado, proporcionando la solución hidráulica optima.

Solución: Es necesario utilizar la Ecuación 4 para determinar la conducción requerida para las condiciones dadas. Antes de sustituir los valores en la ecuación, primeramente convierta la inclinación en un valor de unidades pie/pie, como sigue: 0.5% = 0.005 pie/pie

Ahora substituya los valores directamente en la Ecuación 4: k = Q S1/2


= 3 cfs (0.005)1/2

= 42.2 Refiérase a la Tabla 1 para seleccionar la tubería con una conducción mínima de 42.2. La solución más práctica sería:

•

•

12” tubería de interior liso k = 46.3 (asume un “n” = 0.010) 15” tubería de interior corrugado k = 46.7 (asume un “n” = 0.018)

La solución hidráulica óptima sería la

tubería con la conducción más cercana a la calculada.

Ambas tuberías, la de 12” de interior liso y la de 15” de interior corrugado funcionarán en aproximadamente la misma forma, dado que sus conducciones son muy cercanas a la requerida. La selección final del tamaño (diámetro) de tubería y de los materiales se realiza en el Ejemplo 2. Ejemplo 2

Los resultados del ejemplo previo, en combinación con la Ecuación 6 y Figura 4.5.1, permiten que la velocidad efluente actual sea calculada.

La conducción permite al usuario comparar las capacidades relativas, y en consecuencia pueden ser utilizadas en lugar de capacidad, o descarga, como se muestra en la Figura ejem2.

Haciendo referencia a la información

del Ejemplo 1:

La velocidad para estos ejemplos se puede encontrar registrando 0.91 y 0.90 en la abscisa de la Figura 14, trazando una línea hacia arriba de la línea denominada “Descarga”, a través de la línea denominada “Velocidad,” y de ahí hacia abajo a la abscisa hasta llegar a V/V (lleno).

El factor resultante es entonces

multiplicado por V (lleno), el cual es fácilmente calculado utilizando la Ecuación 6, hasta llegar al flujo efluente actual. El diagrama que sigue demuestra en forma gráfica este proceso para Q/Q (lleno) = 0.90, y la Tabla resume los resultados para ambas opciones.

La conclusión es que ambas alternativas cumplirán con la velocidad mínima de autolimpieza de 3 fps (1 m/s). La tubería de 12” (300 mm) con interior liso proporciona una velocidad adicional que tenderá a expulsar partículas grandes de arenilla y otros. De igual manera, una tubería de menor diámetro podría resultar en un ahorro en la instalación, lo cual debe ser considerado para los costos totales del proyecto.

Figura ejem2

k / k (lleno) Q / Q (lleno)

12 Interior Liso 0.91

15 Interior Corrugado 0.90

Q / Q

(lleno) V / V

(lleno) V

(lleno) V

12 0.91 1.125 4.17 fps

(1.3 m/s) 4.69 fps

(1.4 m/s)

15 0.90 1.125 2.69 fps

(0.8 m/s) 3.03 fps (1 m/s)


Fig. 5.1.2.1

Fig. 5.1.3.1

5.1 RECEPCION Y MANIPULEO EN LA OBRA

5.1.1 INSPECCIÓN DEL MATERIAL

DURANTE LA ENTREGA

SADMX hacen todo el esfuerzo posible para asegurar la exactitud y calidad de la orden. Como control final, el comprador deberá realizar una inspección a la entrega de la mercancía a fin de verificar que éste, sea el producto requerido, así como la cantidad solicitada.

Además, las corrugaciones y extremos de la tubería, empaques, coples, otras juntas y demás accesorios deben ser inspeccionados visualmente para detectar posibles daños ocasionados durante el envío. 5.1.2 IDENTIFICACIÓN DEL PRODUCTO

La siguiente información es generalmente incluida en la tubería SADMX (ver Fig. 5.1.2.1): Tamaño nominal de la tubería Nombre del fabricante Código de Fecha de Producción Estándares aplicables Estas marcaciones facilitan el trabajo de identificación del producto para fines de inspección en la obra. 5.1.3 DESCARGA

El contratista deberá disponer un área para el almacenaje de los productos en la obra. Se recomienda que esta área sea plana y este libre de piedras, superficies accidentadas y desperdicios. Debe estar alejada de la ruta del tráfico de construcción. La tubería podrá ser entregada ya sea empacada o como carga suelta, dependiendo del tipo y cantidad del producto. La tubería en empaque puede ser descargada con una

retroexcavadora o con otro tipo de equipo y con una cuerda de nylon o bandas de lona.

La cuerda, deberá ser colocada alrededor del empaque a 2/3 mientras se levanta para colocarse en el suelo.

La tubería no empacada puede ser descargada rodando cuidadosamente tramos individuales de tubería desde el camión hasta un cargador frontal y de ahí hacia el suelo o bien, la tubería puede ser elevada utilizando una cuerda de nylon o banda de lona. Evite el uso de equipo con cucharón de carga o elevador frontal de carga ya que pueden dañar la tubería. Refiérase a la Fig. 5.1.3.1 para ejemplos del correcto manipuleo durante la descarga. Artículos como empaques, coples, piezas especiales y accesorios son empacados en forma diferente, dependiendo del producto, cantidad, y tamaño. Estos deben ser descargados en una manera segura para no dañarlos. 5.1.4 ALMACENAMIENTO La tubería puede ser almacenada en forma temporal en un área plana libre de desperdicios fuera del área de tráfico de construcción (fig.5.1.4.1). Empiece el almacenaje con maderas de seguridad espaciadas a la anchura del almacenaje propuesto, a una distancia no mayor a 2/3 de los extremos de la tubería.

Para tuberías con campanas, un método común de estribamiento es alternando la

dirección de las tuberías de manera que las campanas no se lastimen entre sí (fig.5.1.4.2). Fig. 5.1.4.1


Un máximo de tres tuberías pueden ser colocadas antes de alternar la dirección. Las capas subsecuentes deben seguir el mismo patrón que la primera pero con un menor número de tuberías en cada bloque (forma de pirámide).

Para tuberías de interior liso, el espacio de almacenamiento puede a veces ser minimizado introduciendo diámetros pequeños dentro de diámetros de mayor tamaño (TELESCOPIAR), Fig. 5.1.4.3. Los empaques instalados en fábrica sobre la espiga pueden ser protegidos ubicándolos entre las corrugaciones de la tubería. Solamente se debe encajar en el interior de tuberías corrugadas cuando la tubería pueda ser retirada fácilmente.

Se deben tomar ciertas medidas de precaución en el manipuleo de la tubería durante el estribamiento. La tubería no debe dejarse caer, arrastrar o ser golpeada contra otra

tubería u objeto, y no debe ser montada. La altura del estribado deberá limitarse a aproximadamente 2 m. a fin de que la tubería pueda ser manipulada manualmente en forma fácil y segura.

Otros artículos, tales como bandas de

acoplamiento, piezas de conexión, empaques y accesorios deberán ser almacenados en un área apropiada lejos del tráfico de construcción, protegidos contra daño y robo. SADMX podrán proporcionar instrucciones específicas para el manipuleo de estas piezas. Los accesorios pesados, deben ser cuidadosamente manipulados por medio de equipos. No debe subirse sobre el estribamiento.

Fig. 5.1.4.3

Dependiendo de las condiciones del lugar y de regulaciones sobre seguridad, deberán también tomarse otras precauciones. 5.1.5 COLOCACIÓN EN LÍNEA DE LA

TUBERÍA

La tubería y accesorios a lo largo de la zanja abierta puede disminuir el tiempo de acarreo (fig. 5.1.5.1). Cada tramo de tubería deberá ser colocado en una superficie plana lo más cerca posible a la zanja en el lado opuesto del material excavado; se debe dejar algo de espacio entre las tuberías para proteger los extremos. La tubería debe estar lejos de la ruta del equipo en un lugar que permita que la excavación proceda sin interrupción.

Fig. 5.1.5..1

5.2 EXCAVACION Y RELLENO

Fig. 5.1.4.2

Todo tipo de tubería debe ser instalado de la manera especificada a fin de asegurar su correcto funcionamiento. El tipo de material de relleno y los requisitos sobre compactación deben ser determinados durante el diseño y no se detallan en esta sección. Otros requisitos pueden ser mencionados en documentos contractuales.

Asimismo, pautas adicionales para la instalación de tubería corrugada de polietileno, se encuentran en los siguientes estándares:

• ASTM D2321 – Práctica Estándar para la

Instalación Subterránea de Tubería Termoplástica para Colectores de Agua y Otras Aplicaciones de Flujo de Gravedad

• CAN/CSA B 182.11- Práctica Recomendada para la Instalación de Drenaje Termoplástico, Tuberías de Drenaje y para Recolección de Aguas Pluviales y Piezas de Conexión.


5.2.1 EXCAVACIÓN DE ZANJAS De acuerdo a la Norma ASTM D 2321, el ancho de la zanja no debe ser mayor que la requerida para colocar la tubería de manera segura, y debe ser la necesaria para compactar el material de relleno en cualquiera de sus lados. Por lo tanto, el ancho de la zanja dependerá del material, del método de compactación y del diámetro de la tubería. Desde un punto de vista práctico, la anchura de los cubos para excavación disponibles del contratista, podrá afectar la anchura de la zanja. Por lo general, para diámetros de 300 mm. y mayores, un ancho del doble del diámetro pero no mayor que el diámetro mas (+) 0.6 m. permite la instalación de una variedad de materiales de relleno y son de un tamaño conveniente para contratistas. “Esta regla empírica” también corresponde por lo general a anchos de zanja sugeridas por ASTM D2321. La ASTM D2321 establece las anchuras de zanja como el mayor de los diámetros exteriores más 0.4 m., o 1.25 veces el diámetro externo más 0.3 m. como se muestra en la Tabla 5.2.1.1.

Tabla 5.2.1.1: Anchos de Zanja*

∗ Se podrán requerir zanjas de mayor anchura si la anchura de la zanja en la Tabla no es suficiente para

colocado de relleno.

Los anchos de zanja para tuberías de menor diámetro 250 mm y menores, son a menudo determinadas por el tamaño de cubo disponible para el excavador, y en muchos casos puede por necesidad exceder el criterio de los párrafos anteriores.

Para instalaciones de tubería paralela, una cantidad mínima de relleno es requerida entre la tubería a fin de proporcionar resistencia suficiente al sistema.

La Fig. 5.2.1.1 muestra el espacio

mínimo de tubería aunque esta dimensión podrá necesitar aumentarse dependiendo del tipo de relleno, el equipo de compactación y el método empleado para la unión.

En la mayoría de las instalaciones, las

zanjas demasiado anchas no son solamente caras al excavar y rellenar, sino que también pueden disminuir la integridad estructural del sistema tubería/relleno. Varios tipos de suelos nativos imperturbados son extremadamente estables y aumentan la integridad estructural tubería/relleno cuando las zanjas son relativamente angostas. Zanjas demasiado anchas requieren de más material de relleno y de mayor compactación, lo que podría no formar una estructura tan estable como la del material nativo imperturbado.

D = diámetro nominal de la tubería

D < 24" (600 CM)M=D/2

D > 24" (600 CM)M=3M

DD

M

En suelos nativos muy blandos, se podría

necesitar de zanjas de mayor anchura, especialmente si la tubería experimentara cargas relativamente altas. Suelos suaves no firmes, especialmente en combinación con zanjas angostas pueden disminuir la resistencia del relleno de la tubería. Los anchos de zanja mínimos en estas situaciones deberán ser excavadas de acuerdo a la ASTM D2321.

Geotextiles o tejidos filtrantes pueden ser considerados en áreas donde el suelo nativo es muy blando, de fácil migración o que tiene alguna otra propiedad no compatible con la instalación de la tubería.

Diámetro Interior

Pulg. (MM.)

Diámetro Exterior Pulg.

(MM.)

Ancho de zanjas

típicas M.

Ancho de zanjas ASTM

D2321 M.

12 (300) 14.0 (356) 0.6 0.8 15 (375) 17.7 (450) 0.8 0.9 18 (450) 21.1 (536) 0.9 1 21 (525) 24.5 (622) 1.1 1.1 24 (600) 27.5 (699) 1.2 1.2 30 (750) 34.1 (866) 1.4 1.4 36 (900) 41.0 (1041) 1.5 1.6 42 (1050) 48.0 (1219) 1.7 1.8 48 (1200) 54.0 (1372) 1.8 2 54 (1375) 62.0 (1580) 2.1 2.2 60(1530) 68.0 (1730) 2.3 2.5

Fig. 5.2.1.1 Espacio mínimo


Los geotextiles diseñados para propósitos de resistencia y estabilidad pueden mejorar o superar algunas de las deficiencias estructurales en suelos nativos demasiado blandos y pueden permitir la reducción del ancho de la zanja. También pueden ser colocados a lo largo del fondo de la zanja y a los lados para separar suelos nativos y material de relleno, o ser utilizados para envolver la tubería a fin de minimizar la posibilidad de que ingresen finos al relleno.

Los geotextiles utilizados para propósitos

de separación o filtro, son especialmente importantes en sistemas de retención de aguas pluviales donde el espacio vacío de relleno debe mantenerse. Los fabricantes de geotextiles pueden proporcionar pautas sobre los productos más apropiados para una aplicación particular, en base a los parámetros de los suelos. 5.2.2 PREPARACION DE LA FUNDACION

Una buena instalación, comienza con un cimiento firme y estable. El fondo de la zanja debe ser apenas sobre-excavado para permitir alojar el material de encamado y debe estar libre de piedras, trozos de tierra, suelo congelado o desechos. Se podrá requerir de sobre-excavación o de sub-excavación a fin de retirar rocas, fango u otros materiales no apropiados ya que podrían no proporcionar un soporte uniforme y apropiado a la tubería. La ASTM y SADMX podrán también proporcionar pautas adicionales en relación a las necesidades de la cimentación en estas situaciones, en base a la exactitud de las condiciones del proyecto.

La presencia de agua en la zanja durante la instalación de la tubería puede crear una situación de peligro y hacer casi imposible la instalación correcta de la tubería. El agua tenderá a hacer que la tubería flote, por lo cual mantener la línea, grado y pendiente se vuelve mucho más difícil. En estas situaciones se requiere efectuar un desagüe. 5.2.3 ENCAMADO (PLANTILLA)

El encamado, es la parte del relleno la cual se coloca directamente sobre el cimiento (fig.5.2.3.1). El encamado deberá ser suficiente como para proporcionar un soporte uniforme y firme para la tubería y mantener la pendiente de la tubería. La profundidad del encamado que se usa comúnmente para referencia es de 10 cm..

10 C

M

Encamado

Cimentación (si fuese necesario)

Fig. 5.2.3.1: Colocación del encamado de la capa de relleno.

Resaque

TuberíaCampana

Fig. 5.2.3.2 Resaque para la campana.

Si una tubería incluye una junta tipo

campana–espiga, donde la campana es más grande que la tubería, se podrá requerir el uso de “agujeros para la campara” (resaque) en la instalación. Los agujeros para la campara son depresiones en el encamado diseñados para acomodar la conexión a fin de que no ocurra un punto de esfuerzo (Fig.5.2.3.2 ). 5.2.4 COLOCACION Y UNION DE LA

TUBERIA

Los tramos de la tubería deben ser bajados hacia la zanja en forma manual o con el uso de equipo, dependiendo del tamaño de la tubería y de las condiciones de la zanja. No arrastre, suelte o haga rodar la tubería para meterla a la zanja. Los empaques, piezas especiales y productos similares deben ser manejados


cuidadosamente, utilizando el equipo y correas apropiados de ser necesario. Estos productos no deberán ser desechados ni manipulados de forma incorrecta. Todas las tuberías y accesorios deberán ser inspeccionados de daños luego de su descenso hacia la zanja pero antes de su conexión. Las tuberías y los extremos de las piezas de conexión deberán estar lo más limpias posible a fin de permitir el correcto ensamblaje y funcionamiento óptimo.

Existen varias opciones de juntas disponibles en compañías miembros de la CPPA. La aplicación, calidad mínima de juntas, tipo de tubería y diámetro determinará la junta más apropiada. Los fabricantes individuales pueden proporcionar información adicional sobre sus propios diseños, así como procedimientos para fabricar juntas en el campo. 5.2.5 ACOSTILLADO

El acostillado, proporciona la mayor parte de la resistencia contra cargas de suelos y tráfico. El material de relleno debe ser instalado en capas o niveles, en forma uniforme a cada lado de la tubería.

Materiales de mayor tamaño y más

angulares pueden generalmente ser colocados en capas más gruesas que el material con partículas de menor tamaño y de forma más redonda. El relleno debe ser puesto bajo la tubería, cuidando de llenar los vacíos. Si se requiere de compactación, esta debe ser realizada de manera tal que no se altere la alineación de la tubería. La

construcción de relleno debe continuar hasta la línea media a fin de completar el área de acostillado, como se muestra en la Fig.5.2.5.1.

Debe prestarse particular atención a la ubicación del relleno y a la compactación alrededor de las conexiones de la tubería en los pozos de visita, sumideros, piezas especiales y otras estructuras. Debido a que puede ser dificultoso trabajar en estas áreas, el proceso de rellenado es a menudo descuidado. Esto puede ocasionar una sedimentación no-uniforme o causar daño al producto. Como medida de precaución en aplicaciones críticas, una junta de tubería puede colocarse cerca del pozo de visita a fin de acomodar la sedimentación diferencial. 5.2.6 RELLENO INICIAL

Fig. 5.2.6.1 Ubicación del relleno inicial.

30 CMRelleno inicial


Encamado

Acostillado

El relleno inicial distribuye las cargas

hacia el acostillado Esta área de la capa de relleno se extiende desde la línea media de la tubería a una altura mínima de 0.15m sobre la corona de la tubería. Debe colocarse y compactarse por capas. Si se hace uso de compactadores mecánicos, es importante no utilizar el equipo directamente sobre la tubería misma. La Fig.5.2.6.1 muestra la ubicación del relleno inicial.

Acostillado

Encamado

Punto medio de la tubería o ecuador


Fig. 5.2.5.1 Colocación del acostillado en el área de relleno.

5.2.7 RELLENO FINAL

El relleno final se extiende desde el relleno inicial hasta la parte superior de la zanja. En instalaciones con mucho tráfico, la altura total del relleno inicial y relleno final debe ser de por lo menos 30cm.; refiérase a la Fig. 5.2.7.1


Debido a que esta parte de la instalación no sostiene directamente la tubería, el tipo de material y nivel de compactación debe basarse en las condiciones de carga de la superficie. Por ejemplo, si calles o autopistas cruzaran la tubería, será necesario el uso de un material relativamente resistente y de un alto nivel de compactación para prevenir asentamientos.

Por el contrario, si el tráfico no es un

problema, entonces la compactación es innecesaria. Suelos nativos excavados son generalmente utilizados para relleno final en instalaciones que no se espera estén sujetas a cargas vehiculares. 5.3 CARGAS DE CONSTRUCCION

En algunos casos, puede requerirse tomar mayor precaución en obras donde exista un tráfico de vehículos de construcción mayor al de la carga del diseño. Los vehículos pesados para construcción pueden colocar cargas inesperadas en la tubería y ocasionar problemas estructurales si la tubería tiene una profundidad bajo tierra menor a 1m. La solución más acertada sería hacer una ruta de tráfico evitando la tubería.

Si no se puede desviar la ruta de los vehículos pesados de construcción, y si la tubería está a poca profundidad, será necesario poner sobre la tubería una capa de tierra firme adicional de un mínimo de 1 m. de profundidad por encima de la corona de la tubería. Este montón de tierra puede quitarse una vez terminada la construcción, cuando no haya más tráfico pesado. SADMX puede proporcionar recomendaciones más

detalladas en base a la carga específica del vehículo y a la información de la distribución de la carga.

Por otra parte, algunos vehículos para construcción, como los utilizados durante la pavimentación, no tienen cargas tan pesadas. En estas situaciones, el mínimo de profundidad sería de 30 cm. puede disminuirse durante la fase de construcción mientras se efectúa el pavimentado, por ejemplo. En la aplicación final, sin embargo, la profundidad mínima debe ser de 30 cm.. La instalación, deberá ser revisada con SADMX para asegurarse de que las cargas no causen ninguna situación desfavorable para el sistema de la tubería.

Hasta el nivel del terreno

5.4 EQUIPO DE COMPACTACION

El grado de compactación requerido puede variar dependiendo del material de relleno y de los requisitos de la instalación. El folleto técnico de la CPPA llamado “Método Estructural de Diseño para la Tubería Corrugada de Polietileno” proporciona información detallada al respecto. El cascajo y grava generalmente no son compactados en forma mecánica, pero requieren de cuidado durante la instalación a fin de eliminar los grandes vacíos en las capas de relleno. A niveles óptimos de humedad, algunos materiales pueden ser compactados a los niveles mínimos recomendados simplemente caminando por encima de cada capa de relleno. Aunque esta técnica pueda no ser aceptable para todas las instalaciones, el punto es que la compactación no siempre necesita de un gran esfuerzo o de equipo de compactación.

En algunas situaciones podrán requerir de

compactación mecánica. El método utilizado dependerá del tipo de material de relleno, grado de compactación requerido y niveles de humedad.

La siguiente información proporciona

ejemplos generales sobre los tipos comunes de equipo de compactación y los suelos para los cuales son los más apropiados. En todos

Fig. 5.2.7.1 Ubicación del relleno final

Relleno final

Acostillado

EncamadoCimentación

(si fuese necesario)

Relleno inicial


los casos, el equipo no debe ser utilizado directamente sobre la tubería, y no debe permitirse que el proceso de compactación cambie la alineación de la tubería. 5.4.1 MAQUINAS COMPACTADORAS

La compactación de la capa de acostillado podría requerir de un pequeño mecanismo de apisonado a fin de obtener la compactación especificada en un área limitada. Puede utilizarse un polín de 2”x4”. Las máquinas apisonadoras deben ser relativamente ligeras y la superficie de apisonado deberá ser limitada a un área no mayor a 0.15 m por 0.15 m.. 5.4.2 PISONES

Los pisones utilizan una acción de impacto para la compactación del relleno. Este equipo trabaja razonablemente bien en suelos con elevadas cantidades de finos, por ejemplo suelos Clase III y Clase IV, aunque el contenido de agua pueda necesitar ser controlado muy de cerca a fin de alcanzar las densidades requeridas. Los pisones no deben utilizarse directamente sobre la tubería. 5.4.3 COMPACTADORES MECANICOS O

“BAILARINES”

Los compactadores mecánicos utilizan una combinación del peso y del movimiento de rodamiento del equipo para consolidar el suelo. Una aplanadora de pata de cabra es un ejemplo de compactador estático que concentra su peso en una serie de salientes de apoyo. Los compactadores mecánicos son de mayor ayuda para materiales no-cohesivos lejos de la tubería. Otros tipos de equipo de compactación deben ser usados cerca de la tubería. 5.4.4 COMPACTADORES VIBRATORIOS Las aplanadoras vibrantes o planchas “mueven” o “sacuden” el suelo hasta volverlo más denso y son de mayor eficacia en agregados no-cohesivos con muy pocos finos, (por ejemplo materiales Clase I y Clase II). Dependiendo del tamaño y peso de la

máquina, los compactadores vibratorios pueden ser utilizados cerca de la tubería. 5.5 ENTIBADO DE ZANJAS

En instalaciones de tuberías, una de los principales problemas es la zanja misma. La pared de la zanja puede inclinarse si existe el espacio adecuado en el lugar. Si la inclinación no es una opción, entonces se puede utilizar ademes para zanjas o alguna otra manera para obtener un área de trabajo segura.

El uso correcto de ademes en zanja es importante para el funcionamiento del sistema. Cuando se usa de manera incorrecta, pueden desbaratar tanto el relleno como las juntas de la tubería. La siguiente información proporciona recomendaciones sobre el modo de utilizar ademes en zanja sin ocasionar problemas a la tubería. Esta información no tiene el propósito de reemplazar los requisitos de seguridad en la instalación, proporcionados en las especificaciones del proyecto.


Encamado

Acostillado

Ademe

Fig. 5.5.1 Uso del ademe en la instalación de las sub-zanjas.

La manera más efectiva de mantener la

integridad de la tubería y relleno es proporcionar una “sub-zanja” para colocar la


tubería y relleno, como se muestra en la Figura 5.5.1. En la Figura 5.5.2 se muestra la construcción del ademe en obra. La sub-zanja debe extenderse por lo menos ¾ del diámetro de la tubería por encima del encamado. El relleno dentro de la sub-zanja debe cumplir con las especificaciones del diseño. El ademe para la

zanja puede extraerse por el borde superior de la sub-zanja sin afectar la tubería o el relleno.

La instalación de la sub-zanja también

facilita el uso de un geotextil alrededor del relleno si así lo requieren las especificaciones del proyecto. La sub-zanja puede ser alineada con el geotextil, y luego envuelta alrededor de la tubería y relleno de manera de que quede algo superpuesta. 5.5.1 INSTALACIONES DE ZANJA

ESTANDAR

Para instalaciones que no requieren de una sub-zanja, arrastrar un ademe de zanja debe ser realizado solamente si éste no daña la tubería o juntas, o si no altera el relleno; de otra manera, el ademe debe levantarse en forma vertical hacia su nueva posición. De ser necesario que un ademe sea arrastrado a través de la zanja, no lo descienda más abajo de la parte superior del relleno inicial. Esto permite que el material de relleno fluya hacia afuera desde la parte inferior del ademe alrededor de la tubería de manera que la alteración al relleno se mantenga al mínimo.

Otra alternativa para circunstancias en las que se precise arrastrar el ademe, es el uso de dos diámetros de relleno de material granular a cualquiera de los lados de la tubería y compactarla a un mínimo de 90% de densidad Proctor estándar. Levante la caja en forma vertical y rellene de inmediato el área entre la estructura de tubería/relleno y la pared de la zanja con un material granular. Esta técnica es menos preferible

que otras opciones debido al alto costo de excavación y relleno.

Fig. 5.5.2

Si el proyecto requiere de un geotextil

alrededor del relleno, utilice un material de relleno granular y compáctelo a un mínimo de 90% densidad estándar Proctor. Levante la caja en forma vertical y rellene de inmediato el área entre la estructura tubería/relleno y la pared de la zanja con un material granular y compacte de acuerdo los requisitos del proyecto. El fabricante del geotextil podrá proporcionar información adicional sobre la conveniencia de la utilización de distintos geotextiles con determinados materiales de relleno o cajas de zanja. 5.6 MODIFICACIONES Y CONEXIONES

EN EL CAMPO 5.6.1 CORTES DE TUBERIA

Generalmente el largo de la tubería necesitará ser modificado en el campo a fin de cumplir con los requisitos del área.

La tubería de polietileno es fácil de cortar con una sierra de mano, sierra alternativa u otra herramienta similar. Para una tubería que va a ser conectada a un pozo de visita, el corte deberá ser efectuado en el valle de corrugación, como se muestra en la Figura 5.6.1.

Fig.5.6.1

Existe una variedad de calidades y configuraciones de juntas, por lo cual, si la tubería es cortada con el propósito de unirla con otro largo de tubería, deben obtenerse instrucciones del fabricante individual de la tubería. Esto a fin de asegurar una operación óptima de las juntas. Las descargas o conexiones que se dirigen hacia la tubería en forma perpendicular a su eje, podrán también


necesitar la conexión a un tubo de bajada o a una tubería de diámetro pequeño a un recolector para aguas pluviales.

Para sistemas que no precisen de hermeticidad al agua, las opciones incluyen el uso de un accesorio de conexión diseñado para tal aplicación. Los sistemas herméticos al agua podrán necesitar de accesorios de conexión adicionales o de adaptadores.

No todos los tamaños o tipos de tubería pueden ser conectados de esta manera. A fin de mantener la integridad de la línea principal de drenaje, el fabricante deberá siempre ser contactado para obtener sugerencias sobre estos tipos de conexiones. 5.6.2 BOTA DE INSERCIÓN

La bota de inserción es la pieza especial más práctica y económica para descargas domiciliarias en drenaje. Además es muy versátil pues aunque esta diseñada para ser utilizada en tubería corrugada de polietileno de alta densidad, también es adaptable a cualquier otro material como PVC, Concreto, Asbesto-cemento, etc. (fig.5.6.2).

Dentro de las ventajas de la bota de

inserción esta su rapidez de instalación, pues solo se requiere una broca sierra para realizar el agujero y toda la demás instalación es mecánica sin requerir de pegamentos especiales o termofusión. Esto permite que se tienda la red de atarjeas, dejando pendientes las descargas domiciliarias, para su posterior instalación.

La bota de inserción está fabricada con materiales de norma por lo que se garantiza la duración de la pieza.

El sistema de bota de inserción contiene

los siguientes elementos: una bota de neopreno y un casquillo con campana o codo a cualquier grado según la instalación o proyecto lo requiera.

Instrucciones De Instalación: Herramientas requeridas:

Se tendrá que utilizar un taladro de uso industrial AC ó DC según las prestaciones de la obra, para la realización del agujero. Use una broca-sierra de metal para tubo de Polietileno y PVC; use

una broca-sierra de diamante para tubo de concreto, barro, acero o fibra de vidrio. El único método recomendado para realizar los agujeros en los tubos es la broca-sierra recomendada por la fábrica con las siguientes medidas:

Descarga de 4” (10 cm) Descarga de 6” (15 cm) Descarga de 8” (20 cm) Además, será necesario también un martillo de 3 kg., una tabla de 2” x 4” y lubricante. Procedimiento de instalación: 1. Haga el agujero del diámetro

correcto. 2. Inserte la bota de neopreno en

el agujero de tal forma que coincidan los labios con la circunferencia del agujero.

3. Aplique lubricante dentro de la

bota de neopreno y en la espiga del casquillo de PVC.

4. Presente la espiga de PVC con

la bota de neopreno. Asegúrese de que la terminación del casquillo coincida con la forma de la bota de neopreno.

5. Utilice la tabla sobre la

campana del casquillo para empujar este hacia adentro ayudándose con el matillo.

6. Instale el albañal de la manera

acostumbrada.

Fig. 5.6.2


5.6.3 EMPAQUES +Los empaques son sellos elastoméricos de neopreno que sirven para sellar las tuberías en sus juntas herméticas. Existen diferentes tipos de empaques de acuerdo al diámetro de la tubería a utilizarse y a la forma de unión. 1.- Empaque Tipo 2 Valles para Tubo con Cople, diámetros 4”, 6”(ver Fig. 5.6.3a). Se coloca el empaque en los primeros dos valles de corrugaciones poniendo la línea blanca y las letras del empaque en el primer valle de corrugación. 2.- Empaque Tipo Aleta de Tiburón, diámetros 10”, 12”, 15” 18” y 24”(ver Fig. 5.6.3b). Se coloca el empaque en el primer valle de corrugación poniendo la línea blanca hacia arriba y las letras del empaque hacia el frente de la tubería. 5.6.4 TEE WYE

Una Tee Wye es una

pieza especial completa diseñada para descargas domiciliarias. Son fabricadas con polietileno de alta densidad, de una sola pieza. Ver Fig. 5.6.4.

Es un cuerpo con doble campana.

Producida con una descarga sencilla o doble con inserción a la línea en 45°, con codo integrada a 45° (para hacer zanjas a 90°) o terminación del disparo en campana.

Tabla 5.6.4.1: Tee Wye

Diseñadas para cumplir con los estándares de hermeticidad en base a la

norma NOM-001-CNA-1995, obligatoria para los sistemas de drenaje sanitario en la Republica Mexicana. Instrucciones De Instalación:

Procedimiento de instalación: 1. En la tubería, indicar la

ubicación de la descarga domiciliaria que se desea colocar.

2. Cortar la tubería. 3. Instalar un empaque en el

valle correspondiente de las tuberías que serán conectadas a la Tee Wye.

4. Aplicar lubricante dentro de la

campana de la Tee Wye a instalar y en las espigas de las tuberías.

Fig. 5.6.3.1

5. Instale las tuberías de la

manera acostumbrada al sistema Campana-espiga. Es necesario instalar la descarga por

encima del primer hemisferio de la tubería

Fig. 5.6.3.1

5.6.5 CONEXIONES A POZOS DE VISITA Los pozos de visita proporcionan puntos para cambios en dirección y tamaño de la tubería; permiten el acceso al sistema.

Fig. 5.6.4.1

El método utilizado para juntar la tubería y la estructura depende de las necesidades del proyecto, tipo de tubería y la forma de la estructura. La práctica más común para tubería corrugada de polietileno y otro tipo de tubería es ahogar la tubería junto con el empaque en la apertura de concreto del pozo de visita. La mezcla del concreto deberá presionarse entre la tubería corrugada y la apertura del pozo de visita. La Figura 5.6.5 proporciona un detalle adicional sobre conexiones de pozos de visita.

Presentación Longitud de descarga

Longitud útil

08” X 06” 240 mm. 250 mm

10” X 06” 250 mm. 350 mm

12” X 06” 350 mm 170 mm


Los pozos de visita de polietileno son diseñados para el uso con tipos específicos de tubería de polietileno a fin de que la conexión se pueda efectuar con un empaque y con otro tipo de junta apropiada para el proyecto. Deberá contactarse a SADMX para recomendaciones adicionales.

conexión con campana de PVC y PAD

Tubería de PVCTubería de Polietileno (PAD)

Empaque

Pared de pozo de visita

Conexión no hermetica con cemento pobre

Cemento pobre no encogible Fig. 5.6.6.1 Detalle de conexión con tuberías de otro

tipo de material.

5.6.7 ALINEACIONES CURVAS

La capacidad de instalación de tuberías en una línea ligeramente curva podría permitir que el sistema de drenaje siga las curvas a lo largo de las carreteras o que evite la interferencia con líneas de servicios públicos existentes sin el uso de piezas de conexión.

Fig. 5.6.5.1. Conexiones de pozos de visita.

5.6.6 CONEXIÓN DE TUBERÍA

CORRUGADA DE POLIETILENO A OTROS MATERIALES

La tubería de polietileno que tiene un exterior e interior corrugado es lo suficientemente flexible como para acomodar varias instalaciones curvas. Los diámetros de menor tamaño pueden ser curvados a un radio más cerrado que las de diámetros mayores. Los empaques u otros conectores generalmente permiten una curvatura adicional.

No es inusual que la tubería corrugada de polietileno sea conectada a otros materiales de tubería. Las opciones disponibles dependen de la calidad de la junta requerida en el sistema y la combinación particular de materiales de tubería. En la mayoría de las aplicaciones de colectores de aguas pluviales, la tubería puede ser conectada empalmando los extremos de la tubería, envolviéndolos con un geotextil y vaciando un dado de concreto alrededor de ellos.

La tubería corrugada de polietileno con interior liso tiene un mayor nivel de rigidez y no es apropiada para flexión. Los fabricantes recomiendan que cualquier curvatura se obtenga solamente en la junta. Dependiendo del tipo de sistema de unión, puede obtenerse hasta 3 grados de desalineamiento angular y seguir manteniendo la integridad de la junta/ unión de la tubería. Si la desalineación no es suficiente para la aplicación, la tubería puede ser cortada en secciones de menor tamaño y unida nuevamente, o puede también utilizarse un codo o coples. SADMX puede proporcionar información sobre el desalineamiento permitido por los diferentes sistemas de unión.

Aunque dicha conexión depende de la

experiencia del contratista, generalmente limitará la intrusión de suelos pero no proporcionará una junta hermética al agua. Las conexiones herméticas al agua entre diferentes materiales requerirán de piezas de especiales (coples de transición) y adaptadores adicionales. Si estas opciones no son aceptables, puede utilizarse un pozo de visita para efectuar la transición. Un ejemplo de conexión hermética al agua comúnmente utilizada se muestra en la Fig.5.6.6.1.


5.7 INSPECCION Y SISTEMAS DE PRUEBA

La instalación de tuberías, como cualquier otro sistema de Tubería, puede beneficiarse con inspecciones frecuentes a fin de asegurar que la tubería está instalada de acuerdo a la especificación. Si una tubería flexible ha sido instalada en forma incorrecta, esto puede a menudo detectarse mediante una inspección a simple vista efectuada inmediatamente luego de la instalación. El problema puede ser entonces resuelto, antes de que sea puesta en servicio.

Un sistema de televisión por circuito cerrado puede ser utilizado para inspeccionar tubería que no puede ser revisada en forma visual debido a su diámetro pequeño o a una situación de peligro. Este procedimiento es muy común en el mercado de colectores/alcantarillado de uso sanitario. La integridad del relleno puede ser evaluado revisando la configuración geométrica del interior de la tubería mientras la cámara hace el recorrido. Inmediatamente se obtiene información detallada sobre la tubería y la alineación de juntas/ uniones. Existen compañías especializadas en este método de inspección. Otras pruebas pueden requerirse ya sea en lugar de la inspección visual o al uso de sistemas por circuito cerrado. El método seleccionado para inspección debe ser de acuerdo al tipo de aplicación. 5.7.1 PRUEBAS DE DEFLEXIÓN

El folleto técnico de la Asociación de tuberías de Polietileno, “Método de Diseño Estructural para la Tubería Corrugada de Polietileno” limita la deflexión a 7.5% del diámetro base. Una inspección visual con una inspección por medio de televisión a circuito cerrado es generalmente todo lo que se requiere para confirmar la calidad de la instalación.

Cuando se pone en duda la calidad de la instalación, el ingeniero podrá requerir pruebas de deflexión. Un “Mandril”, es

pasado a través del pozo de visita hacia el otro pozo de visita. Mientras que la deflexión no exceda las dimensiones del mandril, este pasará por la tubería.

Prueba de presión con deflexión

La información obtenida de pruebas de

mandril puede ser fácilmente mal interpretada, por lo que debe utilizarse mucha precaución al descifrarse los resultados.

Los mandriles podrían no pasar a través

de una tubería debido a una variedad de razones no relacionadas a la deflexión. Por ejemplo, los mandriles podrían no pasar por una tubería que no ha sido limpiada correctamente antes de la prueba. O podrían no distinguir la deflexión de accesorios que pueden sobresalir ligeramente hacia la tubería, desalineaciones leves o cambios en el diámetro de la tubería.

Las pruebas de deflexión se efectúan por

lo general en tuberías de diámetro pequeño que pueden ser difíciles de inspeccionar en forma visual luego de la instalación. Es extremadamente pesado el efectuar pruebas en tuberías de longitud superior a 600 mm. (4”). El mandril deberá a menudo ser desarmado para introducirlo en el pozo de visita y luego ser armado antes de efectuar la prueba. La inspección visual o por medio de televisión por circuito cerrado proporciona información detallada con mucho menor tiempo y esfuerzo.

Si se requiere de pruebas de deflexión, el

procedimiento puede realizarse dentro de los primeros 30 días luego de la instalación. Si la inspección visual o la prueba de deflexión


indican una deflexión excesiva, es importante determinar la ubicación exacta antes de efectuar cualquier reparación. Las cámaras de vídeo pueden proporcionar una mejor visibilidad y ayudar a determinar qué tipo de reparación se necesita.

Las áreas aisladas de deflexión

severa pueden ser el resultado de cargas de construcción encima de la tubería antes de que se haya colocado esta en una profundidad adecuada. Estas áreas pueden ser moldeadas nuevamente con el uso de equipo especial sin necesidad de excavación. Longitudes extensas de tubería con altos niveles de deflexión pueden ser motivo de una mala instalación.

Dependiendo de la severidad de la

deflexión, el material que se encuentra alrededor de la tubería tendrá que ser removido y remplazado por un relleno recomendado. En cambio, si no se ha deflexionado al punto de crear una contra curva, puede permitírsele que retome su forma redondeada y ser utilizado nuevamente. 5.7.2 PRUEBAS DE PRESION Aunque un sistema está diseñado para operar en condiciones donde no existe presión, las juntas de la tubería podrían requerir ser herméticas al agua. Los colectores para uso sanitario y algunos colectores para aguas pluviales en áreas de sensibilidad ambiental son ejemplos de estas aplicaciones. A fin de validar el funcionamiento instalado de estos sistemas, son a veces probados con presión luego de la instalación. Puede utilizarse aire o agua, aunque es más común el uso de aire debido a consideraciones de seguridad. Sin embargo la mayoría aplica la NOM-001-CNA-1995 (Especificaciones de Hermeticidad, por la Comisión Nacional del Agua) que requiere de presión de agua en la tubería de 0.5kg/cm2 y deberá mantenerse por un lapso de 15 minutos. La prueba de aire depende de la longitud y diámetro de la tubería.

Prueba de presión

5.8 RESUMEN

La tubería corrugada de polietileno requiere de cierto cuidado durante su almacenamiento y manipuleo en el lugar. Cuando la tubería no puede ser manipulada manualmente en forma fácil y segura, se puede hacer uso de equipo acolchado para levantar la tubería.

El material de relleno debe colocarse y compactarse alrededor de la tubería de manera que no afecte la alineación de la tubería. Debe colocarse en capas o niveles en forma uniforme en cualquiera de los lados de la tubería y ser compactada de la manera requerida. El material de relleno estructural debe extenderse un mínimo de 6” (0.15 m) por encima de la corona de la tubería. Una profundidad mínima en instalaciones de tráfico no debe ser inferior a 1” (0.3 m). Si se precisa de equipo de compactación mecánico, se debe cuidar de no utilizarlo directamente sobre la tubería.

Las cajas de zanja mejoran la seguridad del operador, pero pueden ocasionar problemas para la tubería cuando se utilizan en forma incorrecta. Para un funcionamiento óptimo, la caja deberá ser jalada a través de la sub-zanja. Si esto no es posible, métodos alternativos se presentan en este texto.

La tubería puede ser modificada en el lugar en forma relativamente fácil con el uso de herramientas comunes. Si se precisa acortar el largo para conexión con una boca de inspección o estructura similar, la tubería es generalmente cortada en el valle de la


corrugación. Si la tubería precisa ser cortada para fines de re-conexión, se deberá contactar al fabricante para obtener recomendaciones más específicas a fin de asegurar la óptima operación de la junta terminada.

La inspección ayuda a garantizar que la tubería se encuentre instalada de acuerdo a los requisitos del proyecto. Los proyectos diseñados e instalados de acuerdo a lo estipulado en la Sección Método de Diseño Estructural para Tubería Corrugada de Polietileno se mantendrán dentro de límites

aceptables de operación. La integridad de la instalación puede generalmente ser verificada mediante una inspección visual o mediante el uso de televisión por circuito cerrado en situaciones donde el acceso no es posible. Las pruebas de deflexión utilizando mandriles son una forma alternativa de controlar la deflexión aunque pueden proporcionar información inexacta. Los sistemas no presurizados herméticos al agua podrían requerir del uso de presión de acuerdo a prácticas comunes luego de la instalación a fin de verificar su funcionamiento.


Una cantidad sustancial de investigación ha sido realizada sobre tuberías de polietileno corrugadas y de otro tipo a través de evaluaciones de campo, pruebas sobre el indicador de presiones y análisis en computadora. Los proyectos, resumidos en el Apéndice, proporcionan información adicional al presente folleto técnico.

La operación de la tubería corrugada de

polietileno de alta densidad ha sido ampliamente documentada e investigada tanto en laboratorios como en instalaciones de campo. Este trabajo respalda el tradicionalismo de este procedimiento de diseño. Varios proyectos de investigación se discuten en la sección Investigación e Instalaciones. 6.1 RESUMEN DE PROYECTOS DE

INVESTIGACIÓN SOBRE TUBERÍA CORRUGADA DE POLIETILENO

“Analysis of the Performance of a Buried High Density Polyethylene Pipe, Escrito por Naila Hashash y Ernest Selig, Universidad de Massachusetts, y publicada en Structural Performance of Flexible Pipes, editado por Sargand, Mitchel and HUD, Octubre 1990, p. 95-103.

En 1988 el Departamento de Transporte de Pennsylvania comenzó un estudio para evaluar el comportamiento de tubería corrugada de polietileno rellenada con piedra machacada bajo una profundidad de 100’ (30.5 m). Este documento, el cual es un reporte sobre la condición de la tubería 722 días después de su instalación, hace un resumen de una de las más instrumentales instalaciones de tubería hasta la fecha. La deflexión vertical medida fue de 4.6% y la deflexión horizontal fue de 0.6%. Esto queda dentro del limite de 7.5% generalmente aceptado. El arqueo de suelos redujo la carga en la tubería por 77%, lo cual muestra que la carga de prisma es un método muy conservador para estimar este componente de carga.

“Field Performance of Corrugated Polyethylene Pipe” Escrito por John Hurd, Departamento de Transporte de Ohio, y publicado en la revista Public Works, en Octubre de 1987. Este artículo hace un resumen del resultado de una investigación de campo efectuada en 1985 en 172 instalaciones de alcantarillado. Estas instalaciones representaron aplicaciones reales donde los procedimientos de relleno podrían o no ser realizadas de acuerdo a las recomendaciones del Estandard ODOT. Sin embargo, los primeros resultados relativos a la integridad estructural fueron que una profundidad poco profunda, aun con trafico de camiones pesados, no pareció causar cantidades significativas de deflexión; la deflexión que ocurrió se debió a la instalación.

“Investigation of the long-term Creep Modulus for Buried Polyethylene Pipes Subjected to Constant Deflection” Escrito por Lars-Eric Janson y publicada en Advances in Underground Pipeline Engineering, Conferencia Internacional, auspiciada por la Pipeline División de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Agosto 1985, pp-253-262. El autor evalúa el efecto del tiempo en la operación de tubería de polietileno visco-elástica. La recomendación de utilizar propiedades de resistencia a corto plazo (rápidas) se efectúa cuando la tubería está llena en suelos compactados.

“Pipe Deflections – A Redeemable Asset” Escrito por Dr. Lester Gabriel, Michael Katona y publicado en Structural Performance of Flexible Pipes, editado por Sargand, Mitchell y Hurd, Octubre, 1990, pp-16. Este trabajo proporciona una descripción fácil de leer del papel de la deflexión sobre tubería flexible de correcto funcionamiento. La deflexión no es una desventaja, es un comportamiento que fuerza al material de relleno a tomar una cantidad desproporcionada de carga. La deflexión permite que la tubería flexible sea instalada en aplicaciones sorprendentemente profundas.


“Response of Profiled PAD Pipe in Hoop Compression” Escrito por Ian Moore y Fuping Hu y presentado al Trasnportation Researh Board, Enero, 1995. Los autores realizaron un análisis de elemento finito tridimensional para evaluar el esfuerzo resultante de la tubería evaluada en el reporte “Laboratory Test of Buried Pipe in Hoop Compression.”

“Short-term Versus Long-term Pipe Ring Stiffness in the Design of Buried Plastic Sewer Pipes” Escrito por Lars-Eric Janson y publicado en Pipeline Design and Installation, Conferencia Internacional auspiciada por el Comité de Planeamiento de Tuberías de la División de Tuberías de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Marzo, 1990, pp.160-167. Este reporte describe el comportamiento visco-elástico del polietileno. El autor apoya el uso de las propiedades a corto plazo del polietileno cuando la tubería es llenada en un ambiente estable, tal como ser suelos arcillosos/sedimentados.

“Stress Relaxation Characteristics of the PAD Pipe-Soil System” Escrito por Larry Petroff y publicado en Pipeline Design and Installation, Conferencia Internacional auspiciada por el Comité de Planeamiento de Tuberías de la División de Tuberías de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Marzo, 1990, pp.280-293.

Este es un excelente reporte sobre la naturaleza visco-elástica del polietileno y discute la relación de los comportamientos de forma y esfuerzo. Uno de los puntos más importantes es la manera en que la deflexión disminuye con el tiempo; más del 80% de la deflexión total que una tubería experimentará durante su vida ocurrirá durante los primeros treinta días. Petroff también indica que el esfuerzo más alto para una tubería de polietileno enterrada en un material compactado granular ocurre luego de la instalación pero se relaja enseguida. El material de relleno debe ser colocado en capas y compactado de manera pareja, dependiendo de las necesidades del proyecto,

en ambos lados de la tubería. Esto permite que el relleno fluya entre las corrugaciones de la tubería, minimiza las oportunidades para vacíos en la estructura y asegura una resistencia uniforme.

6.2 RESUMEN DE RESULTADOS DE

INVESTIGACIONES SOBRE INSTALACIÓN DE TUBERÍA CORRUGADA DE POLIETILENO

La tubería corrugada de polietileno ha sido ampliamente investigada tanto en laboratorio como en instalaciones actuales. Esta sección hace un resumen de los resultados de algunos de estos proyectos. “Analysis of the Performance of a Buried High Density Polyethylene Pipe, Escrito por Naila Hashash y Ernest Selig, Universidad de Massachusetts, y publicada en Structural Performance of Flexible Pipes, editado por Sargand, Mitchel and HUD, Octubre 1990, p. 95-103.

En 1988 el Departamento de Transporte de Pennsylvania comenzó un estudio para evaluar el comportamiento de tubería corrugada de polietileno de alta densidad rellenada con piedra machacada bajo una profundidad de 100’ (30.5 m). Este documento, el cual es un reporte sobre la condición de la tubería 722 días después de su instalación, hace un resumen de una de las más instrumentales instalaciones de tubería hasta la fecha. La deflexión vertical medida fue de 4.6% y la deflexión horizontal fue de 0.6%. Esto queda dentro del límite de 7.5% generalmente aceptado. El arqueo de suelos redujo la carga en la tubería en un 77%, lo cual muestra que la carga de prisma es un método muy conservador para estimar este componente de carga. “Field Performance of Corrugated Polyethylene Pipe” Escrito por John Hurd, Departamento de Transporte de Ohio, y publicado en la revista Public Works, en Octubre de 1987.


Este artículo hace un resumen del resultado de una investigación de campo efectuada en 1985 en 172 instalaciones de alcantarillado. Estas instalaciones representaron aplicaciones reales donde los procedimientos de relleno podrían o no ser realizadas de acuerdo a las recomendaciones del estándar ODOT. Sin embargo, los primeros resultados relativos a la integridad estructural fueron que una profundidad poco profunda, aun con tráfico de camiones pesados, no pareció causar cantidades significativas de deflexión; la deflexión que ocurrió se debió a la instalación. “Laboratory Test of Buried Pipe in Hoop Compression” Escrito por Ernest Selig, Leonard DiFrancesco and Timothy McGrath, and published in Buried Plastic Pipe Technology – 2nd Volume, 1994, pp. 119-132.

Este proyecto incluyó el desarrollo de un aditamento a fin de someter a la tubería a fuerzas puramente compresivas. Una presión de 55 psi (380 kPa) fue alcanzada donde se desarrollaron problemas de equipo. Los autores indicaron que esta presión era equivalente a 100 pies (30.5m) de profundidad en otros estudios que habían realizado. A esta presión, la tubería también experimentó un acortamiento circunferencial de 3%. “Pipe Deflections – A Redeemable Asset” Escrito por Dr. Lester Gabriel, Michael Katona y publicado en Structural Performance of Flexible Pipes, editado por Sargand, Mitchell y Hurd, Octubre, 1990, pp-16.

Este trabajo proporciona una descripción fácil de leer del papel de la deflexión sobre tubería flexible de correcto funcionamiento. La deflexión no es una desventaja, es un comportamiento que fuerza al material de relleno a tomar una cantidad desproporcionada de carga. La deflexión permite que la tubería flexible sea instalada en aplicaciones sorprendentemente profundas. “Short-term Versus Long-term Pipe Ring Stiffness in the Design of Buried Plastic

Sewer Pipes” Escrito por Lars-Eric Janson y publicado en Pipeline Design and Installation, Conferencia Internacional auspiciada por el Comité de Planeamiento de Tuberías de la División de Tuberías de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Marzo, 1990, pp.160-167.

Este reporte describe el comportamiento viscoelástico del polietileno. El autor apoya el uso de las propiedades a corto plazo del polietileno cuando la tubería es llenada en un ambiente estable, tal como ser suelos arcillosos/sedimentados.

“Stress Relaxation Characteristics of the PAD Pipe-Soil System” Escrito por Larry Petroff y publicado en Pipeline Design and Installation, Conferencia Internacional auspiciada por el Comité de Planeamiento de Tuberías de la División de Tuberías de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Marzo, 1990, pp. 280-293.

Este es un excelente reporte sobre la naturaleza viscoelástica del polietileno y discute la relación de los comportamientos de forma y esfuerzo. Uno de los puntos más importantes es la manera en que la deflexión disminuye con el tiempo; más del 80% de la deflexión total que una tubería experimentará durante su vida ocurrirá durante los primeros treinta días. Petroff también indica que el esfuerzo más alto para una tubería de polietileno enterrada en un material compactado granular ocurre luego de la instalación pero se relaja enseguida. El material de relleno debe ser colocado en capas y compactado de manera pareja, dependiendo de las necesidades del proyecto, en ambos lados de la tubería. Esto permite que el relleno fluya entre las corrugaciones de la tubería, minimiza las oportunidades para vacíos en la estructura y asegura una resistencia uniforme. “Stifness of PAD Pipe in Ring Bending”, Escrito por Timothy McGrath, Ernest Selig and Leonard DiFrancesco, y publicado en Buried Plastic Pipe Technology – 2nd Volume, 1994, pp. 195-205.


Este proyecto fue realizado a fin de determinar de qué manera o si el módulo de elasticidad cambia con el tiempo. La tubería fue sujeta a deflexión y se mantuvo en posición para generar una curva de esfuerzo/tensión. Aunque los resultados aparentaban demostrar que el material perdía resistencia con el tiempo, cargas incrementadas repetidas ocasionaron que la tubería responda con su módulo a corto plazo, el cual no disminuyó en ningún momento.

“Structural Performance of Three Foot Corrugated Polyethylene Pipe Buried Under High Soil Cover” Escrito por Reynold K. Waltkins and published in Structural Performance of Flexible Pipes, editado por Sargand, Mitchell and Hurd., Octubre 1990, pp.105-107.

Una tubería corrugada de polietileno de

3’ (900 mm) de diámetro fue sujeta a ensayo en una celda de carga para determinar si operaba de igual manera que los tamaños más pequeños. El autor apoya el uso del módulo de elasticidad a corto plazo para diseño y reconoce la relajación de esfuerzos. El reporte concluye que “No existe razón por la cual tuberías corrugadas de polietileno de diámetro de 3’ (900 m) no puedan operar estructuralmente bajo una elevada profundidad de suelos, siempre y cuando se coloque y compacte cuidadosamente un relleno granular de buena calidad”. Esto es consistente con las recomendaciones sobre relleno y material presentadas en las secciones previas.


REFERENCIAS

1-Gabriel, Lester. “Abrasión Resistance of Polyethylene and Other Pipes.” California State University, Sacramento, California, 1990. 2-Goddard, James. “Nine Year Performance Review of a 24-inch Diameter Culvert in Ohio.” Sargand, Shd; Mitchell, Gaylee; and Hurd, John; eds. Structural Performance of Flexible Pipes. Proceedings of the First National Conference on Flexible Pipes; October 21-23, 1990; Columbus, Ohio. Rotterdam, Netherlands: A.A. Balkema. 1990. 3-Goodard, james. “Performance Review of a Corrugated Polyethylene Cross Drain” Public Works Magazine. January 1996, p. 47.

4- American Society of Civil Engineers and Water Pollution Control Federation, Gravity Sanitary Sewer Design and Construction. New York, N.Y., p. 105, 1982.

5- ibídem. p. 107 6- Steven L. Barfuss and J. Paul Tullis, Report on the Friction Factor Tests on High Density Polyethylene Pipe. Logan, Utah: Utah State University Water Research Laboratory; 1988. 7-American Society of Civil Engineers and water Pollution Control Federation, Gravity Sanitary Sewer Design and Construction. New York, N.Y., p. 95, 1982.

8- Ibídem, p. 95


pagina no. 1 - sadmx.comsadmx.com/documentos/5 manual de drenaje.pdf · en una variedad de...

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