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REDES DE ALCANTARILLADO

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Criterios de Diseño para Redes
de Alcantarillado Empleando
Tubería de PVC
Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC
I -1
I N D I C E G E N E R A L
Página
1. Introducción 1-1
1.1. Generalidades 1-1
1.2. Los alcantarillados 1-1
1.3. Alcantarillados con PVC 1-1
1.4. La tubería de PVC DURADRÉN 1-2
1.4.1.Especificaciones dimensionales de la tubería DURADREN 1-2
1.5. Terminología en alcantarillado 1-4
1.6. Sistemas de alcantarillado 1-6
1.7. Cumplimiento de normas nacionales e internacionales 1-6
2. Requerimientos técnicos de una red de alcantarillado 2-1
2.1. Especificaciones de diseño 2-1
2.1.1. Velocidad permisible 2-1
2.1.2. Pendientes permisibles 2-1
2.2. Aportaciones de aguas residuales 2-2
2.2.1. Cuantificación de los gastos de aguas residuales 2-3
2.2.1.1. Gasto medio diario 2-4
2.2.1.2. Gasto mínimo 2-4
2.2.1.3. Gasto máximo instantaneo 2-5
2.2.1.4. Gasto máximo extraordinario 2-6
3. Aspectos hidráulicos de los alcantarillados 3-1
3.1. Fórmulas para cálculos hidráulicos 3-1
3.1.1. Fórmula de Manning 3-1
3.1.1.1. Corrección de Thormann 3-3
3.1.2. Fórmula de Darcy-Weisbach 3-7
3.1.3. Fórmula de Chezy 3-9
3.2. Efecto de la deflexión de la tubería en la capacidad de descarga 3-10
3.3. La sedimentación en los tubos de alcantarillado 3-13
Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC
I -2
Página
4. Aspectos mecánicos 4-1
4.1. Rigidez de la tubería 4-1
4.2. Influencia del suelo en la tubería enterrada 4-3
4.3. Influencia del tráfico vehicular en la tubería enterrada 4-3
4.3.1. Cargas máximas permisibles en México para los vehículos 4-4
4.4. Fórmulas para el cálculo de deflexión 4-5
4.4.1. Teoría de deflexión de Spangler 4-5
4.4.2. Clasificación de los suelos 4-8
4.4.2.1. Módulo de reacción del suelo (E') 4-9
5. Instalación y mantenimiento 5-1
5.1. Transporte, manejo y almacenamiento en obra 5-1
5.1.1. Transporte 5-1
5.1.2. Carga, descarga y manejo 5-2
5.1.3. Almacenamiento en obra 5-3
5.2. Instalación 5-5
5.2.1. Conexiones de la línea Duradrén 5-5
5.2.2. Acoplamiento de la tubería 5-5
5.2.3. Instalación en la zanja 5-8
5.2.4. Dimensiones de zanja 5-9
5.2.5. Rendimiento de instalación 5-10
5.2.6. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11
5.3. Pruebas de hermeticidad en sistemas de alcantarillado 5-12
5.3.1. Pruebas hidrostáticas 5-12
5.3.2. Pruebas neumáticas 5-13
5.4. Mantenimiento 5-17
5.4.1. Equipo hidroneumático de limpieza ( limpieza a alta presión) 5-18
6. Bibliografía 6-1
Anexos
A1. Cuadros de deflexión de la tubería Duradrén A1-1
A2. Resistencia química del tubo de PVC 1114 A2-1
A3. Tablas complementarias A3-1
Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC
I -3
I N D I C E DE CUADROS
Página
Cuadro 1.1. Especificaciones de la tubería Duradrén Inglés 1-2
Cuadro 1.2. Especificaciones de la tubería Duradrén Métrico 1-2
Cuadro 1.3. Normas de la tubería Duradrén 1-5
Cuadro 2.1. Velocidades permisibles para tuberías de diferentes
materiales 2-1
Cuadro 2.2. Pendientes permisibles para tubería usando la fórmula de
Manning, n=0.009 2-2
Cuadro 2.3. Cosumo doméstico per capita 2-3
Cuadro 2.4. Clasificación de climas por su temperatura 2-3
Cuadro 2.5. Periodo de diseño para elemetos de sistemas de agua potable
y alcantarillado 2-3
Cuadro 2.6. Gastos mínimos recomendados para diferentes diámetros 2-5
Cuadro 2.7. Gastos mínimos recomendados para PVC 2-5
Cuadro 3.1. Cálculo del área, perímetro mojado y radio hidráulico, con la
corrección de Thormann 3-5
Cuadro 3.2. Valores recomendados de rugosidad en los sistemas (ε' ) con
tubería de PVC 3-10
Cuadro 3.3. Reducción de la sección transversal del tubo y el gasto,
debido a la deflexión 3-11
Cuadro 3.4. Fricción requerida por los alacntarillados según el tipo de
material para ser usada en la figura 3.7. 3-14
Cuadro 4.1. Rigidez de la tubería Duradrén S.I. 4-1
Cuadro 4.2. Pesos de diferentes vehículos automotores 4-4
Cuadro 4.3. Factor de impacto vs profundidad de relleno 4-7
Cuadro 4.4. Principales tipos de suelos (SUCS) 4-8
Cuadro 4.5. Valores promedio del módulo de reacción del suelo (E') (Para
la deflexión inicial en tubos flexibles) 4-9
Cuadro 4.6. Guía aproximada para estimar el rango del grado de
compactación vs la clase y el método de relleno como
porcentaje Proctor o de la Densidad Relativa para materiales
granulares 4-10
Cuadro 4.7. Porcentaje Proctor y Módulo de reacción del suelo (E') para
diferentes clases de suelo 4-10
Cuadro 5.1. Capacidad de carga de tubería en camión tipo torton 5-1
Cuadro 5.2. Dimensiones de zanja recomendadas 5-9
Cuadro 5.3. Rendimiento de lubricante para uniones anger 5-10
Cuadro 5.4. Rendimiento de instalación 5-10
Cuadro 5.5. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 1 PSI
(0.070 kg/cm2
) en función de la longitud de prueba para Q
= 0.000457 m3
/min/m2
5-16
Cuadro 5.6. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 0.5
PSI (0.035 kg/cm2
) en función de la longitud de prueba
para Q = 0.000457 m3
/min/m2
5-16
Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC
I -4
I N D I C E DE F I G U R A S
Página
Figura 1.1. Tubería de PVC para alcantarillado 1-3
Figura 3.1. Radio hidráulico, perímetro mojado, diámetro del tubo
totalmente lleno y parcialmente lleno 3-1
Figura 3..2. Relación del grado de llenado (d/D), gasto (Qp/Qt) y velocidad
(Vp/Vt), normal y con la corrección de Thormann 3-4
Figura 3.3. Viscosidad cinemática (υ) del agua a presión atmosférica del
nivel del mar 3-9
Figura 3.4. Efecto de la deflexión en la conducción en tubos de PVC 3-11
Figura 3.5. Transporte de material sólido a través de los alcantarillados 3-12
Figura 3.6. Alcantarillados parcialmente llenos 3-13
Figura 3.7. Pendiente requerida en relación al diámetro y al grado de
llenado en el tubo, para evitar sedimentación 3-15
Figura 4.1. Conceptos de diseño para varios tipos de tubos enterrados 4-2
Figura 4.2. Acción del suelo sobre el tubo 4-3
Figura 4.3. Valores del coeficiente Cd para usarse en la fórmula 4.4. 4-6
Figura 4.4. Valor del coeficiente Cs para usarse en la fórmula 4.6. 4-7
Figura 5.1. Transporte de la tubería 5-2
Figura 5.2. Carga, descarga y manejo de la tubería 5-3
Figura 5.3. Almacenamiento en obra 5-4
Figura 5.4. Almacenamiento a la intemperie 5-4
Figura 5.5. Silleta con Desv./45º 5-5
Figura 5.6. Codo de 45º 5-5
Figura 5.7 Codo de 90º 5-5
Figura 5.8. Cople reparación 5-5
Figura 5.9. Acoplamiento de la tubería Duradrén 5-6
Figura 5.10. Forma de Instalación de la tubería 5-6
Figura 5.11. Unión anger utilizada en la tubería Duradrén mostrando el
anillo empaque (según Norma NMX-E-111) 5-7
Figura 5.12. Zanja tipo 5-8
Figura 5.13. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11
Figura 5.14. Equipo de limpieza a alta presión (hidroneumático) 5-18

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2.0 criterios de-diseno-de-redes-de-alcantarillado

  • 2. Productos Nacobre, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC
  • 3. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC I -1 I N D I C E G E N E R A L Página 1. Introducción 1-1 1.1. Generalidades 1-1 1.2. Los alcantarillados 1-1 1.3. Alcantarillados con PVC 1-1 1.4. La tubería de PVC DURADRÉN 1-2 1.4.1.Especificaciones dimensionales de la tubería DURADREN 1-2 1.5. Terminología en alcantarillado 1-4 1.6. Sistemas de alcantarillado 1-6 1.7. Cumplimiento de normas nacionales e internacionales 1-6 2. Requerimientos técnicos de una red de alcantarillado 2-1 2.1. Especificaciones de diseño 2-1 2.1.1. Velocidad permisible 2-1 2.1.2. Pendientes permisibles 2-1 2.2. Aportaciones de aguas residuales 2-2 2.2.1. Cuantificación de los gastos de aguas residuales 2-3 2.2.1.1. Gasto medio diario 2-4 2.2.1.2. Gasto mínimo 2-4 2.2.1.3. Gasto máximo instantaneo 2-5 2.2.1.4. Gasto máximo extraordinario 2-6 3. Aspectos hidráulicos de los alcantarillados 3-1 3.1. Fórmulas para cálculos hidráulicos 3-1 3.1.1. Fórmula de Manning 3-1 3.1.1.1. Corrección de Thormann 3-3 3.1.2. Fórmula de Darcy-Weisbach 3-7 3.1.3. Fórmula de Chezy 3-9 3.2. Efecto de la deflexión de la tubería en la capacidad de descarga 3-10 3.3. La sedimentación en los tubos de alcantarillado 3-13
  • 4. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC I -2 Página 4. Aspectos mecánicos 4-1 4.1. Rigidez de la tubería 4-1 4.2. Influencia del suelo en la tubería enterrada 4-3 4.3. Influencia del tráfico vehicular en la tubería enterrada 4-3 4.3.1. Cargas máximas permisibles en México para los vehículos 4-4 4.4. Fórmulas para el cálculo de deflexión 4-5 4.4.1. Teoría de deflexión de Spangler 4-5 4.4.2. Clasificación de los suelos 4-8 4.4.2.1. Módulo de reacción del suelo (E') 4-9 5. Instalación y mantenimiento 5-1 5.1. Transporte, manejo y almacenamiento en obra 5-1 5.1.1. Transporte 5-1 5.1.2. Carga, descarga y manejo 5-2 5.1.3. Almacenamiento en obra 5-3 5.2. Instalación 5-5 5.2.1. Conexiones de la línea Duradrén 5-5 5.2.2. Acoplamiento de la tubería 5-5 5.2.3. Instalación en la zanja 5-8 5.2.4. Dimensiones de zanja 5-9 5.2.5. Rendimiento de instalación 5-10 5.2.6. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11 5.3. Pruebas de hermeticidad en sistemas de alcantarillado 5-12 5.3.1. Pruebas hidrostáticas 5-12 5.3.2. Pruebas neumáticas 5-13 5.4. Mantenimiento 5-17 5.4.1. Equipo hidroneumático de limpieza ( limpieza a alta presión) 5-18 6. Bibliografía 6-1 Anexos A1. Cuadros de deflexión de la tubería Duradrén A1-1 A2. Resistencia química del tubo de PVC 1114 A2-1 A3. Tablas complementarias A3-1
  • 5. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC I -3 I N D I C E DE CUADROS Página Cuadro 1.1. Especificaciones de la tubería Duradrén Inglés 1-2 Cuadro 1.2. Especificaciones de la tubería Duradrén Métrico 1-2 Cuadro 1.3. Normas de la tubería Duradrén 1-5 Cuadro 2.1. Velocidades permisibles para tuberías de diferentes materiales 2-1 Cuadro 2.2. Pendientes permisibles para tubería usando la fórmula de Manning, n=0.009 2-2 Cuadro 2.3. Cosumo doméstico per capita 2-3 Cuadro 2.4. Clasificación de climas por su temperatura 2-3 Cuadro 2.5. Periodo de diseño para elemetos de sistemas de agua potable y alcantarillado 2-3 Cuadro 2.6. Gastos mínimos recomendados para diferentes diámetros 2-5 Cuadro 2.7. Gastos mínimos recomendados para PVC 2-5 Cuadro 3.1. Cálculo del área, perímetro mojado y radio hidráulico, con la corrección de Thormann 3-5 Cuadro 3.2. Valores recomendados de rugosidad en los sistemas (ε' ) con tubería de PVC 3-10 Cuadro 3.3. Reducción de la sección transversal del tubo y el gasto, debido a la deflexión 3-11 Cuadro 3.4. Fricción requerida por los alacntarillados según el tipo de material para ser usada en la figura 3.7. 3-14 Cuadro 4.1. Rigidez de la tubería Duradrén S.I. 4-1 Cuadro 4.2. Pesos de diferentes vehículos automotores 4-4 Cuadro 4.3. Factor de impacto vs profundidad de relleno 4-7 Cuadro 4.4. Principales tipos de suelos (SUCS) 4-8 Cuadro 4.5. Valores promedio del módulo de reacción del suelo (E') (Para la deflexión inicial en tubos flexibles) 4-9 Cuadro 4.6. Guía aproximada para estimar el rango del grado de compactación vs la clase y el método de relleno como porcentaje Proctor o de la Densidad Relativa para materiales granulares 4-10 Cuadro 4.7. Porcentaje Proctor y Módulo de reacción del suelo (E') para diferentes clases de suelo 4-10 Cuadro 5.1. Capacidad de carga de tubería en camión tipo torton 5-1 Cuadro 5.2. Dimensiones de zanja recomendadas 5-9 Cuadro 5.3. Rendimiento de lubricante para uniones anger 5-10 Cuadro 5.4. Rendimiento de instalación 5-10 Cuadro 5.5. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 1 PSI (0.070 kg/cm2 ) en función de la longitud de prueba para Q = 0.000457 m3 /min/m2 5-16 Cuadro 5.6. Tiempo mínimo requerido para una caida de presión de 0.5 PSI (0.035 kg/cm2 ) en función de la longitud de prueba para Q = 0.000457 m3 /min/m2 5-16
  • 6. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC I -4 I N D I C E DE F I G U R A S Página Figura 1.1. Tubería de PVC para alcantarillado 1-3 Figura 3.1. Radio hidráulico, perímetro mojado, diámetro del tubo totalmente lleno y parcialmente lleno 3-1 Figura 3..2. Relación del grado de llenado (d/D), gasto (Qp/Qt) y velocidad (Vp/Vt), normal y con la corrección de Thormann 3-4 Figura 3.3. Viscosidad cinemática (υ) del agua a presión atmosférica del nivel del mar 3-9 Figura 3.4. Efecto de la deflexión en la conducción en tubos de PVC 3-11 Figura 3.5. Transporte de material sólido a través de los alcantarillados 3-12 Figura 3.6. Alcantarillados parcialmente llenos 3-13 Figura 3.7. Pendiente requerida en relación al diámetro y al grado de llenado en el tubo, para evitar sedimentación 3-15 Figura 4.1. Conceptos de diseño para varios tipos de tubos enterrados 4-2 Figura 4.2. Acción del suelo sobre el tubo 4-3 Figura 4.3. Valores del coeficiente Cd para usarse en la fórmula 4.4. 4-6 Figura 4.4. Valor del coeficiente Cs para usarse en la fórmula 4.6. 4-7 Figura 5.1. Transporte de la tubería 5-2 Figura 5.2. Carga, descarga y manejo de la tubería 5-3 Figura 5.3. Almacenamiento en obra 5-4 Figura 5.4. Almacenamiento a la intemperie 5-4 Figura 5.5. Silleta con Desv./45º 5-5 Figura 5.6. Codo de 45º 5-5 Figura 5.7 Codo de 90º 5-5 Figura 5.8. Cople reparación 5-5 Figura 5.9. Acoplamiento de la tubería Duradrén 5-6 Figura 5.10. Forma de Instalación de la tubería 5-6 Figura 5.11. Unión anger utilizada en la tubería Duradrén mostrando el anillo empaque (según Norma NMX-E-111) 5-7 Figura 5.12. Zanja tipo 5-8 Figura 5.13. Instalación de la descarga domiciliaria 5-11 Figura 5.14. Equipo de limpieza a alta presión (hidroneumático) 5-18
  • 8. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 1 CRITERIOS DE DISEÑO PARA REDES DE ALCANTARILLADO EMPLEANDO TUBERIA DE PVC. 1.- INTRODUCCION. 1.1.- Generalidades. Tubos Flexibles S.A. de C.V. fabricante de líneas de Poli (cloruro de Vinilo) (PVC), para diferentes aplicaciones: alcantarillado, hidráulica, sanitario, riego, ducto telefónico, protección de cables, etc. Las línea DURADREN ya sea en sistema INGLÉS o MÉTRICO, por sus propiedades fisicoquímicas es la opción para un saneamiento ecológico. El presente boletín técnico, se elaboró, con la finalidad de proporcionar los criterios de diseño básicos para la aplicación del tubo PVC en alcantarillado. El alcantarillado se define como la red de alcantarillas, generalmente tuberías enterradas, a través de las cuales se deben evacuar en forma rápida y segura las aguas residuales y pluviales conduciéndolas a cauces o plantas de tratamiento establecidas. 1.2.- Los alcantarillados Los alcantarillados en la mayoría de los casos funcionan por gravedad aprovechando la pendiente propia del terreno, aunque en zonas muy planas se hace necesario el uso de sistemas de bombeo. Actualmente el uso de la tubería se ha generalizado para conducir el agua de desecho. A través del tiempo se han usado distintos materiales en la fabricación de esta tubería como es la de cerámica ( barro, barro vidriado ), concreto, asbesto-cemento, fibrocemento y en las últimas décadas los materiales plásticos como Policloruro de Vinilo PVC y polietileno ( PE ). 1.3.- Alcantarillados con PVC En México los alcantarillados, usando tubería de PVC, han tenido aplicaciones satisfactorias, en Europa y EE.UU. su uso es muy generalizado, ya que se aprovecharon las grandes ventajas que tiene este material tales como, resistencia química, hermeticidad, ligereza, impermeabilidad, pared interior lisa, larga vida útil, etc.. lo cual permite a iguales condiciones de pendiente y diámetro, transportar un mayor gasto que las tuberías sucedáneas. Los tubos DURADREN INGLÉS y DURADREN MÉTRICO, cumplen con las más estrictas normas de calidad, excediendo los requerimientos de las normas nacionales e internacionales.
  • 9. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 2 1.4 La tubería de PVC DURADREN INGLÉS y DURADREN MÉTRICO y DURAHOL. 1.4.1. Especificaciones dimensionales de la tubería de PVC para alcantarillado. El cuadro 1.1 presenta en resumen la dimensiones principales de la tubería DURADREN INGLÉS Tipo 35 , Tipo 41 y Tipo 51 de 150 mm hasta 300 mm de diámetro. El cuadro 1.2 muestra las dimensiones de la tubería de DURADREN MÉTRICO Serie 16.5, Serie 20 y Serie 25 de 11 cm hasta 63 cm de diámetro nominal. El cuadro 11.3, se presentan las dimensiones del tubo DURAHOL de 160 a 315 mm de diámetro.( ver figuras 1.1., 1.2 y 1.3.) Fig. 1.1. Tubería de PVC para alcantarillado DURADRÉN INGLÉS. Cuadro 1.1 Especificaciones de la tubería DURADREN INGLÉS DIAMETRO NOMINAL ( DN ) DIAMETRO EXTERNO ( DE ) ESPESOR DE PARED ( e ) PESO POR TRAMO (Longitud Útil: 6 m.) (mm) (pulg) Mínimo (mm) Máximo (mm) Mínimo (mm) Máximo (mm) Mínimo (kg) Máximo (kg) TIPO 35 150 6 159.1 159.7 4.6 5.3 19.296 22.134 200 8 213.1 213.7 6.1 6.9 34.452 38.820 250 10 266.3 267.1 7.6 8.6 53.964 60.822 300 12 317.0 318.0 9.1 10.2 77.232 86.256 TIPO 41 150 6 159.1 159.7 3.9 4.5 16.558 19.316 200 8 213.1 213.7 5.2 5.9 29.628 34.049 250 10 266.3 267.1 6.5 7.4 46.466 53.556 300 12 317.0 318.0 7.7 8.7 65.758 69.529 TIPO 51 150 6 159.1 159.7 3.1 3.6 13.134 15.204 200 8 213.1 213.7 4.2 4.8 23.940 27.282 250 10 266.3 267.1 5.2 5.9 37.272 42.174 300 12 317.0 318.0 6.2 7.0 53.124 59.820 DE DI Nicho Marca tope DE: Diámetro Exterior DI: Diámetro Interior e: Espesor de pared Campana Espiga Longitud 6 m.
  • 10. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 3 Fig. 1.2. Tubería de PVC para alcantarillado DURADRÉN MÉTRICO. Cuadro 1.2. Especificaciones de la tubería DURADREN MÉTRICO. DIAMETRO NOMINAL ( DN ) DIAMETRO EXTERNO ( DE ) ESPESOR DE PARED ( e ) PESO POR TRAMO (Longitud Útil: 6 m.) (cm) (pulg) Mínimo (mm) Máximo (mm) Mínimo (mm) Máximo (mm) Mínimo (kg) Máximo (kg) SERIE 16.5 11 4 110 110.3 3.2 3.7 9.318 10.164 16 6 160 160.5 4.7 5.4 19.902 22.764 20 8 200 200.6 5.9 6.7 31.458 35.574 25 10 250 250.8 7.3 8.2 49.086 54.924 31.5 12 315 315.9 9.2 10.3 78.132 87.150 35.5 14 355 356.1 10.4 11.6 98.034 110.718 40 16 400 401.2 11.7 13.1 126.324 140.916 45 18 450 451.4 13.1 14.7 159.642 178.122 50 20 500 501.5 14.6 16.3 198.246 220.536 63 24 630 631.9 18.4 20.4 316.704 349.944 SERIE 20 11 4 110 110.3 3.0 3.5 8.754 10.164 16 6 160 160.5 4.0 4.6 17.016 19.448 20 8 200 200.6 4.9 5.6 26.262 29.904 25 10 250 250.8 6.2 7.0 41.880 47.124 31.5 12 315 315.9 7.7 8.7 65.724 74.010 35.5 14 355 356.1 8.7 9.8 83.682 93.954 40 16 400 401.2 9.8 11.0 106.338 118.986 45 18 450 451.4 11.0 12.3 134.286 149.706 50 20 500 501.5 12.3 13.7 167.562 186.384 63 24 630 631.9 15.4 17.1 266.406 294.972 SERIE 25 11 4 110 110.3 3.0 3.5 8.754 10.164 16 6 160 160.5 3.2 3.7 13.680 15.768 20 8 200 200.6 3.9 4.5 21.012 24.168 25 10 250 250.8 4.9 5.6 33.282 37.920 31.5 12 315 315.9 6.2 7.0 53.184 59.886 35.5 14 355 356.1 7.0 7.9 67.296 76.290 40 16 400 401.2 7.8 8.8 85.080 95.736 45 18 450 451.4 8.8 10.0 108.264 122.736 50 20 500 501.5 9.8 11.0 134.418 150.504 63 24 630 631.9 12.3 14.0 213.882 242.754 DE DI Nicho Marca tope DE: Diámetro Exterior DI: Diámetro Interior e: Espesor de pared Campana Espiga Longitud 6 m.
  • 11. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 4 Fig. 1.3 Tubería de pared estructurada longitudinalmente para alcantarillado DURAHOL. Cuadro 1.3. Especificaciones de la tuberia DURAHOL. Diámetroámetro Nominal Mm Diámetroámetro exteriorl Mm Tolerancia ( +/- ) mm Espesor de Pared total mm Espesor de Pared interior Mm 160 160 0.5 4.1 0.5 200 200 0.6 5.1 0.6 250 250 0.8 6.4 0.7 315 315 1.0 8.1 0.8 1.5.- Terminología en alcantarillado ( Fuente: Referencia (1)) 1.5.1. Accesorios.- Son estructuras o elementos que comunican al alcantarillado con el exterior permitiendo realizar trabajos de inspección, limpieza, reparación. Siendo los principales; pozo de visita, pozo con caída, pozos especiales y cajas de unión. 1.5.2. Agua freática.- Es el agua natural que se encuentra en el subsuelo a una profundidad que depende de las condiciones geológicas, topográficas y climatológicas de cada región. 1.5.3. Aguas residuales domésticas.- Conjunto de líquidos resultado del uso primario doméstico y comercial, por el que haya sufrido degradación original. 1.5.4. Aguas pluviales.- Agua procedentes de la precipitación pluvial. 1.5.5. Aguas residuales municipales.- Aguas procedentes de un sistema de agua municipal. 1.5.6. Albañal.- Tubería de la red de alcantarillado que recoge las aportaciones de las aguas domésticas y las conduce a las atarjeas. 1.5.7. Alcantarilla.- Conducto subterráneo destinado en las localidades para conducir y eliminar las aguas residuales derivadas de los usos doméstico, comercial e industrial. 1.5.8. Alcantarillado sanitario.- Red de alcantarillas, generalmente tubería, a través de la cual se deben evacuar en forma rápida y segura las aguas residuales domésticas, de Espesor de pared total Espesor de pared interior Diámetro exterior Geometría
  • 12. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 5 establecimientos comerciales y pequeñas plantas comerciales conduciéndose a una planta de tratamiento y finalmente a un sitio de vertido donde no causen ni daños ni molestias. 1.5.9. Anillos de hule.- Elemento elastomérico que se usa como sello de juntas o uniones de las tuberías, para conseguir su estanquidad. 1.5.10. Aportaciones de aguas residuales.- Volumen de agua residual por habitante y por día que se utiliza para la obtención de los gastos de diseño. 1.5.11. Atarjea.- Conducto de servicio público colocado generalmente a lo largo y al centro de las calles y que tiene por función recoger las aguas de los albañales y conducirlas a los subcolectores y colectores. 1.5.12. Caja de unión.- Estructura que desempeña la misma función que los pozos de visita solo que se construyen en las uniones de dos o más conductos con diámetro de 76 cm y mayores. 1.5.13. Colector.- Tubería que recoge los caudales de las atarjeas en los pozos de visita, pueden ser simples o ramificados. Las ramas se denominan subcolectores. 1.5.14. Conexión domiciliaria.- Conjunto de piezas usadas para conectar el sistema interno de desagüe (albañal) con la red de atarjeas. 1.5.15. Emisor.- Conducto que recibe las aguas de un colector o un interceptor. No recibe ninguna aportación adicional en su trayecto y su función es conducir las aguas residuales a la planta de tratamiento. También se le llama emisor al conducto que lleva las aguas tratadas de la planta de tratamiento al sitio de descarga. 1.5.16. Estanquidad.- Característica de un sistema sanitario de no permitir el paso del agua (exfiltraciones ni infiltraciones) a través de la paredes de los tubos, las conexiones y los accesorios 1.5.17. Sistema flexible.- Propiedad de una línea de conducción sanitaria de permitir movimiento relativo entre sus componentes (tubo, conexiones y accesorios) 1.5.18. Hermeticidad.- Característica de una red de conductos de no permitir el paso del agua (exfiltraciones ni infiltraciones) a través de sus juntas. 1.5.19. Interceptor.- Conducto que capta en forma parcial o total el gasto de dos o más colectores. 1.5.20. Junta.- Es el sistema de unión entre dos tubos y/o accesorios. 1.5.21. Madrinas.- Tuberías generalmente paralelas a los colectores que tienen la función de las atarjeas. 1.5.22. Pozos de caídas.- Pozo de visita que sirve fundamentalmente para absorber desniveles. 1.5.23. Pozo especial.- Pozo de visita que se construye sobre los colectores y emisores con diámetros de 76 cm a 107 cm. 1.5.24. Pozo de visita.- Accesorio que se coloca o construye en la red de alcantarillado y sirve para hacer cambios de dirección, de diámetro y pendiente, permite la recepción de las atarjeas, así como la ventilación del sistema y cuyas dimensiones son las adecuadas para el acceso de un trabajador para inspección y mantenimiento de la red.
  • 13. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 6 1.5.25. Registro.- Estructura formada por una caja, en donde se unen los albañales interiores del predio y son generalmente de mampostería, de tabique o concreto. 1.5.26. Tratamiento de aguas residuales.- Serie de procesos artificiales a que se someten las aguas residuales para eliminar o alternar sus constituyentes inconvenientes y obtener una calidad, que satisfaga los requisitos para su disposición final, de acuerdo con lo que señale la legislación relativa a la prevención y control de la contaminación ambiental. 1.5.27. Tubería trabajando a presión.- Conducto que se diseña hidráulicamente para que trabaje a presión interna como el los casos de líneas por bombeo de agua residuales y de sifones. 1.5.28. Tuberías trabajando como canal.- Red de conductos de alcantarillado sanitario cuyo diseño hidráulico se hace para que trabaje a superficie libre (gravedad). 1.5.29. Vertido.- Lugar en que un emisor o interceptor entrega las aguas residuales municipales tratadas, para su disposición final, también se denomina desfogue 1.6.- Sistemas de alcantarillado Gravedad Bombeo Vacio Sanitario + Pluvial Sistema Combinado Sanitario Pluvial Gravedad Bombeo Vacio Sistema Separado Sistemas de Alcantarillado Fundamentalmente existen dos esquemas de alcantarillado; combinado, cuando las aguas residuales y las pluviales son conducidas por la misma tubería; separado, cuando una red conduce las aguas residuales y otra independiente el agua pluvial. En la construcción de un sistema de alcantarillado siempre se piensa en ejecutar obras económicas, por lo tanto, se trata de evitar la construcción de estaciones de bombeo para aguas residuales y pluviales, procurando que estas aguas escurran por gravedad hasta su sitio final de disposición; sin embargo, de acuerdo con las condiciones topográficas de la localidad de que se trate, habrá ocasiones en que sea obligado el bombeo.
  • 14. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 1 - 7 1.7.- Cumplimiento con Normas Nacionales e Internacionales de la tubería DURADREN INGLÉS, DURADREN MÉTRICO y DURAHOL. Cuadro 1.4. Normas de la tubería DURADREN Y DURAHOL. LÍNEA NORMA DE PRODUCTO NORMA DE COMPUESTO DURADRÉN INGLÉS TIPO 35, 41 y 51 150 a 300 mm NMX - E - 211 / 1994 ASTM - D - 3034 / 1988 NMX - E - 31 / 1994 ASTM - D - 1784 / 1981 DURAHOL MÉTRICO 160 mm a 630 mm NMX - E - 222 / 1994 NMX - E - 31 / 1994 ASTM - D - 1784 / 1981 DURADRÉN MÉTRICO SERIE 16.5, 20 y 25 15 cm - 63 cm NMX - E - 215 / 1994 ISO/DIS - 4435 NMX - E - 31 / 1994 ASTM - D - 1784 / 1981 NMX - NORMA MEXICANA; ASTM - AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ISO - INTERNATIONAL STANDARS ORGANIZATION
  • 15. Capítulo 2 Requerimientos Técnicos de una Red de Alcantarillado
  • 16. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 1 2.- REQUERIMIENTOS TECNICOS DE UNA RED DE ALCANTARILLADO 2.1. Especificaciones de diseño 2.1.1. Velocidades permisibles. En el diseño hidráulico de un alcantarillado lo ideal es tener excavaciones mínimas y no requerir de la utilización de equipo de bombeo, pero esto no siempre se puede lograr debido a las características topográficas de cada región. De aquí, se desprende que en el estudio de la solución óptima sea necesario tener en consideración los límites permisibles para velocidades de conducción con el objeto de asegurar el buen funcionamiento de la tubería y de las estructuras del sistema. Cuadro 2.1. Velocidades permisibles para tubería de diferentes materiales. MATERIAL VELOCIDAD PERMISIBLE DEL TUBO MINIMA ( m/s) MAXIMA (m/s) Concreto hasta 45 cm Concreto mayor de 45 cm Asbesto Cemento PVC Polietileno 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 3.0 * 3.5 5.0 5.0** 5.0 * El limitar las velocidades tiene el objeto de evitar la generación de gas hidrógeno sulfurado, que es muy tóxico y aumenta los malos olores en las aguas así como reducir los efectos de la erosión en las paredes de los conductos. Fuente: Referencias (4)(2) ** En el caso del PVC los gases generados por la conducción de las aguas en este rango de velocidades no lo afecta, además de soportar la abrasión. 2.1.2. Pendientes permisibles Con el fin de tener volúmenes menores de excavación se debe procurar que la pendiente de la tubería siga en lo posible la pendiente del terreno (4), sin embargo se debe contemplar lo siguiente: -La pendiente mínima permisible se considera aquella necesaria para tener una velocidad de 0.30 m/s con un gasto de 1 lps y un tirante mínimo de 1.5 cm.(2) En base a las velocidades permisibles para el PVC, se tienen las siguientes pendientes para cada diámetro en los dos sistemas.
  • 17. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 2 Cuadro 2.2. Pendientes permisibles para tubería DURADRÉN y DURAHOL usando la fórmula de Manning, n=0.009 DIAMETRO GASTO PENDIENTE LÍNEA NOMINAL ( mm ó cm) INTERNO PROMEDIO (mm ) MÍNIMO (lps ) MÍNIMA (v = 0.3 m/s) ( mm / m) MÁXIMA ( v= 5.0 m/s ) ( mm / m) Duradrén Inglés TIPO 35 150 200 250 300 149.54 200.39 250.54 298.19 1.0 1.0 1.0 2.0 1.22 1.34 1.45 0.86 124.66 84.38 62.65 49.67 Duradrén Inglés TIPO 41 150 200 250 300 151.01 202.28 252.85 301.13 1.0 1.0 1.0 2.0 1.22 1.34 1.46 0.86 123.05 83.33 61.89 49.02 Duradrén Inglés TIPO 51 150 200 250 300 152.69 204.38 255.58 304.28 1.0 1.0 1.0 2.0 1.22 1.35 1.46 0.87 121.24 82.19 61.01 48.35 Duradrén Métrico SERIE 16.5 11 16 20 25 31.5 35.5 40 45 50 63 103.25 150.15 187.70 234.90 295.95 333.55 375.80 422.90 469.85 592.15 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 3.0 4.0 5.0 1.12 1.22 1.31 1.42 0.85 0.89 0.93 0.69 0.56 0.51 204.28 123.99 92.07 68.27 50.17 42.78 36.49 31.17 27.09 19.90 Duradrén Métrico SERIE 20 11 16 20 25 31.5 35.5 40 45 50 63 103.65 151.65 189.90 237.20 299.05 337.05 379.80 427.40 474.75 598.45 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 3.0 4.0 5.0 1.12 1.22 1.32 1.43 0.86 0.90 0.94 0.69 0.57 0.51 203.23 122.35 90.72 67.39 49.48 42.18 35.98 30.73 26.72 19.62 Duradrén Métrico SERIE 25 11 16 20 25 31.5 35.5 40 45 50 63 103..65 153.35 191.90 239.90 302.25 340.65 384.00 431.90 479.95 604.65 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 3.0 4.0 5.0 1.12 1.23 1.32 1.44 0.86 0.90 0.94 0.70 0.57 0.51 203.23 120.55 89.39 66.38 48.78 41.59 35.45 30.31 26.33 19.35 Durahol 160 200 250 315 151.80 189.80 237.20 298.80 1.0 1.0 1.0 2.0 1.22 1.31 1.42 0.86 122.19 90.72 67.39 49.53 Nota: Los datos para pendiente mínima son gasto mínimo y velocidad mínima (0.3 m/s ); para pendiente máxima, se usó velocidad máxima (5.0 m/s) y un 82 % de llenado. 2.2. Aportaciones de aguas residuales El sistema de alcantarillado mantiene una relación directa con el servicio de agua potable, por lo tanto existe una razón de proporción entre la dotación de agua potable y la aportación de aguas residuales a la red de alcantarillado. Es comunmente aceptado que la aportación de aguas residuales representa el 75 % de la dotación de agua, asumiendo que el 25% restante se pierde y nunca llega a la tubería.
  • 18. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 3 Para tal efecto, se consideran las cantidades de agua que se indican en el cuadro 2.3, las cuales están en función del clima y clase socioeconómica. El cuadro 2.4 presenta la clasificación del clima en base a su temperatura media anual. Cuadro 2.3. Consumos domésticos per capita. CLIMA CONSUMO POR CLASE SOCIOECONÓMICA RESIDENCIAL MEDIA POPULAR CÁLIDO 400 230 185 SEMICÁLIDO 300 205 130 TEMPLADO 250 195 100 NOTAS:: 1) Para los casos de climas semifrío y frío se consideran los mismos valores que para el clima templado. 2) El clima se selecciona en función de la temperatura media anual (cuadro 2.4.) Cuadro 2.4. Clasificación de climas por su temperatura TEMPERATURA MEDIA ANUAL ( º C ) TIPO DE CLIMA Mayor que 22 CÁLIDO De 18 a 22 SEMICÁLIDO De 12 a 17.9 TEMPLADO De 5 a 11.9 SEMIFRÍO Menor que 5 FRÍO Cuando dentro del área de servicio del sistema de alcantarillado se localicen industrias, se debe considerar la aportación de éstas, sin olvidar que se debe tratar y regular sus descargas dentro de sus propias fábricas antes de ser vertidas a la red municipal. 2.2.1. Cuantificación de los gastos de aguas residuales Debido a que la construcción de un sistema de alcantarillado involucra fuertes inversiones, se proyecta para servir de manera eficiente a un número de habitantes mayor al existente en el momento de elaborar el proyecto. En base a estudios de carácter técnico-económico, normalmente el período de diseño de los proyectos se establece de acuerdo con el siguiente criterio (ver el Manual de Diseño de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de la C.N.A. en el libro V, Datos Básicos de Ingeniería Básica). Cuadro 2.5. Período de diseño para elemento de sistemas de agua potable y alcantarillado. ELEMENTO PERIODO DE DISEÑO (años) Fuente: a) Pozo b) Embalse (presa) 5 hasta 50 Línea de conducción de 5 a 20 Planta potabilizadora de 5 a 10 Estación de Bombeo de 5 a 10 Tanque de 5 a 20 Distribución primaria de 5 a 20 Distribución secundaria a saturación (*)
  • 19. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 4 Red de atarjeas a saturación (*) Colector y emisor de 5 a 20 Planta de tratamiento de 5 a 10 (*) En el caso de distribución secundaria y red de atarjeas, por condiciones de construcción difícilmente se podrá diferir la inversión. Para la cuantificación del gasto medio de aguas residuales, se considera como aportación el 75 % de la dotación de agua potable tomando en cuenta el crecimiento que pudiera tener este dentro de un período de 5 a 20 años el área a la cual prestará su servicio la red, así como la longitud acumulativa de la tubería tributaria o el área acumulativa servida y la densidad de población. 2.2.1.1. Gasto Medio Diario El gasto medio diario se calcula con la siguiente fórmula: Qmed Ap P (2.1)= ×( ) 86400 En donde: Ap = Aportación de aguas residuales en l/hab/día P = Población en No. de Hab. En el caso del diseño por tramos de la línea de alcantarillado la fórmula anterior tiene una variación: Qmed No Hab Dp Ca a b a b − − = × × (2.1a) ( . ) 86400 En donde: Qmeda-b= Gasto medio del tramo a-b, lps Dp = Dotación de agua potable en l/hab/día (cuadro 2.3.) No. Haba-b = No de habitantes en el tramo Ca = Coeficiente de aportación 2.2.1.2. Gasto Mínimo El gasto mínimo es el menor de los valores que generalmente se presentará en la conducción . El criterio aceptado es considerar que el gasto mínimo en un flujo variable de aguas residuales es la mitad del gasto medio.(7) Qmín Qmed (2.2)= 2
  • 20. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 5 Este gasto es aceptado generalmente como base en la elaboración de proyectos. En los casos en que se tengan gastos muy pequeños se acepta como gasto mínimo 1.5 lps que corresponde a la descarga de un inodoro de 18 litros, y de 1 lps para uno de 6 litros; el siguiente cuadro muestra las recomendaciones de la SAHOP y CNA de gastos mínimos para los diferentes diámetros. (14), (7) Cuadro 2.6. Gastos mínimos recomendados para diferentes diámetros Diámetro en concreto No. de descargas Aportación por descarga Gasto mínimo de aguas residuales ( lps ) cm simultáneas Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. 20 1 1.5 1.0 1.5 1.0 25 1 1.5 1.0 1.5 1.0 30 2 1.5 1.0 3.0 2.0 38 2 1.5 1.0 3.0 2.0 45 3 1.5 1.0 4.5 3.0 61 5 1.5 1.0 7.5 5.0 El cuadro 2.7, se elaboró tomando como base el cuadro 2.6. Cuadro 2.7. Gastos mínimos recomendados para PVC Diámetro en concreto No. de descargas Aportación por descarga Gasto mínimo de aguas residuales ( lps ) mm simultáneas Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. Inodoro 18 Lts. Inodoro 6 Lts. 200 1 1.5 1.0 1.5 1.0 250 1 1.5 1.0 1.5 1.0 300 2 1.5 1.0 3.0 2.0 315 2 1.5 1.0 3.0 2.0 400 2 1.5 1.0 3.0 2.0 450 3 1.5 1.0 4.5 3.0 500 4 1.5 1.0 6.0 4.0 630 5 1.5 1.0 7.5 5.0 2.2.1.3 Gasto máximo instantáneo El máximo gasto que se considera, pueda presentarse en un instante dado, se le conoce como gasto instantáneo. Este valor determina la capacidad requerida en las tuberías. Para obtener el gasto máximo instantáneo se requiere multiplicar el gasto medio por el coeficiente de Harmon que es aceptado en México como un valor bastante aproximado, Este coeficiente fue desarrollado en forma empírica por W.G. Harmon y trata de cubrir la variabilidad en las aportaciones por descargas domiciliarias durante el año y el día.(7) La relación es la siguiente: Qmáx inst M Qmed. . (2.3)= × Siendo M, el coeficiente de Harmon, el cual se define de la siguiente forma: M P (2.4)= + + 1 14 4
  • 21. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 6 Donde: P = Población de proyecto en miles de habitantes Esta relación es válida para poblaciones hasta 63,454 habitantes, para poblaciones mayores el coeficiente será igual a 2.17, es decir, que para poblaciones mayores a 63,454 usuarios, la variación no sigue la ley establecida por Harmon. Para poblaciones menores a 1,000 habitantes será igual a 3.8. (7) 2.2.1.4 Gasto Máximo extraordinario Este gasto prevé los excesos de las descargas a la red de alcantarillado. Se obtiene multiplicando el gasto máximo instantáneo por el coeficiente de previsión o seguridad . La relación para obtener el gasto máximo extraordinario es la siguiente: Qmáx ext Qmáx inst Cs. . . . (2.5)= × Donde: Cs = Coeficiente de seguridad, 1.0 ≤ Cs ≤ 2.0 Los valores del coeficiente de seguridad van de 1.0 a 2.0 tomándose comúnmente 1.5. para sistemas combinados y 1.0 para sistemas separados. Ejemplo 2.1. Obtener los gastos medio, mínimo y máximo extraordinario y el diámetro para un tramo inicial de una red de alcantarillado, de una población de proyecto de 150,000 habitantes. La zona en su mayoría es de clase socioeconómica media y tiene una temperatura media anual de 20 ºC (cuadro 2.3. y 2.4.). Solución Del cuadro 2.4. se tiene que para una temperatura media anual de 20 ºC el clima se clasifica como semicálido. Del cuadro 2.3. para una clase socioeconómica media y un clima semicálido se tiene un consumo de 205 l/hab/día. 1. Datos de la línea: Longitud del tramo: 90 m Longitud tributaria: 0 Longitud acumulada: 90 m Densidad de población: 0.867 hab/m Población en el tramo: 72 hab 2. Cálculo de los gastos de proyecto. Qmed hab l hab día = 0.128 lps= × ×( / / . )72 205 0 75 86400 (fórmula 2.1 a) Qmín = 0.128/2 = 0.064 lps (fórmula 2.2) por norma el gasto no debe ser menor al mostrado en el cuadro 2.7 por lo que se considerará como gasto mínimo 1.0 lps que corresponde a la descarga de un inodoro de 6 litros de capacidad. Qmín por norma = 1.0 lps
  • 22. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 7 El coeficiente de Harmon aplicado en el tramo se toma de 3.8, por lo que el gasto máximo instantáneo es: Qmáx. inst. = 3.8 ×0.128 lps = 0.486 lps (fórmula 2.3), por lo que se toma de 1 lps y el gasto máximo extraordinario aplicando un coeficiente (Cs) de 1.5 es: Qmáx. ext. = 0.486 lps ×1.5 = 0.730 lps (fórmula 2.5), por lo que se toma de 1 lps Cálculo del gasto y la velocidad a tubo lleno con pendiente y diámetro propuesto. Una vez calculados los diferentes gastos se procede a hacer el diseño de la línea de conducción, para ello se calcula primeramente el diámetro usando la pendiente de la línea y el gasto máximo extraordinario. Las pendientes se muestran en la siguiente figura 90 m 113.4 112.74 St = 7.3 mm/m Sp = 8 mm/m φ = 200 mm 1 2 Normalmente las pendientes de plantilla propuesta, se expresan en enteros, debido a que en la práctica es difícil dar en el campo pendientes con aproximaciones a la décima. Por tratarse de un tramo inicial se propone el diámetro mínimo, que desde el punto de vista operacional y de conservación, para evitar las obstrucciones, es de 20 cm en concreto y 200 mm en PVC Duradrén S.I. Tipo 41. Cálculo de Velocidad y Gasto a tubo lleno. a) Para PVC La velocidad a tubo lleno es: Datos: n de Manning = 0.009 φ interno del tubo = 202.28 mm = 0.2023 m Pendiente propuesta = 8 mm / m = (0.008 m/m)
  • 23. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 8 V m / sT.LL. = × × = 1 0 009 0 2023 4 0 008 1 36 2 3 1 2 . ( . ) ( . ) . (ver fórmulas 3.1 y 3.8) y el gasto a tubo lleno. QT.LL. = × × × = π ( . ) . . 0 2023 4 1 36 1000 43 69 2 lps Nota: Se pueden usar para calcular los valores anteriores los cuadros A3.1. y A3.2. del anexo A3 b) Para concreto La velocidad a tubo lleno es: Datos: n de Manning = 0.013 φ interno del tubo = 20 cm = 0.20 m Pendiente propuesta = 8 mm = (0.008 m/m) V 0.93 m / sT.LL. = × × = 1 0 013 0 20 4 0 008 2 3 1 2 . ( . ) ( . ) (ver fórmulas 3.1 y 3.8) y el gasto a tubo lleno. QT.LL. = × × × = π ( . ) . . 0 20 4 0 93 1000 29 34 2 lps Cálculo de velocidades reales Las velocidades reales máxima y mínima se determinan en función de las relaciones Qp/Qt y Vp/Vt (figura 3.2. - también se puede usar el cuadro A3.3. del anexo A3 -). El cálculo de velocidad máxima es el siguiente: a) Para PVC. Qmáx ext Q lps lpsT LL . . . . . = = 1 43 69 0 023 b) Para concreto Qmáx ext Q lps lpsT LL . . . . . . = = 1 29 34 0 034 Obteniendo este valor se consulta la Relación del grado de llenado (d/D), gasto (Qp/Qt) y velocidad (Vp/Vt), normal y con la corrección de Thormann, de la figura 3.2., capítulo 3. (ver también el cuadro A3.3. del anexo A3)
  • 24. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 9 a) Para PVC Vmáx V T LL . .. . . = 0 442 b) Para concreto Vmáx V T LL . . . . = 0 464 Con este valor se puede determinar la velocidad máxima de la siguiente manera: a) Para PVC. V m x V m sT LLá = .442 .442 . = .601. .0 0 1 36 0× = × / (< 5 m/s dentro del rango permisible) b) Para concreto V m x V m sT LLá = .464 .464 .9 = .432. .0 0 0 3 0× = × / (< 3 m/s, dentro del rango permisible) Para el cálculo de la velocidad mínima se hace lo mismo que con la velocidad máxima: a) Para PVC. Qmín Q lps lpsT LL . . . . . . = = 1 0 43 69 0 023 b) Para concreto Qmín Q lps lpsT LL . . . . . . = = 1 0 29 34 0 034 Utilizando nuevamente la figura 3.2 o el cuadro A3.3. del anexo A3 a) Para PVC Vmáx V T LL . .. . . = 0 442 b) Para concreto Vmáx V T LL . . . . = 0 464
  • 25. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 2 - 10 Con estos valores se determina la velocidad mínima a) Para PVC. V m x V m sT LLá = .442 .442 . = .601. .0 0 1 36 0× = × / (< 0.3 m/s dentro del rango permisible) b) Para concreto V m x V m sT LLá = .464 .464 .9 = .432. .0 0 0 3 0× = × / (< 0.3 m/s, dentro del rango permisible) En ambos casos el tubo está dentro de los rangos permisibles.
  • 26. Capítulo 3 Aspectos Hidráulicos de los Alcantarillados
  • 27. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 1 3. ASPECTOS HIDRAULICOS DE LOS ALCANTARILLADOS 3.1. Fórmulas para cálculos hidráulicos Para los cálculos hidráulicos de tuberías existe gran diversidad de fórmulas, en este boletín se aplicarán las fórmulas de Manning, Darcy-Weisbach y Chezy. 3.1.1 Fórmula de Manning Por lo general la fórmula de Manning se ha usado para canales, en tuberías la fórmula se usa para canal circular parcial y totalmente lleno. Uno de los inconvenientes de esta fórmula es que solo toma en cuenta un coeficiente de rugosidad obtenido empíricamente y no toma en cuenta la variación de viscosidad por temperatura. Las variaciones del coeficiente por velocidad, si las toma en cuenta aunque el valor se considera para efectos de cálculo constante, la fórmula es como sigue aplicada a tubos: v n Rh S Rh A Pm = = 1 2 3 1 2 (3.1), (3.2) En donde: v = Velocidad del flujo ( m/s ) A = Área del tubo ( m² ) n = Coeficiente de rugosidad ( adim ) Pm = Perímetro mojado ( m ) S = Pendiente del tubo ( m/m ) Rh = Radio hidráulico ( m ) Figura 3.1. Radio hidráulico, perímetro mojado, diámetro de tubo totalmente lleno y parcialmente lleno. a). Tubo lleno Pm b). Tubo parcialmente lleno por arriba de la mitad Pm α° S Pm c). Tubo parcialmente lleno por abajo de la mitad β° S D D d d D Ya que el gasto es igual al producto del área por la velocidad, esto es: Q vA= (3.3) Sustituyendo en ( 3.1 ) Q A n Rh S= 2 3 1 2 (3.4)
  • 28. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 2 Donde: Q = Gasto en ( m³ /s ) n = Coeficiente de rugosidad ( adim ) S = Pendiente del tubo ( m/m ) Rh = Radio hidráulico ( m ) Para tubo completamente lleno el área, el perímetro y el radio hidráulico quedan definidos de la siguiente manera: A D Pm D Rh A Pm D D D = = = = = π π π π (3.5), (3.6), (3.7) 2 2 4 4 4 ( ) Donde: π = 3.1415927 D = Diámetro interno de la tubería ( m ) La fórmula de Manning para tubo completamente lleno es la siguiente: (Fig. 3.1 a) ) Q A n D S= ( ) 4 2 3 1 2 (3.8) Cuando es tubo parcialmente lleno (en la mayoría de los casos ), la fórmula es un poco más compleja. Para tubo lleno por arriba de la mitad ( d/D > 0.5 ) las fórmulas del área, perímetro mojado y radio hidráulico serían: A D sen Pm D Rh D sen = − + ° = − = + ° − 2 4 2 2 2 2 4 1 2 ( ) ( ) ( ) π α α π α α π α (3.9) (3.10) (3.11) Donde: α°= Angulo formado desde la superficie del agua hasta el centro del tubo. ( figura 3.1 ) α α α π °= − − = °×− 4 1 180 1 2 tan K K K (grados) (rad)(3.12) (3.13) Donde: K = d/D ( Fig. 3.1 b) )
  • 29. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 3 Ejemplo 3.1.: Un tubo lleno a 3/4 de su capacidad ( K= 3/4 = 0.75 ) valor comunmente utilizado para el diseño, resultaría: α = 2.0944 rad = 120° A = 0.6319 D² Pm = 2.0944 D Rh = 0.3017 D Para tubos por abajo de la mitad del diámetro ( K ≤ 0.5 ) A D sen = − 2 4 2 2 ( ) β β º (3.14) Pm D = 2 β (3.15) Rh D sen = − ° 4 1( β β ) (3.16) β ) (3.17)°= − − 4 1 2 tan ( K K K β β π = °× (3.18) 180 Donde: K = d/D para K ≤ 0.5 (Fig. 3.1 c) ) Ejemplo 3.2.: Un tubo lleno al 1% de su capacidad ( K= 0.01 ). β = 0.40067 rad = 22º 57' 24" A = 0.00133 D² Pm = 0.20033 D Rh = 0.00664 D 3.1.1.1. Corrección de Thormann Con las fórmulas desarrolladas anteriormente se puede deducir que la máxima descarga ocurre cuando el tubo esta parcialmente lleno al 95 % de su capacidad. Muchos investigadores han llevado a cabo experimentos sobre el flujo en líneas de tuberías parcialmente llenas, Thormann llegó a la conclusión de que la máxima descarga no ocurre al 95 % sino a tubo lleno, esto se podría explicar por la fricción que existe entre la frontera del aire y del agua. Thormann
  • 30. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 4 desarrolló una ecuación para corregir los valores de gastos, esto sería demostrado para tirantes de más del 50 % de llenado. (18) La modificación es la siguiente: Pm' = Pm + ω S (3.19) Donde: Pm' = Perímetro mojado corregido de acuerdo a Thormann (m) Pm = Perímetro mojado (m) ω = Factor de corrección S = Ancho del nivel del agua (m) [ver figura 3.1 a), b)] El valor de ω es calculado como sigue: ω = − − −( ) ( )10 5 3 5 10 5 150 d D d D (3.20) El cuadro 3.1 (12) muestra las relaciones del área, perímetro mojado y radio hidráulico en función del diámetro para los tubos parcialmente llenos y totalmente llenos incluyendo la corrección de Thormann. La figura 3.2. muestra la relación existente entre el grado de llenado , el gasto y la velocidad, usando la fórmula de Manning (ver también cuadro A3.3. en el anexo A3) Figura 3.2. Relación del grado de llenado (d/D) , gasto (Qp/Qt) y velocidad (Vp/Vt) , normal y con la corrección de Thormann
  • 31. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 5 Cuadro 3.1 Cálculo del área , perímetro mojado y radio hidráulico , con la corrección de Thormann K = d/D α ó β rad α°ó β° Grados º A/D² Pm/D Rh/D ωωωω S/D Pm'/D Rh'/D 0.00 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -- -- -- -- 0.10 1.2870 73.7398 0.0409 0.6435 0.0635 -- -- -- -- 0.20 1.8546 106.2602 0.1118 0.9273 0.1206 -- -- -- -- 0.30 2.3186 132.8436 0.1982 1.1593 0.1709 -- -- -- -- 0.40 2.7389 156.9261 0.2934 1.3694 0.2142 -- -- -- -- 0.50 3.1416 180.0000 0.3927 1.5708 0.2500 0.0000 1.0000 1.5708 0.2500 0.60 2.7389 156.9261 0.4920 1.7722 0.2776 -0.0267 0.9798 1.7460 0.2818 0.67 2.4478 140.2463 0.5594 1.9177 0.2917 -0.0239 0.9404 1.8952 0.2951 0.70 2.3186 132.8436 0.5872 1.9823 0.2962 -0.0133 0.9165 1.9701 0.2981 0.80 1.8546 106.2602 0.6736 2.2143 0.3042 0.0800 0.8000 2.2783 0.2956 0.90 1.2870 73.7398 0.7445 2.4981 0.2980 0.2933 0.6000 2.6741 0.2784 1.00 0.0000 0.0000 0.7854 3.1416 0.2500 0.6667 0.0000 3.1416 0.2500 Ejemplo 3.3.: 1. ¿Qué gasto conducirá y cual será la velocidad del agua en una tubería parcialmente llena al 67 % de su diámetro (d/D = 0.67), si el material de que está compuesta es PVC con un coeficiente de rugosidad de Manning (n) igual a 0.009, una pendiente de 0.005 m/m (0.5 %, 5 mm) y un diámetro nominal de 200 mm (Duradrén Inglés Tipo 41)? 2. Para las mismas condiciones ¿cuál serán el gasto y la velocidad, si la tubería fuera de concreto (n = 0.013), con diámetro nominal de 20 cm? Solución: 1. Para tubería de PVC I.- De la figura 3.2 entrando con el valor de d/D = 0.67 en el eje de las ordenadas se traza una línea recta hasta que intercepte las curvas Qp/Qt y Vp/Vt, se le en el eje de las abscisas los siguientes valores: a) Sin corrección de Thormann (normal): Qp/Qt = 0.785 Vp/Vt = 1.120 b) Con corrección de Thormann Qp/Qt = 0.785 Vp/Vt = 1.105 Haciendo el cálculo a tubería completamente llena (fórmula 3.8) se tiene lo siguiente: Para PVC, el diámetro interno promedio de la tubería de 200 mm es: 202.30 mm; A = πD² /4 = 0.0321 m², Rh = D/4 = 0.0506 m: Qt = 0.0321 / 0.009 x ( 0.0506)2/3 (0.005)1/2 = 0.0345 m3 /s = 34.54 lps Vt = Qt / A = 0.0345 m3 /s / 0.0321 m² = 1.074 m/s
  • 32. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 6 a) Qp = 0.785 x 34.54 lps = 27.11 lps Vp = 1.120 x 1.074 m/s = 1.20 m/s b) Qp = 27.11 lps Vp = 1. 105 x 1.074 m/s = 1.19 m/s II.- Usando el cuadro 3.1 se tienen los siguientes valores para d/D = 0.67 A/D² = 0.5594; A = 0.0229 m² a) Rh/D = 0.2917; Rh = 0.0590 m b) Rh'/D = 0.2951; Rh' = 0.0597 m Calculando el gasto y la velocidad: a) Qp = 0.0229 / 0.009 x ( 0.0590 )2/3 ( 0.005)1/2 = 27.27 lps Vp = 0.0273 / 0.0229 = 1.19 m/s b) Qp = 0.0229 / 0.009 x ( 0.0597 )2/3 ( 0.005 )1/2 = 27.48 lps Vp = 0.0275 / 0.0229 = 1.20 m/s 2. Para tubería de Concreto I.- Los valores obtenidos de la gráfica son iguales en el caso del concreto, haciendo el cálculo para tubería completamente llena con un diámetro interno de 200 mm: A = πD² /4 = 0.0314 m², Rh = D/4 = 0.05 m: Qt = 0.0314 / 0.013 x ( 0.05)2/3 (0.005)1/2 = 0.0201 m3 /s = 23.19 lps Vt = Qt / A = 0.0232 m3 /s / 0.0314 m² = 0.738 m/s a) Qp = 0.785 x 23.19 lps = 18.20 lps Vp = 1.120 x 0.738 m/s = 0.83 m/s b) Qp = 18.20 lps Vp = 1.105 x 0.738 m/s = 0.82 m/s II.- Usando el cuadro 3.1 se tienen los siguientes valores para d/D = 0.67 A/D² = 0.5594; A = 0.0224 m² a) Rh/D = 0.2917; Rh = 0.0583 m b) Rh'/D = 0.2951; Rh' = 0.0590 m Calculando el gasto y la velocidad: a) Qp = 0.0224 / 0.013 x ( 0.0583 )2/3 ( 0.005)1/2 = 18.32 lps Vp = 0.0183 / 0.0224 = 0.82 m/s b) Qp = 0.0224 / 0.013 x ( 0.0590 )2/3 ( 0.005 )1/2 = 18.47 lps Vp = 0.0185 / 0.0224 = 0.83 m/s
  • 33. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 7 3.1.2. Fórmula de Darcy - Weisbach Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" ( ó λ ) de fricción ha caído en desuso. Algunas dependencias del gobierno la han retomado actualmente por lo que se anexa: La fórmula original de tuberías a presión es: ( 3 ), (4 ), (5 ) ∆H f L D v g = (3.21) 2 2 Donde: ∆H = Pérdidas de energía ( m) f = Coeficiente de fricción ( adim ) L = Longitud del tubo ( m) v = Velocidad media ( m/s) g = Aceleración de la gravedad ( m/s² ) D = Diámetro interno del tubo ( m ) para el cálculo de f existen diferentes fórmulas por citar algunas de las siguientes: Poiseville Para flujo laminar desarrollo la siguiente relación: ( 5 ) f = 64 Re (3.22) Donde: Re = Número de Reynolds. Re = vD υ (3.23) Siendo: υ = Viscosidad cinemática ( m²/s ) En la figura 3.3. se muestra la variación de viscosidad cinemática del agua por la temperatura ( fuente ( 5 ) ) Esta fórmula es válida para tubos lisos o rugosos y para Re ≤ 2300 en régimen laminar. Colebrook - White 1 2 3 71 2 51 f Log D f = − + (3.24) ε . . Re
  • 34. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 8 Figura 3.3. Viscosidad cinemática (υυυυ) del agua a presión atmosférica del nivel del mar 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V i s c o s i d a d C i n e m t i c a Temperatura ºC m²/s) á ( x 10 -6 Donde: ε = Rugosidad absoluta del material ( m ) Re = Número de Reynolds. υ = Viscosidad cinemática ( m²/s ) f = Coeficiente de fricción ( adim ) D = Diámetro interno del tubo ( m ) La cual es iterativa y es válida para tubos lisos y rugosos en la zona de transición o turbulenta y con Re > 4000. Para canales es apropiado cambiar el diámetro por el radio hidráulico (Rh), tanto para la f como para el Re. ( 1 ) , ( 3 ) f gRhS v = 8 2 (3.25) Despejando para la velocidad y multiplicando por el área mojada v g RhS f = 8 (3.26) Q A g RhS f = (3.27)8
  • 35. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 9 La fórmula de f y Re quedarían ( 3 ) 1 2 14 8 0 627 f Log Rh f = − + (3.28) ε . . Re Re = vRh υ (3.29) La referencia (19) recomienda la siguiente fórmula desarrollada a partir de la fórmula original de Darcy - Weisbach v g DS Log D D g DS = − ⋅ + ⋅ 2 2 3 7 2 51 2 (3.30)( ) . .ε υ Donde: S = Pendiente del gradiente hidráulico (m/m) v = Velocidad (m/s) g = Aceleración de la gravedad (m/s²) D = Diámetro interno del tubo (m) υ = Viscosidad cinemática del fluido 1.31 × 10-6 (m²/s) 3.1.3. Fórmula de Chezy La fórmula de Darcy - Weisbach es muy precisa y laboriosa, en la práctica la fórmula de Chezy (o la de Manning) es más aceptable para el cálculo de flujo en los alcantarillados (18), es como sigue (10), (18). Q CA RhS= (3.31) Donde: Q = gasto en ( m³/s ) C = Coeficiente de Chezy ( m½ / s ) A = Perfil del tubo ( área mojada ) ( m² ) Rh = Radio hidráulico ( m ) S = Pendiente o gradiente ( m/m ) La velocidad puede ser calculada como: v C RhS (3.32)= y el coeficiente de C de Chezy podría ser calculado con la siguiente fórmula simplificada: ( 4 ) C Log Rh = 18 12 (3.33) ε, Donde: ε' = Es la rugosidad del sistema ( m )
  • 36. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 10 Los valores de rugosidad ( ε' ) que pueden ser usados en la fórmula se muestran en el cuadro 3.2.; estos valores integran la rugosidad de la tubería, la influencia de los pozos de visita y los sedimentos y la capa fangosa que se forma en el tubo. ( 4 ) Cuadro 3.2 Valores recomendados de rugosidad en los sistemas ( εεεε' ) con tubería de PVC. TIPO CONCRETO mm PVC mm Sistema combinado Sistema separado - Alcantarillado de aguas residuales - Alcantarillado de agua pluvial 1.5 1.5 1.5 0.4 (1.0 ) 0.4 0.4 ( 1.0 ) 3.2 Efecto de la deflexión de la tubería en la capacidad de descarga. Al deflexionarse el tubo de PVC, el área de sección transversal del tubo se ve ligeramente reducida. El área elíptica de sección transversal después de la ovalación del tubo será un poco menor que el área de sección transversal antes de la deflexión. Figura 3.4. Efecto de la deflexión en la conducción en tubos de PVC r a b Tubo sin deflexión Tubo deflexionado Para comparar el área seccional entre un tubo sin deflexión ( forma circular) y uno deflexionado (forma elíptica ) se tienen las siguientes relaciones:
  • 37. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 11 C D C a E e e a b a = = = − π (3.34) (3.35) (3.36) 2 2 2 4 ( ) Donde: C = Perímetro del círculo D = Diámetro interno no deflexionado C2 = Perímetro del tubo deflexionado E (e) = Función elíptica del primer tipo de e. ( excentricidad numérica) Por otro lado se tienen las siguientes relaciones para calcular el área de la elipse.(17),(4) Ae a b (3.37)= × ×π Donde: Ae = área de la elipse ( m² ) a = Radio largo de la elipse ( m ) b = Radio corto de la elipse ( m ) La fórmula 3.34 muestra la relación para obtener el área del circulo. El área del tubo deflectado se calculó asumiendo que los perímetros del tubo deflectado y sin deflexión son iguales ( C2 = C ) ( 6 ) el cuadro 3.3 muestra el efecto de la deflexión en el área y el gasto. Cuadro 3.3 Reducción de la sección transversal del tubo y el gasto debido a la deflexión. DEFLEXION ( % ) % REDUCCION DE LA SECCION TRANSVERSAL DE FORMA CIRCULAR A ELIPTICA % REDUCCION DEL GASTO 5.0 0.366 0.6 7.5 0.898 1.3 10.0 1.431 2.4 15.0 3.146 5.2 20.0 5.473 8.9 25.0 8.378 13.6 30.0 11.814 18.9 35.0 15.761 24.9 Fuente: Ref. ( 17 )
  • 38. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 12 3.3 La sedimentación en los tubos de alcantarillado. El agua que se conduce a través de los tubos de alcantarillado contiene muchos elementos sólidos tales como heces fecales, restos de vegetales, arena, etc.. Estos materiales pueden sedimentarse dentro de los tubos si las condiciones de flujo no generan una fuerza suficiente para arrastrar dichos materiales. Por mucho tiempo se ha considerado que la velocidad baja del flujo es la principal causa de que se provoquen asentamientos de materiales, sin embargo se ha encontrado que el esfuerzo cortante ( τ ) es el factor fundamental. La fuerza de fricción del material sólido, asumiendo que la capa del agua es mayor a la capa que forma el material sólido, se obtiene (Fig. 3.5): τ φ ρ ρf d wp g d= − (3.38)( ) Donde: τf = Fricción del material a lo largo del fondo ( N / m² ) φ = Factor ρd = Densidad del material ( kg / m3 ) g = Aceleración de la gravedad ( m/s² ) ρw = Densidad del agua en el alcantarillado ( kg/m3 ) d = Espesor de la capa de material ( m ) p = Porosidad del material Haciendo: f p= φ (3.39) Tendríamos: τ ρ ρf d wf g d= −( ) (3.40) Los valores de f se han determinado experimentalmente y varían de 0.04 a 0.8. Figura 3.5. Transporte de material sólido a través de los alcantarillados ττττ ττττ f Para prevenir sedimentación la fuerza del agua que circula tendrá que actuar con fuerzas mayores a la de fricción . (18) El peso del agua residual por unidad de longitud será: (Fig. 3.6) G g Aw= ρ (3.41)
  • 39. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 13 Donde: G = Peso del agua residual por unidad de longitud (N/m) ρw = Densidad del agua residual (kg/m2 ) g = Aceleración de la gravedad (m/s2 ) A = Area mojada (m2 ) Fig. 3.6. Alcantarillados parcialmente llenos A Pm v W = Arco Tan (S) ShG θ Debido a la pendiente del tubo (S) la componente de la masa sería: W G Sen Ag Senw= = (3.42)θ ρ θ Donde: θ = Tan-1 (S) S = Pendiente de la tubería (m/m) Así el esfuerzo cortante quedaría como: τ ρ θ= w g A Pm Sen (3.43) Y cuando se tienen pendientes pequeñas: τ ρ= w g A Pm S (3.44) Donde: A/Pm = Rh = Radio Hidráulico (m) Pm = Perímetro mojado (m) Para flujo permanente uniforme la fórmula de Chezy (fórmula 3.32) despejada para pendiente queda: S Sh v C Rh = = 2 2 (3.45)
  • 40. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 14 Donde: C = Coeficiente de Chezy (m 1/2 /s) (fórmula 3.33) v = Velocidad del flujo (m/s) Rh = Radio Hidráulico (m) Sh = Pendiente Hidráulica (línea de energía) (adim) Sustituyendo (3.45) en (3.44) τ ρ= W g v C (3.46) 2 2 Esto muestra que el esfuerzo cortante (τ) es una función del cuadrado del cociente v/C. La figura 3.7. puede ser usada para calcular la pendiente requerida para evitar sedimentación en la tubería, basandose en el diámetro, el % de llenado y el esfuerzo cortante mostrados en el cuadro 3.4. dependiendo del tipo de sistema de alcantarillado y el material de la tubería. Se agregan dos ejemplos del uso del nomograma. Cuadro 3.4. Fricción requerida por los alcantarillados según el tipo de material para ser usada en la figura 3.7. (Fuente: Ref.(18) ) FRICCIÓN REQ. (N/m²) TIPO DE SISTEMA PVC CONCRETO COMBINADO 1.5 - 3.0 (3) 3 - 6 SEPARADO AGUAS PLUVIALES 1.0 - 2.0 (2) 2 - 4 AGUAS RESIDUALES 0.5 - 1.5 (1) 1 - 3 (1), (2) y (3) Indicados en la figura 3.7. Ejemplos 3.4.: 1a. Para PVC de 300 mm de diámetro al 10 % de llenado, con esfuerzo cortante de 1 N/m² se requiere una pendiente de 0.005 m/m ( 0.5 % ó 1:200). 1b. Para concreto con las mismas condiciones de llenado y un esfuerzo cortante de 2 N/m², la pendiente requerida es de 0.01 m/m (1% ó 1:100). 2a. Para concreto de 300 mm de diámetro con una pendiente de 0.005 m/m (0.5 % ó 1:200) y un esfuerzo cortante de 2 N/m², requiere de un llenado al 23 % 2b. En PVC bajo las mismas condiciones con un esfuerzo cortante de 1 N/m², requiere de un llenado del 10 %
  • 41. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 3 - 15 Figura 3.7. Pendiente requerida en relación al diámetro y al grado de llenado en el tubo, para evitar sedimentación (Fuente: Ref (18)). DIÁMETRO (D) m LÍNEA DE AYUDA % LLENADO DEL TUBO ESFUERZO CORTANTE N/m² PENDIENTE DEL TUBO % m/m 2.0 1.5 1.0 30 20 15 100 80 60 40 30 20 10 90 70 50 8 9 6 7 4 5 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 10 9 8 7 6 3 2 1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.3 0.9 0.7 0.5 PVC 0.67 0.50 0.33 0.25 0.20 0.01 (1:30) (1:40) (1:50) (1:60) (1:70) (1:80) (1:90) (1:100) 3.3 2.5 2.0 1.7 1.4 1.3 1.1 1.0 (1:150) (1:200) (1:300) (1:400) (1:500) 0.4 0.3 5 4 3 0.2 0.1 0.17 0.14 0.13 0.11 0.10 0.001 (1:600) (1:700) (1:800) (1:900) (1:1000) (1:1500) (1:2000) 0.067 0.050 0.033 (1:3000) 0.2 0.020 (1:4000) (3) (2) (1)
  • 43. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 1 4.- ASPECTOS MECANICOS. 4.1. Rigidez de la tubería. La rigidez es la propiedad inherente a los tubos de oponer resistencia a ser deflexionados. La relación siguiente es recomendada por ASTM-D-2412 para el cálculo de la rigidez de la tubería medida a un valor del 5% de deflexión.(17) Ps E RD (4.1)= − 4 47 1 3 . ( ) Donde: Ps = Rigidez del tubo (kg/cm²) E = Módulo de elasticidad del PVC ( 28,129.4 kg/cm² - 2758 MPa - ) RD = Relación de dimensiones (adim) RD DE e prom mín (4.2)= DEprom = Diámetro externo promedio (mm) e min = Espesor mínimo de pared (mm) Nota: En la tubería Duradrén Sistema Inglés el RD corresponde al Tipo. Aplicando la fórmula anterior se obtiene la siguiente rigidez según el RD de la tubería: Cuadro 4.1. Rigidez de la tubería Duradrén. Rigidez (Ps)Tipo o Serie kg/cm² PSI 51 1.006 14.3 41 1.965 27.9 35 3.199 45.5 25 1.006 14.3 20 1.965 27.9 16.5 3.500 49.8 Durahol 1.965 27.9 Como se puede observar la rigidez del tubo aumenta conforme disminuye el RD esto es que la pared del tubo es más gruesa. El tubo DURAHOL tiene una rigidez equivalente a un tubo serie 20. Se denomina tubo flexible, aquel que permite deflexiones de más de un 3% sin que haya fractura, y tubo rígido, aquel que no permite deflexiones mayores a 0.1 % sin que haya fractura (13). Las principales diferencias de las tuberías rígidas, semi-flexible y flexible se muestran en la figura 4.1. (13)
  • 44. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 2 Se han hecho estudios exhaustivos en tuberías rígidas y flexibles los cuales demostraron que: (13) "1. Las cargas desarrolladas sobre la tubería rígida son mayores que las desarrolladas sobre la tubería flexible. 2. Las cargas externas tienden a concentrarse directamente abajo y arriba del tubo rígido, creando un momento de aplastamiento que debe ser resistido por las paredes del tubo. En los tubos flexibles la carga es distribuida uniformemente alrededor de su circunferencia, y la carga en cualquier punto es menor que para la del tubo rígido. 3. Las cargas externas son soportadas por fuerzas de compresión en la sección transversal de la tubería. Parte de estas cargas son transmitidas lateralmente al material alrededor del tubo, del módulo de elasticidad del material del tubo y del tipo de relleno." "Estas son las diferencias inherentes entre el comportamiento del tubo rígido y el comportamiento del tubo flexible; es por ésto que la teoría de las cargas combinadas sobre tubos rígidos (Schlick), no se debe aplicar a las tuberías flexibles." Figura 4.1. Conceptos de diseño para varios tipos de tubos enterrados Determinación de la vida estructural Características de la estructura Cap. de deform. (%) Ejemplos de materia- les Crit. diseño del tubo Resistencia del material del tubo Cap. deform. del material del tubo + rigidez suelo rigidez suelo Rigidez anular del tubo + El tubo solo for- ma la estructura El tubo + el suelo forman la estruc- tura Ambas caracte- rísticas 0 5 > 5 Concreto Barro Acero PEAD PP PVC Esfuerzo Esfuerzo / deformación Deflexión y estabilidad Rígido Semi - Flexible Flexible ≈ ≈ Fuente: Referencia (6) PEAD: Polietileno de alta densidad, PP: Polipropileno
  • 45. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 3 4.2. Influencia del Suelo en Tubería Enterrada Una tubería enterrada recibe fuerzas laterales y verticales del suelo que la rodea, así al que está por encima del tubo. El grado en que se compacta el relleno en la zanja afecta de manera relevante al comportamiento del tubo en el suelo. Cuando se instala una tubería lo ideal sería alcanzar los valores de Peso Volumétrico Seco ( γs ) (Proctor) más altos por medio de la compactación, de tal forma que fuesen lo más semejantes posibles a los originales del suelo sin alterar; así se evitarían futuros reacomodos que afectasen la tubería. Sin embargo los resultados de la práctica en muchas ocasiones distan mucho de llegar a ser los valores requeridos por el tubo. Uno de los principales parámetros para conocer el comportamiento del tubo ante dichas fuerzas es la rigidez; un tubo rígido (como concreto) tenderá a soportar las cargas del suelo, mientras un tubo flexible tenderá a deformarse ante dichas cargas cambiando su forma original circular a una forma elíptica. La norma ASTM D-3034(7) recomienda que la máxima deflexión permisible en la tubería sea de 7.5 % , esto no quiere decir que el tubo falle al 7.5 % de deflexión sino que es un valor tomado para evitar una disminución significativa de la capacidad de conducción de la tubería (ver sección 3.2.). Debido a que el tubo flexible reacciona de acuerdo a los movimientos relativos del suelo se puede decir que se forma un sistema suelo-tubo. La siguiente figura ilustra la manera en que actúa el suelo en tuberías flexibles y en tuberías rígidas. Figura 4.2. Acción del suelo sobre el tubo a). Tubo Rígido b). Tubo Flexible Fricción Fricción 4.3. Influencia del Tráfico Vehicular en la Tubería Enterrada Además de las fuerzas que recibe la tubería del suelo, existen otras fuerzas debidas al tráfico. La influencia del tráfico es más notoria cuando la tubería está enterrada a profundidades cercanas a la superficie del suelo, conforme aumenta la profundidad la influencia disminuye. La fuerza ejercida por el tráfico depende del tipo de vehículo. Para los métodos de cálculo de deflexión que se verán en el siguiente apartado se usan camiones normalizados.
  • 46. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 4 4.3.1. Cargas máximas permisibles en México para los vehículos. Existe una clasificación de vehículos de acuerdo a la carga para facilitar los cálculos; así se tiene vehículos tipo A donde se involucran todos los automóviles, las camionetas tipo pick-up y los que tengan un peso menor a 3 ton, los tipo B en el que quedan incluidos todos los autobuses y los tipo C, que son los camiones de carga con más de 3 ton y los cuales se desglosan en grupos por existir una gran variedad de características, su peso puede variar desde 3 ton hasta 60 ton con diferentes combinaciones en la posición de ejes y llantas. El siguiente cuadro muestra la clasificación de vehículos en México de acuerdo a la carga máxima permisible: Cuadro 4.2. Pesos de diferentes vehículos automotores Tipo de Peso Peso de ejes cargados (ton) vehículo total Tractor Semire- Remolque (ton) Delantero Trasero molque Delantero Trasero Automóvil A2 2 1.0 (s) 1.0 (s) Autobús B2 15.2 5.5 (s) 10.0 (s) B3 20.0 5.5 (s) 14.5 (s) B4 27.0 9.0 (t) 18.0 (t) Camiones A '2 5.5 1.7 (s) 3.8 (s) C2 15.5 5.5 (s) 10.0 (s) C3 23.5 5.5 (s) 18.0 (t) C4 28.0 5.5 (s) 22.5 (tr) T2-S1 25.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s) T2-S2 32.5 5.5 (s) 10.0 (s) 18.0 (t) T3-S2 41.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) C2-R2 35.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s) C3-R2 43.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) C3-R3 51.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) 18.0 (t) T2-S1-R2 45.5 5.5 (s) 10.0 (s) 10.0 (s) 10.0 (s) T3-S3 50.5 5.5 (s) 18.0 (t) 22.5 (tr) T2-S2-R2 53.5 5.5 (s) 10.0 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) T3-S1-R2 53.5 5.5 (s) 18.0 (t) 10.0 (s) 10.0 (s) T3-S2-R2 61.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 10.0 (s) T3-S2-R3 69.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 10.0 (s) 18.0 (t) T3-S2-R4 77.5 5.5 (s) 18.0 (t) 18.0 (t) 18.0 (t) 18.0 (t) (s) = eje sencillo; (t) = eje tándem; (tr) = eje triple; Fuente: referencia (8) C = Camión con un chasis; T = Tractor (unidad solo motor); S= Caja o semirremolque jalado directamente por el tractor; R = Remolque; caja jalada por el semirremolque. En México, las cargas máximas legales por eje son:(8) 5.5 ton por eje sencillo rueda sencilla, 10.5 ton para eje sencillo rueda doble, 18.0 ton para eje tándem (doble) rueda doble, 27.0 ton para eje triple rueda doble.
  • 47. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 5 4.4. Fórmulas para el Cálculo de Deflexión Se han desarrollado variadas relaciones para calcular la deflexión de las tuberías debido a las cargas que soportan, ya sean las que recibe del suelo llamadas comunmente cargas muertas, o aquellas que recibe del tráfico vehícular denominadas cargas vivas. En el presente capitulo se presentarán las fórmulas más usuales. Un ejemplo del cálculo se muestra en el anexo. La mayoría de las fórmulas se basan en la siguiente expresión general:(18) Deflexión = Cargas Externas Rigidez del suelo Rigidez del tubo+ 4.4.1. Teoría de Deflexión de Spangler Una de las relaciones de mayor uso para el cálculo de deflexión es la de Spangler llamada comunmente "Fórmula Iowa", la cual además de relacionar las características del suelo y de la tubería considera un factor de deflexión a largo plazo, esto es la deflexión alcanzada en el momento que el suelo finaliza de asentarse en la zanja y la tubería deja de deflexionarse. La fórmula es la siguiente:(17) ∆y D D K Wc K Wsc E RD E l 100 (4.3)% ( ) . ' = + − + 2 3 1 0 0613 Donde: ∆y/D = Deflexión del tubo en base al diámetro original Wc = Cargas muertas (MN/m2 ó kg/cm2 ) Wsc = Cargas vivas (MN/m2 ó kg/cm2 ) E = Módulo de elasticidad del tubo (2,759 MN/m2 ó 28,129.4 kg/cm2 ) E' = Módulo de reacción del suelo (MN/m2 ó kg/cm2 ) Dl = Factor de deflexión a largo plazo (adim, Spangler recomienda un Dl = 1.5) RD = Relación de dimensiones (adim) ver fórmula 4.2 Nota: En el tubo Duradrén Sistema Ingles los tipos corresponden al RD, en el caso del tubo métrico se hace necesario aplicar la fórmula 4.2. con los datos proporcionados en el cuadro 1.2. del capitulo 1. Las cargas muertas se calculan con la siguiente relación, desarrollada por Martson: (18) Wc Cd Bd= (4.4)γ Donde: γ = Densidad del relleno (MN/m3 ó kg/cm3 ) Bd = Ancho de la zanja (m ó cm) Cd = Coeficiente de carga para conductos instalados en zanjas (adim) y se obtiene con la siguiente expresión:
  • 48. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 6 Cd e k k H Bd = − − 1 2 2 ' (4.5) µ µ' Donde: H = Profundidad de relleno (m) kµ' = Factor determinado por la relación de la presión horizontal y vertical (k) y la fricción de la pared de la zanja (adim) e = Base de los logaritmos naturales ( 2.71828 ) Figura 4.3. Valores del Coeficiente Cd para usarse en la fórmula (4.4) (fuente: Ref. (17)) 0.1 1.0 10.0 Valores de Kµ' Kµ'=0.1924 (A) Kµ'=0.165 (B) Kµ'=0.150 (C) Kµ'=0.130 (D) Kµ'=0.110 (E) 0.1 1.0 10 VALORES DE H/Bd V A L O R E S Cd 0.2 0.3 0.4 0.5 2 3 4 5 6 20 30 0.2 0.3 0.4 0.5 2 3 4 5 (A) Para materiales granulares sin cohesión; (B) Máximo para arena y grava; (C) Máximo para suelos saturados; (D) Máximo para arcillas; (E) Máximo para arcillas saturadas. La presión del suelo debido al tráfico se determina con la siguiente relación, la cual es una modificación a la teoría de Boussinesq.(18) Wsc Cs P F L DE = (4.6) ' Donde: P = Carga concentrada de la rueda (0.70 MN ó 7,135.6 kg) L = Longitud efectiva (0.9 m ó 90 cm) DE = Diámetro externo de la tubería (m ó cm) F' = Factor de impacto (adim)
  • 49. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 7 Cuadro 4.3. Factor de impacto vs Profundidad de relleno Profundidad de Enterramiento (m) Carreteras Vías de FF.CC. Pistas de Aterrizaje 0.0 a 0.3 1.50 1.75 1.00 0.3 a 0.6 1.35 - 1.00 0.6 a 0.9 1.15 - 1.00 Mayor a 0.9 1.00 - 1.00 Nota: Para propósitos prácticos se puede tomar un valor de 1.5 excepto en cruces de vías de FF. CC. Fuente : Ref. (17) Cs = Coeficiente de carga de ruedas (adim) Cs sen H F A H B H ABH F A H B H = − + + − + + + − 1 2 1 11 2 2 2 2 2 2 2 2 π ( ( ( )( ) ) ( ( ) ( ) ) ) (4.7) Donde: A = L / 2 B = DE / 2 F = A2 + B2 + H2 L = Longitud efectiva (m) H = Profundidad de relleno (m) Figura 4.4. Valor del Coeficiente Cs para usarse en la fórmula (4.6) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.1 1 C o e f i c i e n t e Profundidad de Relleno (H) (m) Cs 0.2 0.3 0.4 2 3 4 5 6 7 8 0.1 1 Profundidad de Relleno (H) (m) 0.2 0.3 0.4 2 3 4 5 6 7 8 100 mm 150 mm 200 mm 250 mm 300 mm Diámetro Nominal Duradrén Sistema Inglés 35.5 cm 40 cm 45 cm 50 cm 63 cm Diámetro Nominal Duradrén Sistema Métrico 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1
  • 50. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 8 4.4.2. Clasificación de suelos. La clasificación de suelos más usada desde el punto de vista de mecánica de suelos es el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) el cual asigna un símbolo para cada uno de los tipos de suelo, ya sean orgánicos o inorgánicos. Sus principales parámetros de clasificación son: el Límite Líquido (LL), el Límite Plástico (LP) y el tamaño de partículas (granulometría). Los cuales describen el comportamiento mecánico del suelo (11). Las normas ASTM D-2487 y D-2488 muestran la clasificación de suelos y el método visual-manual de clasificación respectivamente (ver referencia (17)). La clasificación SUCS se muestra a continuación. (11) y (17). Además muestra la clasificación de la Unibell Plastics Pipe Asociation en grupos de relleno. Cuadro 4.4. Principales tipos de suelos (SUCS) Símbolos del Grupo Clasif. Usual en México Usual en EE.UU . Unibell Nombres típicos - - Clase I Material granular, angular manufacturado , de 1/4 a 1 1/2" (6 a 40 mm), incluyendo materiales representativos de la región como roca triturada, coral picado, conchas trituradas, Gp GW Clase Gravas bien graduadas; mezclas de grava y arena; pocos o ningún finos. Gm GP II Gravas mal graduadas; mezclas de grava y arena; pocos o ningún finos. GL GM Clase Gravas limosas; mezclas de grava y limo mal graduadas. GB GC III Gravas arcillosas; mezclas de grava, arena y arcilla mal graduadas. Ab SW Clase Arenas bien graduadas; arenas gravosas; pocos o ningún finos. Am SP II Arenas mal graduadas; arenas gravosas; pocos o ningún finos. AL SM Clase Arenas limosas; mezclas de arena y limo mal graduados. AB SC III Arenas arcillosas; mezclas de arena y arcilla mal graduadas. Lp ML Clase Limos inorgánicos y arenas muy finas, polvo de roca; arenas finas limosas o arcillas ligeramente plásticas Bp CL IV Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media; arcillas gravosas; arcillas arenosas; arcillas limosas; arcillas pobres. Op OL Clase V Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad. Lc MH Clase Limos inorgánicos; suelos micáceos o diatomáceos arenosos finos o limosos, limos elásticos. Bc CH IV Arcillas inorgánicas de alta plasticidad; arcillas francas muy comprensibles. Oc OH Clase Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta muy compresibles. T PT V Turba y otros suelos altamente orgánicos en estado de descomposición. No recomendable para usarse como relleno Fuente: Ref. (17), (11) y (7) La Unibell Plastic Pipe Association (Ref. (17)) hace una agrupación de los tipos de suelos los cuales son mencionados en el cuadro 4.3. con fines de usarlos de relleno en las zanjas, los subdivide en cinco clases tomando en cuenta sus propiedades mecánicas.
  • 51. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 9 4.4.2.1. Módulo de reacción del suelo (E') Muchas investigaciones han tratado de medir los valores de E' sin éxito. El método más usual es medir las deflexiones en el tubo teniendo todas las demás variables conocidas resolviendo, en forma inversa, la fórmula Iowa para determinar el valor correcto de E'. (17) Amster K. Howard compiló valores de E' usando información de más de 100 laboratorios y pruebas de campo para varios tipos y densidades de suelo, dichos valores se muestran en el cuadro 4.5. Cuadro 4.5. Valores promedio del módulo de reacción del suelo (E') (Para la Deflexión inicial en tubos flexibles) E' según el grado de compactación del encamado TIPO DE SUELO PARA ENCAMADO DE TUBERIAS (SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS - SUCS-) (1) A VOLTEO (2) LIGERO, Proctor <85% Densidad relativa <40% (3) MODERADO, Proctor 85% - 95 % Densidad relativa 40% - 70% (4) ALTO, Proctor >95% Densidad relativa>70% (5) Suelos bien graduados (LL>50)b , Suelos con media a alta plasticidad, CH, MH, CH-MH Use E' = 0 Suelos bien graduados (LL<50), Suelos con media a nula plasticidad CL, ML, ML-CL, con menos de 25 % de partículas gruesas. 3.52 kg/cm2 50 PSI 0.35 MN/m2 14.06 kg/cm2 200 PSI 1.38 MN/m2 28.13 kg/cm2 400 PSI 2.76 MN/m2 70.32 kg/cm2 1000 PSI 6.90 MN/m2 Suelos bien graduados (LL<50), Suelos con media a nula plasticidad CL, ML, ML-CL, con más del 25 % de partículas gruesas Suelos de partículas gruesas con finos GM, GC, SM, SCc conteniendo más del 12 % de finos 7.03 kg/cm2 100 PSI 0.69 MN/m2 28.13 kg/cm2 400 PSI 2.76 MN/m2 70.32 kg/cm2 1000 PSI 6.90 MN/m2 140.65 kg/cm2 2000 PSI 13.80 MN/m2 Suelos de partículas gruesas con pocos o sin finos GW, GP, SW, SPc conteniendo menos del 12% de finos 14.06 kg/cm2 200 PSI 1.38 MN/m2 70.32 kg/cm2 1000 PSI 6.90 MN/m2 140.65 kg/cm2 2000 PSI 13.80 MN/m2 210.97 kg/cm2 3000 PSI 20.70 MN/m2 Roca triturada 70.32 kg/cm2 1000 PSI 6.9 MN/m2 210.97 kg/cm2 3000 PSI 20.70 MN/m2 210.97 kg/cm2 3000 PSI 20.70 MN/m2 210.97 kg/cm2 3000 PSI 20.70 MN/m2 Precisión en términos de porcentaje de deflexiónd ± 2 ± 2 ± 1 ± 0.5 Fuente : Ref (17) a Norma ASTM D-2487 b LL = Límite líquido c O cualquier suelo en el límite que comience con esos símbolos (p.ej. GM-GC, GC-SC) d Para ± 1% de precisión y una deflexión predecida de 3%, la deflexión real estaría entre 2% y 4% Nota: Estos valores son aplicables sólo para rellenos con profundidades menores de 15 m. La tabla no incluye ningún factor de seguridad. Para uso solo en predicciones iniciales de deflexión, puede ser aplicado un factor de largo plazo (F') apropiado para deflexiones a largo plazo. Si el encamado cae entre dos categorías de compactación, seleccione el menor valor de E' o el promedio de los dos valores. El porcentaje Proctor basado en la máxima densidad en seco (peso volumétrico seco) de las normas de prueba usando aproximadamente 598,000 J/ m3 (12,500 Pie Lb/ Pie3 ) (ASTM D-698) (6.1 kg cm / cm3 ) El cuadro 4.6. presenta una guía aproximada para estimar el grado de compactación alcanzado según el método utilizado y el cuadro 4.7. el módulo de reacción del suelo E' según la clase de suelo y la compactación Proctor dada.
  • 52. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 10 Cuadro 4.6. Guía aproximada para estimar el rango del grado de compactación vs la clase y el método de relleno como porcentaje Proctor o de la Densidad Relativa* ,para materiales granulares** CLASE DE RELLENO I II III IV DESCRIPCION DEL MATERIAL Material granular manufacturado Suelos de arena y grava limpios Suelos mezclados granulosos Suelos de granos finos Contenido óptimo de humedad en % de suelo seco 9-12 9-18 6-30 Método de compactación del suelo Rango en % Proctor o Densidad Relativa (valores entre paréntesis) Compactado con apizonador mecánico 95-100 (75-100) 95-100 (80-100) 95-100 90-100 Compactado con vibrocompactador portátil 80-95 (60-75) 80-95 (60-80) 80-95 75-90 Con pizón manual 60-80 (50-60) 60-80 60-75 A volteo 60-80 (40-60) 60-80 (50-60) 60-80 60-75 Fuente: Ref. (17) * La densidad relativa está anotada entre paréntesis. ** Esta tabla sirve como una guía aproximada para definir promedios de compactaciones Proctor conseguidos a través de varios métodos de compactación de suelo en diferentes clases de suelo. La tabla tiene la intención de proveer una guía y no se recomienda para su uso en diseño. Los valores reales de diseño deberán ser calculados por el ingeniero para suelos específicos y con contenidos de humedad específicos. Cuadro 4.7. Porcentaje Proctor y Módulo de reacción del suelo (E') para las diferentes clases de suelo Clase de relleno ( Clasificación UNIBELL ) Rango de Densidad Proctor % Módulo de reacción del Suelo (kg/cm2 , PSI y MN/m2 ) I - 210.97 - 3,000 - 20.70 II 85-95 75-85 65-75 140.65 - 2,000 - 13.80 70.32 - 1,000 - 6.90 14.06 - 200 - 1.38 III 85-95 75-85 65-75 70.32 - 1,000 - 6.90 28.13 - 400 - 2.76 7.03 - 100 - 0.69 IV 85-95 75-85 65-75 28.13 - 400 - 2.76 14.06 - 200 - 1.38 3.52 - 50 - 0.69 V CLASE DE SUELO NO RECOMENDADA Fuente: Ref (17) Nota: El porcentaje de la densidad Proctor de acuerdo a ASTM 698
  • 53. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 11 Ejemplo 4.1. Se va ha instalar una tubería de alcantarillado de PVC Duradrén de 300 mm de diámetro (12") tipo 41 a 5 m de profundidad a lomo de tubo, se hizo el análisis granulométrico del que resultaron dos suelos principales: Gravas bien graduadas, Gp (suelo 1) y Arenas limosas, AL (suelo 2). Las densidades son respectivamente, 1700 kg/m3 y 1900 kg/m3 . ¿Cual será la deflexión que presentará el tubo para un grado de compactación de 65 - 75 %, de 75 - 85% y de 85 - 95 % Proctor? Solución. Tomando el cuadro 4.4. de clasificación de suelos se observa que el suelo Gp es clase II y el suelo AL corresponde a la clase III. Los valores de kµ' para esas clases según la figura 4.3. son de 0.165 y 0.150 respectivamente. El factor de impacto para 5 m de profundidad a lomo de la tubería para carreteras es de 1.0 (cuadro 4.3) El ancho de zanja recomendado para tubería de 300 mm es de 0.70 m (cuadro 5.2., capítulo 5 - recomendados para tubería de PVC por el ITP-) Cálculo de cargas muertas: H/Bd = 5m / 0.70 m = 7.143 Entrando a la gráfica 4.3. con este valor resulta un coeficiente Cd1= 2.7 y Cd2= 2.9. las cargas muertas serán para cada tipo de suelo de: (fórmula 4.4.) Wc1 = (2.7) (1,700 kg/m3 ) (0.70 m) = 3,213 kg/m2 = 0.3213 kg/cm2 Wc2 = (2.9) (1,900 kg/m3 ) (0.70 m) = 3,857 kg/m2 = 0.3857 kg/cm2 Cálculo de cargas vivas: Primeramente se calcula el valor del coeficiente Cs usando la figura 4.4. con 5 m de profundidad de relleno y 300 mm de diámetro Duradrén S.I. Cs = 0.0055 La carga concentrada por ruedas de un vehículo se asume de 0.07 MN que equivale a 7,135.6 kg, el diámetro externo para tubería de 300 mm se toma del promedio de los diámetros máximo y mínimo del cuadro 1.1, siendo DE = 0.3175 m, por lo que, la carga viva resultará igual a: (Fórmula 4.6) Wsc kg m m kg m= =( . ) ( , . )( . ) ( . )( . ) . /0 0055 7 135 6 1 0 0 9144 0 3175 135 1 2 Wsc = 0.0135 kg/cm2
  • 54. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 12 Cálculo de la deflexión de la tubería: El cálculo de deflexión de la tubería se hace usando la fórmula 4.3. A continuación se presenta el cálculo de deflexión para uno de los grados de compactación. En la tabla siguiente se presentan los resultado para los demás grados de compactación para las dos clases de suelo. Suelo 1 Dl = 1.5 E' = 14.06 kg/cm2 para suelo clase II , 65-75 % proctor (cuadro 4.7.) K = 0.1 ∆y D 1 100 0.3213 kg / cm kg / cm ) (28,129.4 kg / cm (14.06 kg / cm 2 2 2 2 % ( . )( . )( ) ( . )( . ) ( ) . ) = + − + 1 5 0 1 0 1 0 0135 2 3 41 1 0 0613 ∆y/D1 = 4.31 % Clase de Suelo Densidad Proctor (%) E' (kg/cm2 ) ∆∆∆∆y/D (%) Clase II 65-75 75-85 85-95 14.06 70.32 140.65 4.31 1.10 0.57 Clase III 65-75 75-85 85-95 7.03 28.13 70.32 8.32 2.99 1.31 Conclusión: La tubería se comporta satisfactoriamente en ambos suelos, no se recomienda tener compactaciones proctor menores a 75 % con suelo clase III. La deflexión máxima permisible es de 7.5 % (apartado 4.2.) Ejemplo 4.2. Tomando los datos del problema anterior, cambiando solamente el ancho de zanjas de 0.70 m a 0.85 m según la recomendación de la CNA (cuadro 5.2.) Solución. Cálculo de cargas muertas: H/Bd = 5m / 0.85 m = 5.882 Cd1= 2.65 Cd2= 2.75 Wc1 = (2.65) (1,700 kg/m3 ) (0.85 m) = 3,829 kg/m2 = 0.3829 kg/cm2 Wc2 = (2.75) (1,900 kg/m3 ) (0.85 m) = 4,441 kg/m2 = 0.4441 kg/cm2
  • 55. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 4 - 13 Cálculo de cargas vivas: Cs = 0.0055 Wsc kg m m kg m= =( . ) ( , . )( . ) ( . )( . ) . /0 0055 7 135 6 1 0 0 9144 0 3175 135 1 2 Wsc = 0.0135 kg/cm2 Cálculo de la deflexión de la tubería: Suelo 1 Dl = 1.5 E' = 14.06 kg/cm2 para suelo clase II , 65-75 % proctor (cuadro 4.7.) K = 0.1 ∆y D 1 100 0.3829 kg / cm kg / cm ) (28,129.4 kg / cm (14.06 kg / cm 2 2 2 2 % ( . )( . )( ) ( . )( . ) ( ) . ) = + − + 1 5 0 1 0 1 0 0135 2 3 41 1 0 0613 ∆y/D1 = 5.11 % Clase de Suelo Densidad Proctor (%) E' (kg/cm2 ) ∆∆∆∆y/D (%) Clase II 65-75 75-85 85-95 14.06 70.32 140.65 5.11 1.28 0.66 Clase III 65-75 75-85 85-95 7.03 28.13 70.32 9.42 3.38 1.48 Conclusión: Como se puede observar en el cuadro anterior el ancho de zanja afecta significativamente a la deflexión de la tubería por lo que se recomienda tener los anchos menores posibles, esto es aquellos que permitan elaborar los trabajos de instalación (nivelación de plantillas, instalación de la tubería, acostillado, relleno y compactación). Nota Aclaratoria: Las gráficas que se presentan en el Anexo A1, se hicieron tomando los anchos de zanja recomendados por el ITP (Instituto de Tuberías Plásticas), por lo que para otros anchos se deben tomar las precauciones necesarias.
  • 56. Capítulo 5 Instalación y Mantenimiento
  • 57. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 1 5.- INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO. Debido a la relevancia que actualmente se le ha dando al aspecto ecológico, se buscan opciones que reduzcan los riesgos de contaminación. La tubería de PVC por sus propiedades de hermeticidad, estanquidad, resistencia a la corrosión y abrasión es actualmente una de las mejores opciones para alcantarillados en el mercado. La amplia experiencia en instalaciones hidráulicas nos proporciona bases sólidas para utilizar la tubería de PVC con unión Anger (espiga - campana) en alcantarillados. El presente capitulo trata sobre los métodos de limpieza recomendados para alcantarillados con tubería de PVC usando la línea Duradrén y Durahol, además de las recomendaciones de transporte, manejo, almacenamiento e instalación de la tubería. 5.1. Transporte, manejo y almacenamiento en obra. 5.1.1. Transporte. Los tubos de PVC DURADREN y DURAHOL son fabricados en longitudes de 6 m. La cantidad de tubos de los diferentes diámetros que puede transportar un camión tipo torton se muestran en la siguiente tabla: Cuadro 5.1 Capacidad de carga de tubería en un camión tipo torton DN mm ó cm No de tramos Longitu d (m) 150 - 16.0 200 1200 200 - 20.0 120 720 250 - 25.0* 77 462 300 - 31.5* 48 288 35.5 42 252 40 35 210 45 30 180 50 20 120 63 12 72 *Valores aproximados El transporte debe realizarse procurando que no se dañen los materiales. Los tubos deben colocarse en superficies planas tal como se muestra en la figura 5.1. En el transporte la altura de la estiba no debe exceder de 2.5 m. La colocación de los tubos debe hacerse tal como se muestra en el detalle de la figura 5.1. Al transportar los tubos, debe evitarse en lo posible, la carga mixta; pero si es inevitable, está debe acomodarse de manera que no lastime a los tubos. Con el objeto de economizar el flete se pueden "telescopiar" los tubos, introduciendo unos dentro de otros, siempre y cuando los diámetros lo permitan. Cuando el transporte se haga a grandes distancias y sobre todo en tiempo de calor, la carga debe protegerse y dejar un espacio entre la cubierta y los tubos que permita la circulación de aire para evitar deformaciones que pueden ocasionar el peso de los tubos y la temperatura a la que están sometidos.
  • 58. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 2 Fig. 5.1. Transporte de la tubería 5.1.2. Carga, descarga y manejo. Carga y descarga Durante la carga y descarga de los tubos, estos no deben arrojarse al suelo, someterlos a peso excesivo o golpearlos (Fig. 5.2. A y B) . Se recomienda que por lo menos dos hombres se encargen de esta operación. Cuando la carga o descarga se haga con grúas o montacargas, se deben utilizar elementos que no dañen los tubos, tales como eslingas de nilón, fajas de lona, etc. Debe evitarse el uso de cadenas de acero. Manejo Para evitar daño a los tubos, nunca se deben arrastrar, golpearlos contra el suelo o con herramientas (Fig. 5.2. C). Se recomienda no desatarlos para su manejo (aquellos tubos que vengan en atados) (figura 5.2. D).
  • 59. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 3 Fig. 5.2. Carga, descarga y manejo de la tubería A temperaturas inferiores a 0º C la resistencia de los tubos a los golpes se reduce, por lo que hay que tener mayor cuidado en el manejo. 5.1.3. Almacenamiento en obra El lugar de almacenamiento debe situarse lo más cercano posible al sitio de la obra. Los tubos deben de colocarse en un superficie plana, nivelada y libre de piedras, apoyando la primera línea de tubos sobre polines, los cuales deben tener una separación no mayor a 1.5 m ( Fig. 5.3. A) La figura 5.3. B, C y D, muestran la forma de estibar la tubería en campo. La estiba que más se recomienda es la de camas perpendiculares (figura B), sobre todo si se cuenta con suficiente espacio. La estiba de camas paralelas (figura C), es la más adecuada cuando se dispone de poco espacio, y la estiba piramidal (figura D), es práctica únicamente cuando se carece de espacio suficiente y se tienen pocos tubos.
  • 60. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 4 Fig. 5.3. Almacenamiento en obra. 5.2 Almacenamiento a la intemperie. Cuando los tubos vayan a estar expuestos al sol por más de 30 días deben almacenarse bajo techo. No deben cubrirse con lonas o polietileno, pues esto provoca un aumento de la temperatura que puede causar deformaciones, por lo que se recomienda un techado que permita una buena ventilación a los tubos (figura 5.4.) Fig. 5.4. Almacenamiento a la intemperie.
  • 61. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 5 5.2.1. Conexiones de la línea DURADREN. FIGURA PIEZA DESCRIPCIÓN Silleta c/desviación a 45 ° 5.5. 8” x 6” 10” x 6” 12” x 6” 35.5 cm x 6” 40 cm x 6” 45 cm x 6” 50 cm x 6” 63 cm x 6” 20 cm x 16 cm 25 cm x 16 cm 31.5 cm x 16 cm 35.5 cm x 16 cm 40 cm x 16 cm 45 cm x 16 cm 50 cm x 16 cm 63 cm x 16 cm 5.6. CODO DE : 45° x 6" 45° x 8" 45° x 16 cm 45° x 20 cm 5.7. CODO DE: 90° x 6" 90° x 8" 90° x 16 cm 90° x 20 cm 5.8. COPLE REPARACIÓN DE: 6", 8", 10", 12" y 16, 20, 25, 31.5, 35.5, 40, 45, 50 y 63 cm La tubería fue descrita en el apartado 1.4.1. del capitulo 1, figura 1.1
  • 62. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 6 5.2.2. Acoplamiento de la tubería. La instalación de los tubos de PVC consistente en la unión de los tramos de tubo, dentro o fuera de la zanja se realiza de la siguiente forma: primero, se acarrean los tubos del lugar de almacenamiento hasta ser depositados en el bordo de la zanja, después se bajan a esta, mediante cuerdas, para tubos de diámetros entre 35.5 cm a 63 cm, o manualmente con tuberías de diámetros menores a 35.5 cm. La espiga del primer tramo a instalar se apoya sobre algún material duro (base de concreto, roca, pared de la zanja o cualquier objeto fijo) y se procede a unir los dos tramos. La figura 5.8. muestra la forma de acoplar la tubería de PVC con unión anger. Para diámetros de 150 mm a 300 mm (6" a 12") Sistema Inglés y de 16 cm a 40 cm Sistema Métrico, el acoplamiento puede hacerse manualmente o con barreta, con la que se hace palanca, protegiendo adecuadamente la campana con un taquete de madera. (figura 5.9.) Para diámetros de 45 cm a 63 cm Sistema Métrico, el acoplamiento se hace ayudándose con un tecle de cadena de una tonelada de capacidad y dos estrobos de cable de acero, o dos tramos de cadena de 3/8" x 3 m cada uno. (figura 5.9.) Fig. 5.9. Acoplamiento de la tubería Duradrén. A.- Limpiar la campana por dentro y la espiga de los dos tramos de tubo a unir con limpiador y un trapo limpio. B.- Colocar el anillo empaque dentro del nicho de la campana. C.- Aplicar el lubricante en la espiga hasta la marca tope. D.- Unir los dos tramos de tal forma que la espiga entre dentro de la campana hasta la marca tope. Los tubos DURADREN de Sistema Inglés y DURAHOL vienen con el anillo empaque colocado (integrado) de fabrica.
  • 63. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 7 Fig. 5.10. Forma de instalación de la tubería La ventajas de la unión anger entre otras son: el movimiento relativo que existe entre la espiga y la campana que permite acomodos del suelo; al seguir los lineamientos de instalación e introducir la espiga dentro de la campana hasta la marca tope, deja dentro de la campana un espacio llamado, cámara de dilatación, el cual le permite al tubo contraerse y dilatarse debido a la variación de la temperatura; el anillo empaque permite que la unión sea hermética por lo que no permite exfiltraciones que puedan contaminar los mantos acuíferos, ni infiltraciones que excedan la capacidad de conducción de la tubería y de las plantas de tratamiento cuando existan, igualmente impide la entrada a la red de sustancias nocivas. El anillo empaque se fabrica de material elastomérico según Norma NMX-E-111. La figura 5.11. muestra la unión anger. Fig. 5.11. Unión Anger utilizada en la tubería DURADRÉN mostrando el anillo empaque (según Norma NMX-E-111)
  • 64. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 8 5.2.3. Instalación en la zanja. Relleno Compactado: El tubo de PVC debe ser instalado sobre una cama o plantilla apropiada que proporcione un soporte longitudinal uniforme bajo el tubo. El material de relleno debe ser compactado bajo los lados del tubo para tener un buen acostillado. El relleno inicial debe ser depositado a una altura suficiente sobre el lomo del tubo como protección al impacto durante el relleno final (a volteo o compactado según lo especifique el proyecto). Todo el material de relleno compactado debe ser seleccionado y depositado cuidadosamente, evitando piedras y escombros, además no se recomienda usar arcillas de alta plasticidad. Una apropiada compactación del material del acostillado, que es la sección del relleno que va desde la parte baja del tubo hasta el eje del mismo, es fundamental para obtener el peso volumétrico de suelo especificada por el Ingeniero de diseño. (figura 5.12.) Fig. 5.12. Zanja tipo RELLENO FINAL A volteo o com- pactado, según lo especifique el RELLENO COMPACTADO Acostillado Plantilla Relleno Inicial Ancho de Zanja (Bd) proyecto La compactación del relleno es fundamental para el buen comportamiento mecánico del tubo. Relleno final (a volteo o compactado): Después de depositar y compactar los materiales de relleno inicial, se hace el relleno final el cual puede ser depositado con máquina y puede contener piedras y rocas no muy grandes y escombro; el relleno final puede ser a volteo o compactado según lo especifique el proyecto. Para consultar la clasificación de suelos (SUCS), los valores promedio del módulo de reacción del suelo (E'), una guía aproximada del grado de compactación según el método de relleno, así como los porcentajes proctor y módulo de reacción para diferentes clases de suelo, refiérase a los cuadros 4.4. , 4.5., 4.6. y 4.7. respectivamente del capitulo 4.
  • 65. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 9 5.2.4. Dimensiones de la zanja. El siguiente cuadro muestra las dimensiones recomendadas de zanja para la tubería Duradrén tanto en Sistema Inglés como en Sistema Métrico. Cuadro 5.2. Dimensiones de zanja recomendadas. Diámetro Ancho de Zanja (m) Nominal Inglés Métrico Recomendado por ITP para tubos de PVC Recomendado por CNA 6" 16 cm 0.60 0.70 8" 20 cm 0.60 0.75 10" 25 cm 0.65 0.80 12" 31.5 cm 0.70 0.85 35.5 cm 0.75 0.90 40 cm 0.80 1.00 45 cm 0.85 1.10 50 cm 0.90 1.20 63 cm 1.05 1.30 ITP: Instituto de Tuberías Plásticas. 5.2.5. Rendimientos de instalación El siguiente cuadro muestra los rendimientos de lubricante para instalar tubería anger. (5) Cuadro 5.3. Rendimiento de lubricante para uniones anger Diámetro Nominal (pulg ó cm) No de uniones por lata de 1000 gr. Cantidad de lubricante por unión (gr.) 4 ó 10 180 5.54 6 ó 15 81 12.35 8 ó 20 54 18.57 10 ó 25 46 21.66 12 ó 31.5 38 26.00 35.5 31 32.50 40 31 32.50 45 23 43.33 50 15 65.00 63 8 130.00 Nota: El número de uniones varia dependiendo de la consistencia del lubricante y de la experiencia del instalador.
  • 66. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 10 El rendimiento de instalación se muestra a continuación (5): Cuadro 5.4. Rendimiento de instalación Diámetro Nominal Tubos de 6 m que se instalan por cuadrilla en una jornada de No de operadores por cuadrilla (pulg ó cm) 8 horas Oficiales Peones 4 ó 10 175 (1050 m) a mano 1 3 6 ó 15 160 (960 m) con barreta 1 3 8 ó 20 120 (720 m) con barreta 1 3 10 ó 25 100 (600 m) con barreta 1 3 12 ó 31.5 90 (540 m) con barreta 2 3 35.5 80 (480 m) con barreta 2 3 40 70 (420 m) con barreta 2 3 45 65 (390 m) con tecle 2 3 50 60 (360 m) con tecle 2 4 63 55 (330 m) con tecle 2 4 Estos rendimientos no consideran el acarreo de la tubería del lugar de almacenamiento a la zanja, solo el bajado de la tubería y su posterior unión dentro de la misma. Estos valores son promedio por lo que pueden ser inferiores o superiores dependiendo de la experiencia y habilidad de los instaladores, Además son para condiciones de zanja donde no exista nivel freático alto y considera que el fondo de la zanja fue nivelado previamente según la pendiente de proyecto. Tampoco están considerados los trabajos de relleno y compactación.
  • 67. Tubos Flexibles, S.A. de C.V. Criterios de Diseño para Redes de Alcantarillado Empleando Tubería de PVC 5 - 11 5.2.6. Instalación de la descarga domiciliaria. Para la instalación de las descargas domiciliarias los elementos principales son: la silleta con desviación a 45º, los codos de 90º ó 45º según la posición del albañal y la profundidad de la atarjea, el limpiador y el cemento para PVC y las abrazadera de alambre "recocido" o acero inoxidable (recomendable) para sujetar la silleta a la atarjea durante el secado de la unión cementada. La siguiente figura muestra la forma de instalación, los pasos a seguir se muestran más abajo. Figura 5.13. Instalación de la descarga domiciliaria 1 2 3 Presentar las piezas para determinar el lugar exacto donde deberá colocar la silleta, ya que su localización depende de la tubería de descarga y del codo. Marcar con la plantilla la guía para efectuar la perforación en el tubo (atarjea) donde llegará la descarga domiciliaria. Preparar abrazaderas de acero o en su defecto de almabre recocido, dos por silleta (dos hilos cada una) Hacer los barrenos conforme a la plantilla, con un taladro o un berbiquí utilizando broca para madera de 5/8” ó 3/4” de diámetro 4 5 6 CEMENTO LIMP IADOR Hacer la perforación en el tubo (atarjea) con serrucho de punta o con caldora eléctrica, siguiendo la guía interior marcada con la plantilla Con escofina o lima de media caña eliminar los excesos y filos del material, en la perforación Limpiar bien la base de la silleta y la superficie del tubo (emplear limpiadorpara tubería de PVC Duralón). Aplicar cemento para PVC Duralón tanto en la silleta como en el tubo, formando una película uniforme de un milímetro de espesor (mínimo) en ambas superficies (usar pegamento que forme película y de secado lento) 7 8 9 Colocar la silleta sobre la parte marcada en el tubo y checar que la perforación corresponda con la descarga de la silleta. Apretar las abrazaderas de alambre, sobre la silleta y el tubo. Dejar secar (fraguar) el pegamento durante cuatro horas minímo para enseguida instalar el codo de 45° o de 90° y el tubo de la descarga domiciliaria, para proceder a la prueba de hermeticidad. Una vez aprobada la priueba de hermeticidad, rellenar la zanja y compactar bien el terreno