materiales utilizados para el alcantarillado

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria -ERISIngeniería Sanitaria 2 Ing. Guillermo Melini

Javier Alejandro López Guerrero

Guatemala 19 19 de agosto de 2014

INGENIERÍA SANITARIA 2 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

Índice Introducción   .......................................................................................................................................

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Objetivos   ............................................................................................................................................

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Marco teórico  .....................................................................................................................................

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Materiales de construcción utilizados en alcantarillado................................................................. 4

Conclusiones   ...................................................................................................................................

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Referencias bibliográficas   .............................................................................................................

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Introducción Los materiales que se usan para las instalaciones de alcantarillado son variables y dependen de varios factores, tales como la presión, velocidad, y localización en donde estarán situadas, una de los más comunes son: Cobre, PVC, concreto. Estos materiales tienen diferentes características y propiedades, función y finalidad, costos, Además de la resistencia a la temperatura, durabilidad y aislación térmica. En el presente trabajo de investigación se analizan los diferentes tuberías de los sistemas de alcantarillado y los materiales de los cuales estpan hechos, tomando en cuenta que en la mayoría de las ciudades, se tiene la necesidad de desalojar aguas residuales y pluviales, tanto en viviendas como en los comercios e industrias. Debido a estas necesidades los sistemas de alcantarillado se encargan de conducir las aguas de desecho y pluviales captadas en los sitios de asentamiento de las conglomeraciones humanas para su disposición final, es decir, llevar dichas aguas de desecho, hasta sitios donde no provoquen daños e inconvenientes a los habitantes de poblaciones de donde provienen o a las cercanas. Un sistema de red donde el transporte de aguas servidas y pluviales comprende la utilización de tuberías, empalmes de las juntas entre tubos, conexiones, accesorios todo este material deberá ser indicado en planos de diseño de alcantarillado y por ende deberá de cumplir con normas técnicas vigentes en el momento de la construcción correspondiente a cada material como lo son la  ASTM, ISO, COGUANOR, entre otras. Como un ejemplo la tubería deberá ser inmune al ataque de los elementos que esta transporta, uniforme, lisa, además los requisitos de diseño, la rigidez, los espesores de pared, los diámetros, las tolerancias y en cuenta los criterios de aceptación o rechazo por las especificaciones definidas en las normas.

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Objetivos

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Definir los distintos tipos de materiales usados en .los alcantarillados Conocer los diferentes accesorios y complementos para un sistema de red de un alcantarillado. Conocer las normas que determinan la calidad de los diferentes materiales empleados en las tuberías de transporte de aguas pluviales y sanitarias en un sistema de alcantarillado.

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Marco teórico Materiales de construcción utilizados en alcantarillado

Las tuberías para alcantarillado pueden ser clasificados en metálicas y no metálicas. Los materiales normalmente aceptados para sistema de alcantarillado son los siguientes: Para tubería metálica: Hierro fundido Hierro dúctil   Acero   Otros • • • •

Para tubería no metálica:   Cerámica Concreto simple Concreto armado reforzado   Fibrocemento Poli cloruro de vinilo (PVC) Polietileno (PE)   Termoplástica Polietileno de alta densidad Plástica termo-estable Fibra de vidrio (resina termo-estable reforzada) RTR Mortero plástico reforzado RPM • • • • • • • • • • •

TUBERIAS NO METALICAS

Tuberías Cerámicas • •

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Son químicamente inertes. A través de los años la arcilla natural ha sido convenientemente tratada para la fabricación de los mismos, lográndose una calidad buena, no solo para resistir los ataques químicos corrosivos de las aguas domésticas e industriales sino también para los aspectos estructurales requeridos en su instalación. Poseen una buena resistencia a la abrasión. Las tuberías de arcilla son lisas, con bajo coeficiente de fricción, impermeable y poco atacable por ácidos. Se deben controlar y comprobar debido a su fragilidad, permeabilidad por fisuras y la dificultad de ejecución de sus juntas.

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Los accesorios disponibles como yees y tees deben ser usadas para unir alcantarillas domésticas a alcantarillas públicas y deben ser instaladas en la alcantarilla cuando ésta es construida. Los extremos abiertos de las conexiones no usadas pueden ser cerrados con tapones o mortero hasta que se necesiten.

Las principales características más importantes de los tubos cerámicos son: •

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Resistencia al ataque de compuestos orgánicos como ser ácidos, sales y bases con excepción del ácido fluorhídrico y sus compuestos. Resistencia a la agresión de compuestos orgánicos y agentes biológicos destructores. Bajo coeficiente de dilatación térmica (K=5.10-6 m/°C). Estanqueidad inferior a 0.03 en 15 minutos Estanqueidad inferior a 0.03 en 15 minutos Buena resistencia mecánica Tuberías de concreto

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Los tubos pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Los tubos de concreto, se fabrican en moldes metálicos, empleando hormigones ricos en dosificación de cemento. Existen variados métodos para la fabricación de estos tubos, siendo los más conocidos, vibro-compresión, giro-compresión, centrifugación, precompresión y vibración simple. Preferentemente se utilizan los dos primeros sistemas para la fabricación de tubos de pequeño diámetro en cambio para tubos de Concreto armado, los tres últimos sistemas.

Fabricación de las tuberías de Concreto Fabricación por vibro-compresión: Normalmente utilizado en pequeñas fábricas de tubos.  La vibración se produce colocando y fijando los moldes, verticalmente sobre una mesa vibradora, que determina su compactación.   El grado de compactación de la mezcla es bastante aceptable, sin embargo, el proceso de fabricación es lento. 

Fabricación por giro-compresión:  

Sistema más utilizado para la fabricación de grandes cantidades de tubos de Concreto. Proceso combinado de moldeado, compactado y aislado.

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El grado de compactación del Concreto que se logra por este método es superior a la obtenida por vibro compresión, sin embargo, debido a que en este sistema se emplea una mezcla bastante seca, se debe cuidar la consistencia del cemento ya que es un componente muy importante de la trabajabilidad. Se utiliza el Cono de Abrahams para determinar el revenimiento respectivo.

Fabricación por centrifugación: 

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Este proceso de fabricación se realiza en moldes cilíndricos horizontales, montados sobre ejes, los moldes reciben una determinada cantidad de concreto, muy fluido, y que al girar el mismo durante un periodo de tres a cinco minutos, a gran velocidad (1200 r.p.m. para los pequeños diámetros. Las tuberías que se fabrican por este método pueden llevar armaduras de refuerzo en el caso de grandes diámetros, en cambio para abastecimientos de agua y para alcantarillado en pequeños diámetros no se requiere tales armaduras.

Juntas en tuberías de concreto En la unión de tuberías de concreto se distinguen dos tipos de acoplamiento que son los más usados: 

Junta espiga  – campana: Es una unión con un extremo expandido llamado campana, es un sistema de unión que se requiere de un limpiador y pegamento adecuado antes de su colocación, por las condiciones en que ambas tuberías quedan soldadas, esta unión es conocida como una unión rígida. Unión soldada con pegamento existen desde ½” hasta 6”.

Generalmente utilizadas en tuberías flexibles. Deben cumplir con los requerimientos de la norma ASTM F894. La foto nos muestra una unión campana o rígida. 

Junta machihembrada: Utilizado para la canalización de aguas, entubado de ríos, pasos de caminos, entre otros. La tubería deberá ser unida con su sistema compuesto de junta cumpliendo o excediendo los requerimientos de la prueba de hermeticidad en laboratorio de la norma ASTM D3212.

En los dos tipos, las juntas pueden ser rígidas o elásticas. En todo caso, es aconsejable la utilización de juntas elásticas por distintas razones de tipo técnico que deben ser especificadas con prioridad.

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Ventajas del uso de tuberías de concreto   

Bajo coeficiente de rugosidad. (n = 0.013) Pueden ser fabricados para una amplia gama de resistencias, variando únicamente el espesor de las paredes. Tienen la posibilidad de ser fabricados en el mismo lugar de las obras.

Materiales para la fabricación de tuberías de concreto   El tipo de cemento, los agregados y las dimensiones de las tuberías, dependen de las especificaciones que se adopten.   Cada norma determina las dimensiones y los valores de resistencia obtenidos de las condiciones más desfavorables.  Para las aplicaciones en alcantarillas sanitarias deben usarse anillos de compresión o arandelas. 

Tubos de concreto armado o reforzado Los procedimientos normales de fabricación son:   Centrifugado Giro compresión   Vibración

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Los tubos deben llevar armaduras de refuerzo solamente cuando se trata de grandes diámetros. En los tubos de concreto armado, la unión que generalmente se practica es de tipo espiga campana, pudiendo ser la junta rígida o elástica. Tuberías de fibrocemento  Son elaborados a partir de una mezcla íntima y homogénea de fibras y cemento portland o portland puzolánico, exenta de materia orgánica, con o sin adición de sílice y agua.  Su empleo en las redes de alcantarillado se justifica cuando se plantean exigencias de alta flexibilidad e impermeabilidad de juntas.  Se producen hasta de 90 cm, con juntas de espiga y campana.  Para las juntas se emplean anillos o piezas especiales de goma o en su caso, se coloca una cuerda alquitranada en 1/3 de la junta, mastic plástico en el otro tercio y en el tercio final se coloca un mortero de cemento en proporción 1 de cemento por 2 de arena.

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Tuberías de asbesto cemento o fibra cemento Esta tubería se utilizó mayormente en años anteriores en las redes de acueducto, pues se fabrican en gran variedad de diámetros. En la actualidad han sido reemplazados por el PVC y otros materiales. Aún así, se fabrican para tres tipos de usos: Para redes de acueducto Para alcantarillado Para ductos telefónicos Características de la tubería de Asbesto-Cemento A.C. para acueductos a presión. La unión de estos dos materiales, asbesto y cemento, produce una tubería con las siguientes características: Presenta una superficie interior lisa que facilita el paso del agua Es inmune a la oxidación metálica pero presenta acartonamiento( ), en terrenos agresivos, es decir con alto contenido de sulfatos (suelos ácidos). Se han encontrado adherencias internas considerables ocasionadas por residuos del sulfato de aluminio utilizado como coagulante. Presenta buen comportamiento ante el golpe de ariete Presenta buen comportamiento en casos de movimientos sísmicos Es totalmente inmune a las corrientes eléctricas erráticas. Por no ser conductor es inmune a la perforación de las paredes del tubo por esta causa. Su manejo y la instalación requieren cuidado por ser una tubería frágil a los golpes o caídas. Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC)   

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  Gran aceptación para redes de alcantarillado, solamente en diámetros pequeños de 6” y 8” ya que para diámetros mayores el costo es muy alto,

produciéndose por lo tanto, deferencias económicas muy significativas.  Los tubos de PVC se fabrican por extrusión.  El PVC puro se suministra a las industrias transformadoras en forma de un polvo blanco.  Son ligeras.  Inertes a las aguas agresivas y a la corrosión de las tierras.   No existe peligro de obstrucción en los tubos como resultado de la formación de residuos y óxidos. En consecuencia, podemos decir que la sección útil de los tubos permanece prácticamente invariable. 

Superficie interior de los tubos puede considerarse como “hidráulicamente lisa”.

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Los roedores y las termitas no atacan a los tubos de PVC rígido. Excelente comportamiento a las sobrepresiones momentáneas, tales como el golpe de ariete. Mejor comportamiento que los tubos tradicionales bajo los efectos de la helada.

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Criterios de diseño El análisis y la investigación de las características del flujo hidráulico han permitido que los sistemas de alcantarillado construidos con tuberías plásticas, puedan ser diseñados conservadoramente utilizado la ecuación de Manning. La relativa pequeña concentración de sólidos (600 ppm), usualmente presente en las aguas negras y de tormenta, no es suficiente para hacer que el comportamiento hidráulico difiera al de agua limpia, siempre que se mantengan velocidades mínimas de auto limpieza. En general, para simplificar el diseño de sistemas de alcantarillado, es aceptable asumir condiciones constantes de flujo aunque la mayoría de los sistemas de drenaje o alcantarillado funcionan con caudales sumamente variables. Cuando se diseña permitiendo que la altura del flujo en el conducto varíe, se considera como flujo a superficie libre. Coeficiente de rugosidad El valor de n ha sido determinado experimentalmente para los materiales más comunes usados en sistemas de alcantarillado. Su valor puede ser tan bajo como 0.007 en pruebas de laboratorio para tuberías plásticas y utilizando agua limpia, o tan alto como 0.025 en tuberías de acero corrugado bajo condiciones menos favorables. En la Figura se presentan los resultados obtenidos por el Ing. Fadi Z. Kamand, miembro de la Asociación Americana de Ingenieros Civiles ASCE, referente a la variación de la n de Manning con respecto a la velocidad del flujo y al diámetro de la tubería de PVC. Para NOVAFORT y NOVALOC se recomienda un valor de n = 0.009.

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Conclusiones Clasificar las distintas tuberías utilizadas en un sistema de alcantarillado según el material. Entre los diferentes materiales utilizados para tuberías se encuentra el PVC, Concreto simple y Concreto reforzado, Polietileno, Policreto que serán utilizados en un sistema de alcantarillado para el transporte de aguas servidas y pluviales, las cuales serán depositadas en un vertedero, para ello estos tipos de tuberías serán usados de acuerdo al diseño y especificación necesaria en la contrunstruccion del mismo. Conocer los diferentes accesorios y complementos para un sistema de red de un alcantarillado ya que en la instalación de la red de alcantarillado es necesario cierto tipos de accesorio para la conducción de las aguas servidas y pluviales, los complementos pueden ser pegamentos, sellos herméticos entre otros los cuales serviaran para dar mayor seguridad a la unión de la tubería en todo el diseño. Conocer las normas que determinan la calidad de los diferentes materiales empleados en las tuberías de transporte de aguas pluviales y sanitarias en un sistema de alcantarillado, ya que estas determinan los parámetros de aceptación y rechazo de la tubería, existen diferentes tipos de ensayos que no sirven para clasificar las tuberías de acuerdo a sus características física y mecánica. Tales normas vigentes como la COGUANOR, norma guatemalteca o ASTM norma internacional. Estas están clasificadas de acuerdo al material de las mismas.

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Referencias bibliográficas E-grafía 

       

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NOVALOC Plastigama, Manual Técnico http://www.plastigama.com.ec/pdfs/novaloc.pdf http://www.pavco.com.ve/descargas/2011/NOVALOC.pdf http://www.amanco.com/infraestructura.html http://www.mexichem.com.gt/i_alcantarillado.html#tubnovafort