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REDES DE AGUA POTABLE
1.- Presentación
2.- Referencias Bibliográficas
3.- Definiciones
4.- Materiales
4.1.- Materiales a usar en Redes de Agua Potable
4.2.- Especificaciones Técnicas de Materiales
4.2.1.- Tubería de PVC
4.2.2.- Tubería de Asbesto Cemento
4.2.3.- Tubería de Polietileno de Alta Densidad (HDPE)
4.2.4.- Tubería de Acero Comercial
4.2.5.- Tubería de Fierro Dúctil con unión Tyton
5. DISEÑO 5.1 Análisis de la Resistencia ante Acciones Externas 5.1.1 Cargas sobre tubería 5.1.2 Temperaturas (dilatación y contracción) 5.1.3 Corrosión 5.2 Estudios de Materiales 5.2.1 Materiales de tuberías 5.2.2 Campos de utilización de tuberías según material 5.2.3 Análisis comparativo del comportamiento por tipo de material 5.3 Proposición de Metodología para la Selección de Material de Tuberías desde
el punto de Vista de la Corrosión 5.3.1 Introducción 5.3.2 Corrosión interna 5.3.3 Corrosión externa
5.3.4 Proposición de Metodología para la selección de material de tuberías desde el punto de vista de la corrosión
5.3.5 Conclusiones
5.4 Dimensionamiento y Diseño de Redes de Distribución de Agua Potable
5.4.1 Generalidades 5.4.2 Solicitamos de una red de distribución de Agua Potable 5.4.3 Tipos de redes 5.4.4 Dimensiones de una red 5.4.5 Cálculo de redes de distribución de Agua Potable 5.5 Anclaje para Piezas Especiales 5.5.1 Anclajes tipo para piezas especiales 5.5.2 Anclajes especiales para piezas especiales 5.6 Recomendaciones Técnicas 5.6.1 Bases de cálculo de consumo 5.6.2 Presiones de servicio 5.6.3 Diseño y dimensionamiento 5.6.4 Diámetros mínimos 5.6.5 Materiales 5.6.6 Trazado 5.6.7 Cámaras 5.6.8 Cuarteles 5.6.9 Topografía 5.6.10 Presentación de proyectos 5.6.11 Elaboración de planos y documentos del proyecto ANEXO 1 DEL CAPITULO 5 6. ATRAVIESOS, TIPOS DE UNIONES Y ELEMENTOS AUXILIARES EN UNA RED DE AGUA POTABLE 6.1 Atraviesos e Interferencias 6.1.1 Atraviesos en puntos especiales 6.1.2 Interferencias entre redes de A.P. y red de Gas Natural 6.2 Tipos de Uniones 6.3 Elementos Auxiliares de una red de Distribución 6.3.1 Piezas especiales sin mecanismo 6.3.2 Piezas especiales con mecanismo 6.4 Obras
6.4.1 Excavaciones 6.4.2 Camas de Apoyo 6.4.3 Rellenos Compactados 6.4.4 Retiro de Excedentes 6.4.5 Soluciones Constructivas Especiales 6.4.6 Cruce Bajo otras Matrices Existentes de Agua Potable 7.- Aseguramiento de Calidad 7.1.- Generalidades
7.2.- Forma de asegurar la calidad de los materiales empleados
7.3.- Ensayos necesarios para la Recepción de la Obra
7.4.- Criterios de aceptación
7.5.- Seguimiento de Calidad
8.- Planos Tipo
9.- Proveedores
9.1.- Cañerías de Fierro Fundido
9.2.- Cañerías de PVC
9.3.- Cañerías de Cemento Comprimido
9.4.- Cañerías de Acero
9.5.- Cañerías de Asbesto Cemento
10.- Bibliografía
11.- Anexo 1 “ESPECIFICACIÓN TÉCNICA GENERAL MOVIMIENTO DE TIERRAS”
2 REFERENCIAS Listado de normas chilenas estudiadas NCh43.Of61 Selección de muestras al azar. NCh44.Of78 Inspección por atributos tablas y procedimientos de muestreo. NCh184.Of80 Tubos de hormigón simple para alcantarillo. Requisitos generales. NCh191.Of80 Tubos de asbesto - cemento para la conducción de fluidos a presión.
Requisitos. NCh399.Of94 Tubos de policloruro de vinilo (PVC) rígido, para la conducción de
fluidos a presión. Requisitos. NCh398.Of80 Tubos de polietileno (PE) para agua potable. Requisitos. NCh402.Of83 Tuberías y accesorios de fundición gris para canalizaciones sometidas
a presión. NCh691.Of78 Agua potable - Conducción, regulación y distribución. NCh711.Of71 Arquitectura y construcción - Designación gráfica de elementos para
instalaciones sanitarias. NCh996.Of73 Ingeniería sanitaria - Agua potable - Tubos de acero - Manejo
transporte y almacenamiento. NCh1360.Of84 Tuberías de acero, fierro fundido y asbesto cemento para conducción
de agua potable - Pruebas en obras
3 DEFINICIONES Para una mejor comprensión de cada tema, cada capítulo define sus propios conceptos.
4 MATERIALES
4.1 Materiales a usar en redes de agua potable
El siguiente corresponde a un listado de los materiales normalmente utilizados en redes de agua potable: • PVC • Asbesto Cemento (En estudio su eliminación) • Polietileno de Alta Densidad (HDPE) • Acero Comercial • Fierro Dúctil con unión Tyton
4.2 Especificaciones Técnicas de Materiales
A continuación se entregan las especificaciones técnicas de los materiales utilizados en las redes de agua potable:
4.2.1.- Tubería de PVC 4.2.2.- Tubería de Asbesto Cemento 4.2.3.- Tubería de Polietileno de Alta Densidad (HDPE) 4.2.4.- Tubería de Acero Comercial 4.2.5.- Tubería de Fierro Dúctil con unión Tyton
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ÍNDICE Capítulo 5
5 DISEÑO.......................................................................................................................................................5-1
5.1 ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA ANTE ACCIONES EXTERNAS.......................................................................5-1 5.1.1 Cargas sobre la tubería...................................................................................................................5-1 5.1.2 Temperaturas (dilatación y contracción) ......................................................................................5-13 5.1.3 Corrosión.......................................................................................................................................5-14
5.2 ESTUDIOS DE MATERIALES .....................................................................................................................5-20 5.2.1 Materiales de tuberías ...................................................................................................................5-20 5.2.2 Campos de Utilización de Tuberías según el Material..................................................................5-25 5.2.3 Análisis comparativo del comportamiento por tipo de material. ..................................................5-26
5.3 PROPOSICIÓN DE METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE MATERIAL DE TUBERÍAS DESDE EL PUNTO DE
VISTA DE LA CORROSIÓN.................................................................................................................................5-28 5.3.1 Introducción ..................................................................................................................................5-28 5.3.2 Corrosión Interna..........................................................................................................................5-31 5.3.3 Corrosión Externa .........................................................................................................................5-35 5.3.4 Proposición de Metodología para la Selección de Material de Tuberías desde el punto de vista de la corrosión.................................................................................................................................................5-36 5.3.5 Conclusiones..................................................................................................................................5-46
5.4 DIMENSIONAMIENTO Y DISEÑO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE .................................5-47 5.4.1 Generalidades................................................................................................................................5-47 5.4.2 Solicitaciones de una Red de Distribución de Agua Potable.........................................................5-47 5.4.3 Tipos de Redes...............................................................................................................................5-48 5.4.4 Dimensionamiento de una Red ......................................................................................................5-50 5.4.5 Calculo de Redes de Distribución De Agua Potable .....................................................................5-59
5.5 ANCLAJE PARA PIEZAS ESPECIALES ........................................................................................................5-71 5.5.1 Anclajes Tipo Para Piezas Especiales...........................................................................................5-71 5.5.2 Anclajes Especiales Para Piezas Especiales .................................................................................5-71
5.6 RECOMENDACIONES TÉCNICAS...............................................................................................................5-83 5.6.1 Bases de Cálculo de Consumo.......................................................................................................5-83 5.6.2 Presiones de Servicio.....................................................................................................................5-84 5.6.3 Diseño y dimensionamiento...........................................................................................................5-85 5.6.4 Diámetros mínimos........................................................................................................................5-85 5.6.5 Materiales......................................................................................................................................5-85 5.6.6 Trazado..........................................................................................................................................5-86 5.6.7 Cámaras ........................................................................................................................................5-86 5.6.8 Cuarteles .......................................................................................................................................5-86 5.6.9 Topografía .....................................................................................................................................5-88 5.6.10 Presentación de proyectos ........................................................................................................5-88 5.6.11 Elaboración de planos y documentos del proyecto ...................................................................5-89
ANEXO 1 DEL CAPITULO 5
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5 DISEÑO
5.1 Análisis de la Resistencia ante Acciones Externas Para una mejor comprensión en la siguiente figura de la página siguiente se muestra un modelo de carácter conceptual de las distintas solicitaciones del tipo mecánicas y físico-químicas, como también de las propiedades intrínsecas de las tuberías.
5.1.1 Cargas sobre la tubería Las tuberías de cualquier tipo de material al ser colocadas enterradas, quedan sometidas a esfuerzos derivados del peso del terreno que actúa sobre ellas y del eventual tráfico vehicular o cargas uniformemente repartidas. La magnitud de las cargas y esfuerzos a que queda sometida una tubería es influenciada por una serie de factores entre los que se destacan:
- Ancho de la zanja - Profundidad de la zanja - Dimensiones de la tubería - Condiciones del suelo - Relleno de la zanja - Condiciones de encamado de la tubería - Tipo de tráfico
5.1.1.1 Tipos de conducto Los conductos se pueden agrupar según el grado de rigidez. Generalmente se conocen tres clases de tubos.
1) Conductos rígidos, cuyas formas transversales no pueden distorsionarse lo suficiente como para cambiar sus dimensiones verticales en más de 0,1% sin causar daño.
2) Conducto semirígido, cuyas formas transversales pueden distorsionarse lo
suficiente como para cambiar sus dimensiones horizontales o verticales más de 0,1%, pero no más de 3,0%, sin causar daño material.
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3) Conducto flexible, cuyas formas transversales pueden distorsionarse lo suficiente como para cambiar sus dimensiones vertical u horizontal más de 3,0% antes de causar daño.
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RID
AD
d
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Se usará los términos rígidos y flexibles para diferenciar entre las clases (1), por una parte y las clases (2) y (3) por la otra. Un tubo debe ser considerado flexible o rígido no en forma aislada, sino considerando siempre su relación con el terreno que lo rodea. Para determinar la rigidez relativa de la tubería se aplica el criterio de WOELLMY.
3
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
er
EpEsn
DONDE:
Es = módulo de elasticidad del suelo Ep = módulo de elasticidad del tubo r = radio medio del tubo e = espesor de la tubería
Sólo si n > 1 el tubo se deformará más que el relleno y el tubo podrán ser considerado elástico con respecto a aquel. 5.1.1.2 Tipos de zanja La magnitud de la carga de terreno depende de las condiciones de instalación de la tubería, las que en forma general pueden ser:
- Zanja angosta - Zanja ancho o terraplén
En el caso de zanja ancha se tiene las variantes de proyección positiva, proyección negativa y zanja imperfecta, de las cuales solamente se estudiará la condición de zanja ancha, con proyección positiva, por ser los otros casos muy especiales y de poca ocurrencia en la práctica. Un tubo está en condición de zanja angosta si cumple con una de las siguientes relaciones: a) B < 2D : H > 1,5 B b) 2D < B < 3D : H > 3,5 B
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donde: B = ancho de zanja sobre la clave del tubo H = altura de zanja sobre la clave D = diámetro del tubo Tipos de zanja a) Angosta b.1) Ancha b.2) Terraplén 5.1.1.3 Determinación de las cargas de terreno 5.1.1.3.1 Condición de zanja angosta La magnitud de la carga está dada por: )1(2CtxWxBWe = donde: We = carga vertical del relleno (kg/ml) W = peso específico del suelo (kg/m3) B = ancho de la zanja sobre la clave del tubo Ct = coeficiente de carga para tubería en condición de zanja, dada por la
siguiente expresión:
)2('tg2
1 /'tg2
ϕ
ϕ
keWe
BxHk−−=
B
D H D
B
D H
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donde: k = coeficiente de empuje activo del terreno dado por RANKINE
)3()2
45(tg 2 ϕ−=k
'ϕ = ángulo de fricción entre el relleno y las paredes de la zanja ϕ = ángulo de fricción interno del relleno El ángulo 'ϕ es igual o menor que ϕ por lo que se supone para efecto de
cálculo que ϕ = 'ϕ 5.1.1.3.2 Condición de zanja ancha La magnitud de la carga está dada por: Wew = Ce x W x D2 (4) donde: D = diámetro exterior del tubo (m) W = peso específico del relleno (kg/m3) Ce = coeficiente de carga para la condición de zanja ancha, que depende
del tipo de suelo; pero fundamentalmente en la razón de proyección pj y la razón de asentamiento rs y cambia con la relación H/D.
La razón pj representa el grado de penetración del tubo en el suelo. La carga vertical disminuye con un menor valor de pj por encontrarse entonces la tubería con mayor soporte de suelo sólido (mayor ángulo de encamado). Tabla para valores de pj Angulo de Encamado 30° 60° 90° 120° Pj 0,98 0,93 0,85 0,75
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Valores de rs La norma ISO recomienda los siguientes valores rs para tubos rígidos:
rs = 1 tubos en roca o suelo fundación. Incomprensible. rs = 0,5 - 0,8 tubos colocados en suelo de fundación normal. rs = 0 - 0,5 tubo colocado en suelo de fundación blando asentable. En el caso de tubos elásticos o semi-rígidos pueden tomarse los menores valores detallados en rs en función del tipo de suelo de fundación. Determinación de la carga de un tubo flexible La determinación de la carga de un tubo flexible con respecto al relleno en condiciones de Zanja está dada por: Wet = Ct x W x B x D (5) Donde: Ct = factor de carga fórmula de zanja angosta W = peso específico del suelo (kg/m3) B = ancho de zanja sobre la clave de la tubería D = diámetro exterior del tubo 5.1.1.4 Cargas vehiculares La fórmula de BOUSSINESQ para la determinación de las cargas vehiculares está dada por la siguiente expresión: Pvc = pv x D x ϕ (kg/ml) (6) donde: pv = factor de carga. D = diámetro exterior del tubo. ϕ = factor de impacto 1 + 0,3/H para calles y autopistas. 1 - 0,6/H para cruces de FFCC.
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5.1.1.5 Factor de encamado La resistencia al aplastamiento de la tubería está fijada por las normas y NCh a través de ensayos normalizados de dos apoyos. La resistencia al aplastamiento de una tubería enterrada es muy superior a su resistencia en condiciones de ensayo de dos apoyos y depende del tipo de encamado realizado. El factor de encamado k es la relación entre estas dos cargas de aplastamiento.
)7(WiWtk =
donde: Wt = carga de aplastamiento en terreno Wi = carga de aplastamiento en laboratorio 5.1.1.6 Coeficiente de seguridad Los coeficientes de seguridad respecto a las cargas de aplastamiento, varían según el tipo de tubería; se acepta lo siguiente: Tubería a presión : factor de seguridad 2,5 Tubería sin presión : factor de seguridad 1,3 – 1,5 Luego: F.S. = Carga de ruptura dada por Norma x factor de encamado Carga real Para los casos extremos de tubería de presión sometidas a grandes cargas de aplastamiento deben verificarse éstas a los esfuerzos combinados. 5.1.1.7 Tuberías flexibles
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Los criterios de diseño estructural para tuberías enterradas consideradas flexibles, son los del método de WATKINS mediante la fórmula de SPANGLER. Un tubo flexible bajo la carga de suelo tiende a deflectarse, desarrollando de esa manera un soporte pasivo del suelo ubicado a los costados del tubo. Al mismo tiempo, la deflexión anular alivia al tubo de la mayor parte de la carga vertical del suelo que es soportada entonces por el suelo envolvente a través de un mecanismo de acción de arco sobre el tubo. Debido a esta interacción entre un tubo flexible y el suelo que lo rodea para soportar las cargas externas, las propiedades del suelo son muy importantes. De la misma manera, el encamado es importante en limitar concentraciones de presiones del suelo en los tubos rígidos, la compactación o densidad es un parámetro importante para limitar las deflexiones anulares de los tubos flexibles.
1) Carga Total
Para el cálculo de la carga total (Wf) se utiliza la fórmula: Wf = (We + Pvc) (8) donde: We = está definido en la ecuación (5) Pvc = está definido en la ecuación (6)
Las cargas vivas (Pvc) tienen influencia hasta 1,50 mts. en calles y autopistas y es pequeña a mayores profundidades. Si la carga viva es de tipo impacto puede llegar a ser el doble de la carga estática. A profundidades extremadamente pequeñas, un tubo flexible puede deflectarse y rebotar bajo cargas dinámicas lo que puede ocasionar roturas en la superficie del camino.
2) Cálculo de deflexiones
Para el cálculo de deflexiones se utiliza la fórmula de SPLANGER, modificada por WATKINS,
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3
3
'061,0)(
REEIPvcDiWeKR
x ++
=∆ s (9)
donde x∆ = flexión horizontal en tubo flexible.
K = factor encamado, dependiente del ángulo de apoyo. Wf = carga total (8) (kg/cm). R = radio del tubo (cm). I = momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud
(cm3) )12
(3e
.
E = módulo de elasticidad. E’ = módulo de reacción del suelo. Di = factor de deformación diferida (1,25-1,50) 3) La deflexión ∆x Hablando estrictamente, ∆x es la deflexión horizontal del tubo, pero dentro del rango de utilización de experiencia ha demostrado que puede considerarse como la deflexión vertical. La deflexión permitida por un tubo de acero o de hierro dúctil revestido con mortero es del orden de un 2% en tanto que, un tubo de acero o de hierro dúctil revestido en esmalte de alquitrán está dentro de un rango de 3-5%. 4) Factor de deformación diferida El aumento gradual de la deflexión es una acción que se asemeja algo al asentamiento de las cimentaciones y la consolidación de los suelos a lo largo del tiempo. El aumento se hace, sin embargo, cada vez más lento y con los años se alcanza una estabilidad virtual. El factor Di relaciona la deflexión inicial con la deflexión final. Los valores observados por SPANGLER varía de 1,38 a 1,46. Se sugiere un valor de diseño de 1,25 a 1,50. Algunos autores no aplican este factor a la deflexión causada por la carga viva.
5) Factor de encamado k
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El factor de encamado varía con el ángulo de encamado según la siguiente tabla:
TABLA G.1 (Norma AWWA C-900)
Angulo de encamado K 0° 0,110 30° 0,108 45° 0,105 60° 0,102 90° 0,096
120° 0,090 180° 0,083
6) Módulo de reacción del suelo (E’)
Los valores de E’ tienen mucha importancia para una adecuado diseño. Se puede apreciar en la Tabla 3.1, la gran importancia del tipo de suelo y de la compactación que se de al encamado y el material que rodea al tubo flexible, en esos valores.
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TABLA 3.1 - Valores promedio de E’
E’ para grado de compactación del encamado en kg/cm2 Tipos de suelo, material de
encamado del tubo.
Vaciado Suelto (1 y 2)
Ligera 85% proctor
(1 y 2)
Moderada 85% 85% Proctor
(1 y 2)
Alta 95% Proctor (1 y 2)
Suelo de grano fino (LL 50) suelo
c/mediana a alta plasticidad.
CH, MH, CH-MH
Sin datos disponibles. Recomendable E’ = 0
Suelo de grano fino (LL 50) suelos
plasticidad medio o sin plasticidad.
CL, ML, ML-CL, con menos de 25% de partículas de grano
grueso.
3,5
14
28
70 Suelo de grano fino (LL 50) suelos con
plasticidad GL.
ML, ML-CL con más de 25% de partícula
de grano grueso. Suelo de grano
grueso con fino, GM, GC, SM, SC
contiene más de 12% finos.
7,0
28
70
140 Suelo de grano
grueso con poco o sin finos GW, GP, SW, SP contiene
menos de 12% finos
14
70
140
210 Chancado 70 210 210 210
(#) precisión en términos de
deflexión
+ 2
+ 2
+ 1
+ 0,5
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# Para + 1 % de precisión y una deflexión calculada de 3% la deflexión verdadera estará entre 2% y 4%.
Para disminuir esta imprecisión la Norma AWWA recomienda tomar un
valor de E’ de la Tabla x 0.75 NOTAS:
1.- Si el encamado cae en el límite entre dos categorías de compactación debe elegirse el menor valor de E’ o bien un promedio entre los valores.
2.- Porcentaje de proctor determinado según ASTM D-698 o AASHTO 99.
5.1.2 Temperaturas (dilatación y contracción)
En general los materiales con uniones del tipo semi - flexibles o flexibles no tienen problemas en cuanto a deformaciones longitudinales por temperatura diferencial; por ejemplo cemento asbesto, uniones super simplex o gibault; fundición dúctil, uniones junta automática o junta mecánica, y acero junta alvenius, dresser y W. Jonhson, todas estas uniones permiten absorber las dilataciones en longitudes estándares de 6 m por tubo aproximado. Solamente podrá producirse problemas en el uso de cañerías de acero soldadas de tope y en el uso de cañerías de acero y fundición dúctil, cuando la unión sea brida; en otras palabras, cuando se use cañerías metálicas con unión rígida. En este caso se deberá proceder al cálculo e instalación de junta de dilatación apropiadas. En resumen, el cálculo de las juntas de dilatación o construcción de la tubería por diferencial de temperatura será necesario efectuarlo cuando el diseño, dada las condiciones generales de proyecto, obligue al uso de cañerías metálicas con unión rígida. El cálculo en el caso de tuberías metálicas con unión rígida deberá efectuarse para la temperatura diferencial máxima que pueda producirse. En el caso de acoples flexibles indicados más arriba, deberá verificarse la capacidad de absorción de esta dilatación de cada uno de ellos, de acuerdo a la diferencial de temperatura.
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5.1.3 Corrosión 5.1.3.1 Corrosión en Tuberías Metálicas Fundamentos teóricos de corrosión
EN EL CASO DE TUBERÍAS METÁLICAS SE EXPONDRÁ LA TEORÍA ELECTROQUÍMICA, COMO FENÓMENO UNIVERSALMENTE ACEPTADO PARA EXPLICAR EL PROCESO CORROSIVO. EN CAMBIO, EN LAS TUBERÍAS NO METÁLICAS, SE DEBERÁ ANALIZAR PROCESOS BÁSICAMENTE QUÍMICOS PARA DESCRIBIR LOS FENÓMENOS CORROSIVOS.
5.1.3.1.1 Teoría Electroquímica Está hoy universalmente aceptada la teoría electroquímica como explicación satisfactoria de las reacciones básicas responsables de la corrosión de los metales ferrosos y no ferrosos. Debido a la complejidad de dicha teoría se explicará en la forma más simple utilizando para ello el mecanismo de corrosión del fierro. El mecanismo básico de la corrosión puede ser asimilado al funcionamiento de una celda o pila que cumpla con las siguientes condiciones.
a) Es necesario la presencia de un ánodo y de un cátodo. b) Es necesario que exista un camino metálico que conecte eléctricamente el
ánodo y el cátodo (este camino está constituido por la cañería) c) El ánodo y el cátodo deben estar sumergidos en un electrolito ionizable
conductor de la electricidad. En nuestro caso, la humedad natural del suelo o el agua conducida por la tubería cumple con dicha condición, es decir, la molécula del agua (H2O) puede separarse en iones hidrógenos con carga positiva (H+) e iones hidróxilos (OH-), a través de la siguiente reacción de disociación.
H2O H+ + OH- (1)
UNA VEZ QUE SE CUMPLAN LAS CONDICIONES SEÑALADAS, SE PRODUCIRÁ UN FLUJO DE CORRIENTE ELÉCTRICA Y HABRÁ CONSUMO DE METAL EN EL ÁNODO.
Todos los metales en contacto con el agua tienen una tensión específica de solución, es decir cierta capacidad de entrar en solución, cuando se realiza esta reacción, el
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metal que se ha disuelto en agua está en forma de iones. Así cada átomo de hierro Fe en disolución, forma en el ánodo un ion Fe++ cargado positivamente cediendo 2 elementos cargados negativamente a través de la reacción.
Fe Fe++ + 2e- (2)
Estos electrones, debido a la diferencia de potencial existente entre el ánodo y el cátodo, fluyen a través de la conexión metálica existente entre ellos, desde el ánodo hacia el cátodo. Esto hace que el ánodo se desprendan átomos de hierro cargados positivamente (Fe++), que son atraídos por los iones hidróxilos (OH-) cargados negativamente, presente en la cercanía para formar normalmente un hidróxido ferroso (Fe(OH)2) a través de la ecuación.
2OH- + Fe++ Fe (OH)2 (3)
Este hidróxido ferroso, que es relativamente insoluble, puede depositarse en las superficies metálicas en forma de película permeable. En presencia de oxígeno, el hierro que ha entrado en solución para formar iones ferrosos con el agua en contacto con el metal, es rápidamente oxidado formando un compuesto de hidróxido férrico (Fe(OH)3), que no es otra cosa que el óxido de color pardo característico que se llama herrumbre. Es decir, los iones ferrosos producidos en el ánodo (reacción primaria), presencia de iones hidróxilos, originan la formación de hidróxido ferroso (reacción secundaria), el cual en presencia de oxígeno puede transformarse total o parcialmente en hidróxido férrico (reacción secundaria).
5.1.3.1.2 POLARIZACIÓN Y EFECTOS DESPOLARIZANTES
Las películas de polarización son un factor importante en el control de la intensidad de la corriente. En cierto sentido, la película de hidrógeno que se forma en la superficie del cátodo constituye una resistencia intercalada en el circuito reduciendo la intensidad de corriente.
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En realidad, el asunto no es tan sencillo, aunque el efecto es similar. Cuando esta película se desarrolla sobre el cátodo, se introduce una caída de voltaje y el potencial de esa polarización queda en oposición con el potencial de la celda causante de la corriente de corrosión. En condiciones ideales, habría posibilidades de que el potencial de polarización se acerque bastante al valor del potencial de la celda de corrosión. Ello significa que el potencial neto disponible para generar la corriente tendería a una pequeña fracción del voltaje original de la celda existente antes que se produjera la polarización. De esta manera la intensidad de la corriente y la cantidad de metal perdido, se reducen a un a caída de voltaje y el potencial de esa polarización queda en oposición con el potencial de la celda causante de la corriente de corrosión. En condiciones ideales, habría posibilidades de que el potencial de polarización de acerque bastante al valor del potencial de celda de corrosión. Ello significa que el potencial neto disponible para generar la corriente tendería a una pequeña fracción del voltaje original de la celda existente antes que se produjera la polarización. De esta manera la intensidad de la corriente y la cantidad de metal perdido, se reducen a un valor bastante bajo, tal como sucedería si se intercalara en el circuito planteado otro material con una resistencia óhmica alta. Apoyados en lo que se ha dicho hasta el momento, podría decirse que las películas de polarización hacen reducir la intensidad de la corriente de la corrosión a un mínimo insignificante. Sin embargo, como anteriormente se dijo, frecuentemente tienen lugar efectos despolarizantes que tienden a remover la película polarizante de hidrógeno. Entre ellos pueden mencionarse los siguientes:
- Efectos mecánicos, tal como el que tiene su origen en la velocidad del agua en una tubería comparable al que ejercería una escobilla. Así, con bajas velocidades el efecto podría ser mínimo, mientras que con velocidades altas, la remoción podría ser total.
- Oxígeno disuelto en el electrólito, caso que podría presentarse en la
superficie de una tubería instalados en un suelo bien aireado o el oxígeno disuelto en el agua a conducir.
El oxígeno disuelto se combina con el hidrógeno de polarización,
formando agua, removiendo la película y continuando la corrosión.
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- Presencia de bacterias reductoras de sulfatos que tienen lugar en
condiciones bien adecuadas y cuyo efecto es el de remover el hidrógeno. En todo caso cualquiera que sea el mecanismo despolarizante, éste permitirá que la celda de corrosión permanezca activa en un grado de actividad que será función de la tasa de remoción del hidrógeno. Los factores principales de corrosión en las tuberías metálicas de conducción de agua potable, están continuamente sujetos a diferentes formas de acciones corrosivas, basadas principalmente en factores de tipo electroquímico. Existe un gran número de factores que influyen en la corrosión de una tubería metálica, asociados ya sea a la tubería propiamente tal, al medio exterior (suelo) o al medio interior (agua). Estos efectos se podrían definir como los siguientes:
a) Acción galvánica b) Corrientes vagabundas c) Acción microbiológica d) Humedad y composición química del suelo e) Tensiones f) Películas protectoras g) Cavitación h) Oxígeno disuelto i) Composición química del agua j) Velocidad del flujo
5.1.3.2 Corrosión en tuberías no metálicas
Como se verá a continuación, la resistencia de los tubos de cemento y asbesto cemento, dependen fundamentalmente de su afinidad química con el medio, tanto interior como exterior. Como fue planteado anteriormente, todo proceso corrosivo resulta esencialmente de una reacción química o electroquímica entre el material y su medio circundante. En las reacciones químicas se produce un simple intercambio de iones, en tanto que el proceso electroquímico queda caracterizado por la formación de celdas
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galvánicas compuestas de un cátodo y un ánodo, entre los cuales a través de un electrolito, circulará una corriente de corrosión. Este par galvánico, obviamente generará una mayor o menor acción corrosiva, dependiendo de la conductividad del material, es decir, de la capacidad que tenga de transportar corriente eléctrica. Sin embargo, si se copara la conductividad eléctrica del acero (2,2 x 106 mho/h) con la del cemento asbesto (0,7 mho/m) se observa que este último posee una capacidad prácticamente nula para conducir corriente eléctrica, por lo que se deduce que su comportamiento corrosivo sólo lo podemos encontrar al analizar fenómenos netamente químicos. Además, debido a que los compuestos de calcio son mucho más vulnerables que los compuestos de magnesio, el estudio de la corrosión se reduce aún más, bastando el análisis de los elementos que sean agresivos al cemento, ya que cualquier compuesto susceptible de atacar el asbesto, ataca primeramente al cemento constituyente. Reacciones químicas principales Siendo el cemento el material que produce la vulnerabilidad del cemento asbesto, es necesario conocer las reacciones y compuestos principales que se presentan en las etapas de fraguado y endurecimiento. Al respecto se tiene: 1) 2 (3CaOSiO2) + 6H2O 3CaO2SiO23H20 + 3Ca (OH)2
SILICATO TRICÁLCICO DISILICATO TRICÁLCICO HIDRÓXIDO DE CALCIO
(C3S) hidrato (tobermorita) (cal apagada) 2) 2 (2CaOSiO2 ) + 4H2O 3CaO2SiO23H2O + Ca (OH)2
Silicato dicálcico Tobermorita Cal 3) Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Cal Anhídrico Carbonato de Calcio Carbónico (presente en agua o en el aire de curado)
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4) CaOAl2O3 + 3CaSO4 + 31H2O 3CaOAl2O3 3CaSO431H2O Aluminato Sulfato de Ettringita Tricálcico Calcio (C3A) (Yeso) Algunos de estos compuestos se forman de inmediato en la primera etapa de fraguado y otros se van formando a medida que transcurre el largo período de endurecimiento. Por lo dicho anteriormente, los tubos de cemento asbesto pueden ser atacados químicamente tanto desde el interior por el líquido que se portea, como desde el exterior por el suelo húmedo, pudiendo ser el primero más peligroso, por cuanto además de acortar la vida útil puede llegar a modificar la calidad del agua conducida. El hecho que la dureza de la superficie interior o exterior disminuya, permite muchas veces constatar la corrosión del tubo de asbesto-cemento. Esta pérdida de dureza es el resultado de la acción química sobre los componentes del cemento que contienen calcio. Estos compuestos, transformados por la acción química dejan de pertenecer a la composición del cemento-asbesto, quedando solamente la base flexible de las fibras de asbesto. Lo interesante es analizar lo que pasa con los productos resultantes de la acción corrosiva. Si dichos productos son insolubles, ellos llenarán los vacíos que quedaron como consecuencia del ataque. En cambio, si son solubles, ellos serán arrastrados y el líquido agresivo penetrará en los vacíos antes señalados. Sin embargo, al contrario de lo que se pudiera pensar, estos productos, resultantes de las reacciones químicas, no hacen que el proceso corrosivo se desarrolle linealmente. Es decir, la velocidad de las acciones químicas que se desarrollan a nivel de la pared del tubo, ya sea del interior o exterior de él, no es una función que crezca con el tiempo, sino más bien decreciente. Esto se origina debido a que, a medida que la corrosión del cemento progreso, las capas de las fibras de asbesto descubiertas comienzan a formar un fieltro muy fino con los mismos productos de la corrosión creciendo en espesor y protegiendo las capas internas del material aún intactas, oponiéndose así, al avance del fenómeno. Esta autoprotección de los tubos de cemento asbesto contra la corrosión, que se ha constatado en ensayos tanto en laboratorio como en terreno, es una característica muy
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importante de este material. Se supone que la corrosión decrece progresiva hasta que una situación de equilibrio es alcanzada al cabo de un corto tiempo. En todo caso la literatura especializada no da ninguna respuesta definitiva al respecto. En algunos casos se ha observado el citado equilibrio la disminución de la corrosión, mientras que en otros casos no se ha podido aportar prueba alguna. Al parecer el fenómeno depende probablemente del tipo de elemento agresivo de que se trate. Otra característica muy importante es la impermeabilidad del material por cuanto impide la penetración de sustancias agresivas bajo la superficie y el ataque actuaría solamente en la superficie y no a través de ella.
5.2 Estudios de Materiales
5.2.1 Materiales de tuberías 5.2.1.1 Cañerías de asbesto cemento Su fabricación se encuentra normalizada por norma INN Nch 191; los diámetros comerciales son:
Diámetros (mm) 50-75-100-125-150-175-200-250-300-350-400-450-500-600-700-800-900-1000 Se fabrican en tres tipos o clases según sea la presión de prueba a que se sometan. Así, tenemos las siguientes clases:
Clase Presión de Trabajo (kg/cm2)
Presión de Prueba (kg/cm2)
AU-10 (baja presión) 5 10
AV-15 (media presión) 7.5 15
AW-20 (alta presión) 10 20
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Los largos comerciales de las cañerías de asbesto cemento son de 4 y 5 metros. 5.2.1.2 Cañerías de acero. Su utilización más general es en tuberías de gran diámetro lo que la hace poco utilizada redes de distribución; debido a que soportan grandes presiones en comparación con otros materiales. La fabricación de este tipo de cañería está normalizada por Normas NCh 303 o NCh 705. Tiene el inconveniente que debido a su gran facilidad de corrosión sea preciso protegerlo interior y exteriormente.
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5.2.1.3 Cañerías de P.V.C. (Cloruro de Vinilo) Su fabricación en nuestro país se efectúa según norma INN NCh 399. Se fabrican en tres tipos o clases según sea la presión de trabajo. Así, tenemos las siguientes clases:
Clase Presión de Trabajo (kg/cm2)
4 4 6 6 10 10
5.2.1.3.1 Características Mecánicas de las tuberías de PVC
Las características de estas tuberías, similares a las restantes de material plástico, pueden resumirse en los siguientes puntos: - Son ligeras. El peso específico 1.4 g/cm3 - Inertes a las aguas agresivas y a la corrosión de las - No existe peligro de obstrucción en los tubos, como resultado de la
formación de residuos y óxidos. En consecuencia, podemos decir que la sección tal de los tubos permanece prácticamente invariable.
- La superficie interior de los tubos puede considerarse como
"hidráulicamente lisa". - 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. - Inertes a los efectos de las corrientes vagabundas .
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- No favorecen el desarrollo de algas ni hongos, según ensayos de larga
duración (5 años). 5.2.1.3.2 Características mecánicas de los tubos de PVC en función de la temperatura Estas características se ven además fuertemente afectadas por la temperatura. Así resulta que la tensión de rotura en tracción, para una duración aproximada de 1 minuto, es del siguiente orden:
¡Error! Marcador no definido.°C
kg/cm2
20 30 40 50 60
500 440 370 300 230
La resistencia a 50°C se reduce al 60% , y a 60°C no llega al 50% de la resistencia mecánica. Bien entendido que estos valores dependen de la forma de la probeta y de la velocidad de tracción. En compresión se llega a iguales valores y para esfuerzo cortantes se mantienen también las proporciones, si bien en valor absoluto los esfuerzos son del orden de los 4/5 de la tracción o compresión. El módulo de elasticidad, que es el del orden de 30.000 kg/cm2 a 20°C, disminuye rápidamente a partir de los 80°C. De todos modos, este valor máximo de 30.000 kg cm2, es demasiado pequeño para que puedan realizarse canalizaciones suspendidas, que deban soportar esfuerzos importantes de flexión. 5.2.1.3.3 Fluencia del PVC
La mayor parte de las propiedades mecánicas del PVC dependen además de la duración del esfuerzo. En una primera aproximación puede decirse que, en tracción, por ejemplo, el PVC pierde un 14% de su resistencia a la rotura, cuando la duración del esfuerzo es multiplicado por 10.
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Esta ley aproximada puede escribirse:
en la cual: R = es la resistencia a la rotura en un ensayo durante t minutos, R1 = es la resistencia a la rotura en un ensayo durante 1 minuto. t = tiempo en minutos Se encuentra así, que la resistencia a la rotura en un minuto de duración debe multiplicarse por 0.37 para un esfuerzo aplicado durante 20 años. Así como para los metales la previsión de las deformaciones en función de los esfuerzos a que están solicitados es un problema relativamente fácil, el comportamiento "elastoplástico" del PVC hace este problema sumamente complejo, ya que el módulo de elasticidad, para una temperatura dada, varía con las tensiones a que se somete y con las deformaciones que de ellas resultan. Puede admitirse, sin embargo, que por debajo de 200 kg cm2, no hay deformación permanente. Este valor de 200 kg/cm2 se define como límite de solidez del PVC. Se llama coeficiente de seguridad a la relación:
Límite de solidez Tensión límite
5.2.1.3.4 DILATACIÓN
Los tubos de PVC presentan un coeficiente de dilatación lineal aproximadamente siete veces mayor que el del hierro. Su valor es de 0,06 a 0,08 mm/°C m. Un tendido de 200 metros, realizado a pleno sol en verano, puede durante la noche experimentar una bajada de temperatura de 20°C, y sufrir una contracción de 24 a 32 cm. Si en aquellas condiciones de elevada temperatura se enlaza rígidamente a los elementos fijos de la canalización, válvulas o tés, por ejemplo, el tubo sufrirá fuertes esfuerzos de tracción, que conviene evitar. Por esta otra razón es aconsejable hacer el tendido de los tubos un poco ondulado, no cubrir las zanjas con fuertes calores, así como utilizar uniones con junta elástica que absorban dichos esfuerzos.
tR = R -0.66x1
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Características hidráulicas El coeficiente n de las fórmulas de KUTTER y MANNING, se establece en:
Superficie Interna
Condiciones de la tubería
Optimas Buenas Aceptables Malas
PVC 0,008 0,009 0,010 0,012
5.2.2 Campos de Utilización de Tuberías según el Material Una conducción debe proyectarse para que transporte un determinado caudal con el mínimo costo posible, compatible con un coeficiente de seguridad adecuado. Entendiéndose por mínimo coste posible no sólo el costo de primera inversión, sino también los costes de mantenimiento y explotación durante su período de vida útil. El diámetro de la conducción es uno de los factores que influyen más claramente en la elección del tipo de material a utilizar. Produciéndose una selección natural inicial que hace que no se fabriquen determinados diámetros de tuberías en ciertos materiales por razones fundamentalmente económica, que técnicamente, haciendo abstracción del costo, si resultaría factible su fabricación. Así, no se plantea la utilización de tubería de hormigón armado con camisa de chapa en una conducción de 100 mm ni de tubería de PVC de 1.500 mm; aunque resultaría factible la fabricación de ambas tuberías. Teniendo ello en cuenta, en la figura siguiente se representan los campos de utilización de tuberías de distintos materiales teniendo en cuenta los aspectos técnicos y económicos.
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5.2.3 Análisis comparativo del comportamiento por tipo de material. 5.2.3.1 Cañerías metálicas
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POR REGLA GENERAL LAS TUBERÍAS METÁLICAS (ACERO, HIERRO DÚCTIL), PRESENTAN MEJORES CARACTERÍSTICAS QUE LAS TUBERÍAS NO METÁLICAS ANTE LAS SIGUIENTES SOLICITAMOS:
a) Presiones internas: Las tuberías metálicas con espesores de paredes no
exageradas (12 a 16 mm), pueden alcanzar resistencias de 40 a 60 bar. en forma normal. No tiene limitaciones de resistencia a solicitaciones de presión, sino aquella que está determinada por el factor económico (espesores desmesurados).
b) Solicitaciones externas de carga, impacto y flexión: Dada la elasticidad del material, no sufre roturas por solicitaciones de carga externa y excepcionalmente deformaciones permanentes.
5.2.3.2 Cañerías no metálicas
Las cañerías no metálicas presentan como inconvenientes, su fragilidad ante esfuerzos externos, resistencia limitada ante presiones internas y una casi nula resistencia a la flexión, sin embargo tienen una característica importante en el transporte de fluido y utilización en terrenos agresivos y es su gran resistencia ante el ataque de agentes químicos externos.
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5.3 Proposición de Metodología para la Selección de Material de Tuberías desde el punto de Vista de la Corrosión
5.3.1 Introducción Entre los factores ambientales que tienen una incidencia importante en la calidad y vida útil de una red de agua potable, este consultor piensa que tanto el suelo como los fluidos transportados son los mas importantes. El principal resultado de la acción de estos agentes es la corrosión. En este capítulo se propone una metodología sencilla de aplicar que considera los fenómenos de corrosión externa e interna, a través de la evaluación de parámetros que caracterizan el agua, el suelo y el material de la tubería. Los parámetros necesarios para usar esta metodología son sencillos y de uso común en la práctica de la Ingeniería. Se estima que la corrosión tiene un costo importante en la economía mundial. Estudios internacionales indican que dicho costo asciende a valores que oscilan entre un 2,5% a un 5% del PGB, como costos generales de los distintos sectores, correspondiéndole aproximadamente un 11% al sector gubernamental donde se ubican, en general, los sistemas de agua potable. En EE.UU se ha estimado que la corrosión tiene un costo para la industria del suministro del agua de US$ 700 millones al año. En la industria del suministro de agua, a los problemas de costo se agregan los potenciales riesgos a la salud que la corrosión implica. En los costos, hay que considerar además de la inversión, los relativos a pérdida de agua (fugas), aumento de rugosidad, seguridad, etc. Con respecto a la salud en el agua potable se pueden encontrar, como productos de corrosión, metales tóxicos como plomo o cadmio; metales como cobre, hierro y cinc que producen manchas en los artefactos sanitarios y/o sabores metálicos o ambos efectos En tabla N° 1 se entregan antecedentes sobre los contaminantes potenciales asociados a los materiales usados en distribución de agua.
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Los productos de la corrosión en los sistemas de distribución pueden también proteger bacterias, levaduras y otros microorganismos, incentivar su crecimientos y promover la generación de olores, sabores y sedimentos. Estos organismos pueden llegar a causar corrosión por si mismos. En corrosión se deben distinguir las interacciones que se producen entre el material del tubo, tanto con el fluido transportado como con el suelo por el cual se desarrolla el trazado. Se identifican así los ataques internos (por efecto del líquido porteado) y los externos (suelo), que actúan cobre la línea de conducción. También habría que distinguir el ataque sobre los metales, “corrosión”, de aquel que ocurre sobre el hormigón, que más propiamente debiera denominarse “degradación”. Para efectos de este estándar, el uso técnico del término corrosión incluye los dos casos.
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TABLA N° 1
PROPIEDADES CORROSIVAS DE LOS MATERIALES FRECUENTEMENTE USADOS EN
LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE AGUAS
MATERIAL de DISTRIBUCION
RESISTENCIA A LA CORROSION
CONTAMINANTES POTENCIALES ASOCIADOS
Cobre Buena resistencia general a la corrosión; sujeto a ataques corrosivos por altas velocidades aguas blandas, cloro oxígeno disuelto, y bajo pH..
Cobre y posiblemente hierro zinc, estaño, arsénico, cadmio y plomo proveniente de las tuberías de plomo y de las soldaduras
Plomo Se corroe en aguas blandas con bajo pH
Plomo (puede estar muy por encima del MCL*) arsénico y cadmio.
Acero Blando Sujeto a corrosión uniforme; afectado principalmente por niveles altos de oxígeno disuelto
Hierro, que resulta en turbiedad y en reclamos por aguas rojas.
Hierro fundido dúctil (sin revestir)
Puede estar sujeto a erosión superficial por aguas agresivas
Hierro, que resulta en turbiedad y en reclamos por aguas rojas
Hierro Galvanizado
Sujeto a corrosión galvánica del zinc por aguas agresivas; la corrosión se acelera por contacto con materiales de cobre; la corrosión se acelera altas temperaturas como el caso los calentadores
Zinc y hierro; cadmio y plomo (las impurezas en el proceso de galvanizado pueden exceder las normas).
Asbesto – Cemento Buena resistencia a la corrosión inmune a la electrólisis; las aguas agresivas pueden disolver el calcio del cemento.
Fibras de asbesto.
Plástico Resistente a la corrosión Fuente : Environmental Science and Engineering, Inc. 1981. MCL : Niveles máximos de contaminación Corrosión es el deterioro de una sustancia o de sus propiedades debido a reacciones con su ambiente. En la industria del agua la sustancia que se deteriora puede ser una tubería metálica, el cemento de recubrimiento de la tubería metálica, la tubería de asbesto-cemento, etc.
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En corrosión interna el ambiente es el agua. La tendencia corrosiva de un agua dependerá de sus características físicas, químicas v bacteriológicas. También es importante la naturaleza del material con el cual el agua entra en contacto. Para el caso de corrosión externa, el medio es el suelo y su efecto sobre la cañería depende de sus características físicas, químicas y microbiológicas. Influye también la composición química, la resistividad eléctrica, la presencia de napa subterránea y su configuración geológica. Se ve que el problema es interdisciplinario, requiriendo la participación de distintos especialistas, como ser Ingenieros, Químicos, Biólogos, Metalurgistas, Eléctricos, etc. El problema de corrosión se debe abordar en dos etapas diferentes, en la fase de diseño y durante operación de sistemas existentes.
5.3.2 Corrosión Interna En el interior de las tuberías, los fenómenos de corrosión y deterioro son controlados por la calidad del agua, las condiciones de trabajo de la conducción, contenido de oxígeno disuelto, la naturaleza de los materiales en contacto con el agua, etc. En la Tabla N° 2 se indica en forma resumida, el efecto que tienen en corrosión de tuberías, los distintos parámetros de calidad de aguas.
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TABLA N° 2
FACTORES QUIMICOS DE CALIDAD DE AGUA QUE INFLUYEN EN LA
CORROSION Y EN EL CONTROL DE LA CORROSION
FACTOR EFECTO
PH
Bajo pH puede incrementar la corrosión, alto pH puede proteger las tuberías y disminuir las tasas de corrosión
Alcalinidad Puede ayudar a formar revestimientos pro-tectores de CaCO3, ayuda a controlar los cambios de pH, reduce corrosión.
Oxígeno Disuelto Incrementa las tasas de muchas reacciones de corrosión
Cloro residual Incrementa la corrosión metálica Sólidos disueltos totales Altos contenidos incrementan la conducti-vidad
y las tasas de corrosión.
Dureza (Ca y Mg) El Calcio se precipita como CaCO3 y esto provee protección y reduce las tasas de corrosión.
Cloruro, Sulfato Altos niveles aumentan la corrosión del hierro, el cobre y el acero galvanizado
Sulfuro de Hidrógeno Aumenta las tasas de corrosión Silicatos, Sulfatos Pueden formar películas protectoras Color natural, materia orgánica Puede disminuir la corrosión Hierro, zinc, o manganeso. Puede reaccionar con compuestos en el in-
terior de la tubería de asbesto-cemento para formar un revestimiento protector.
Se considera que los tubos que transportan agua estarán protegidos, internamente, cuando se precipita CaCO3 en su superficie. Se cree que el CaCO3 inhibe la corrosión obstruyendo áreas reactivas y proporcionando una matriz que retiene los productos de corrosión sellando así la superficie. Hay muchos índices considerados útiles para predecir la tendencia a formar incrustaciones o disolver CaCO3: Indice de Langelier, Indice de agresividad de la AWWA, Indice de Ryznar, Indice de Fuerza Motriz (DFI) e Indice CCPP (Precipitación Potencial de Carbonato de Calcio).
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Hay dos categorías de índices: aquellos que estiman la cantidad de CaCO3 que puede precipitarse o disolverse, y aquellos que determinan la tendencia del agua a precipitar o disolver CaCO3. Desafortunadamente no hay un índice único que, satisfactoriamente, prediga el comportamiento del CaCO3 o sus efectos bajo todas las condiciones. En la Tabla N° 3, se indican los índices de uso más frecuente.
TABLA N° 3
SUMARIO DE LOS INDICE DE CORROSION
I¡Error! Marcador no definido.NDICE
ECUACION PARAMETROS
Indice de Saturación de Langelier (LSI).
LSI = pH – pHs Alcalinidad total mg/L como CaCO3 Calcio, mg/L como CaCO3 Dureza, mg/L como CaCO3 Sólidos totales disueltos mg/L. pH en el sitio. Temperatura en el sitio.
Indice de Agresividad (AI) (Para uso con asbesto-cemento)
AI=pH + Log(A)(H) Alcalinidad total, mg/L como CaCO3 Dureza mg/L como CaCO3
PH EN EL SITIO
Indice de Estabilidad de Ryznar (RSI).
RSI = 2pHs-pH Salinidad total, mg/L como CaC03 Calcio, mg/L como CaCO3 Dureza, mg/L como CaCO3 Total sólidos disueltos mg/L pH en el sitio. Temperatura en el sitio.
En cuanto a las condiciones de trabajo, se puede decir que la velocidad de flujo del agua al igual que la temperatura, también pueden influir en la corrosión. Velocidades altas dispersan los precipitados impidiendo o destruyendo eventuales películas protectoras. Velocidades bajas también contribuyen a la corrosiones especial los flujos estancados, por crecimientos biológicos.
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Los efectos de la temperatura en la corrosión son complejos, destacándose tres efectos básicos: variación en las tasas de corrosión, influencia en disolución del CaCO3 y cambios en la naturaleza de la corrosión. Desde el punto de vista biológico los microorganismos más comunes asociados a este problema son las bacterias fierro-oxidantes y sulfato-reductoras, en muchos casos éstas constituyen un factor importantísimo porque se encuentran en áreas de flujo lento o en terminales de red, en las cuales no se puede mantener un residual de cloro. Cada tipo de material experimenta un fenómeno diferente. 5.3.2.1 Cañerías Metálicas Ferrosas Los principales fenómenos causantes de la corrosión acuosa en tuberías compuestas de hierro, son del tipo electroquímico. Se produce una ionización anódica (oxidación), en la cual el metal pierde electrones y se convierte en un ión positivo que pasa a la solución (electrólito). En el ataque del hierro por un agua desgasificada, el principal factor de intensidad inicial es el pH. Cuanto más bajo es el pH, más rápido e importante será el ataque. En medios aireados, se produce una reacción de oxidación del hierro. Las aguas poco mineralizadas, oxigenadas y carbónicas disuelven el hierro en forma de bicarbonato ferroso. Según las condiciones, puede precipitar carbonato ferroso, hidróxido ferroso e hidróxido férrico. Algunos productos pueden moderar o detener la corrosión del hierro, formando una capa protectora sobre el metal. El más importante es el bicarbonato cálcico, el cual puede precipitarse desde el agua al desaparecer el CO2 libre equilibrante que lo mantenía en solución. Se aprecia aquí la importancia del CO2 libre en el agua en el proceso de corrosión. En la práctica, los parámetros cuantificables de calidad de aguas más importantes a considerar son conductividad, dureza, cloruros. sulfatos y la relación cloruro/bicarbonato.
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5.3.2.2 Cañerías de Cemento En las cañerías de cemento, cemento-asbesto, o recubiertas con cemento, se puede producir un fenómeno de corrosión por ataque y disolución de alguno de los componentes del cemento, producto de la "agresividad" del agua a dichos compuestos, principalmente por efecto del CO2 libre sobre la cal. Los componentes del cemento son, sin excepción solubles en ácidos. Por ello, no puede esperarse que sean estables en presencia de ácidos orgánicos o inorgánicos. En presencia de determinadas soluciones salinas, por intercambio entre los iones de las sales y la cal y alúmina del cemento, se originan recristalizaciones con aumento de volumen, que pueden degradar el cemento. Hasta las aguas muy blandas pueden llegar a disolver los compuestos calcáreos de los cementos permeables, aunque los perjuicios que este hecho origina son de poca importancia. Finalmente, los agregados inertes pueden contener componentes solubles en ácidos, como ser calcáreos, diabasas, basalto, etc., los que pueden contribuir a los daños emergentes del ataque por los ácidos. Como se dijo, el fenómeno de degradación o corrosión del cemento, es aplicable a tuberías de cemento en cualquiera de sus tipos, incluyendo las de cemento-asbesto, formadas por un 87% de cemento y un 13% de fibras de asbesto. Por el proceso de fabricación de las tuberías de cemento-asbesto, se obtienen relaciones agua-cemento que pueden llegan hasta 0,27 por lo tanto, el cemento-asbesto es altamente impermeable y justamente por su impermeabilidad, impide o retarda la penetración de las sustancias agresivas por debajo de la superficie, siendo más resistente a los ataques por penetración de sustancias. Los ataques al cemento pueden ser por integración de nuevos compuestos, por desintegración química o por una combinación de ambos. Las características del agua que inciden en los procesos de degradación del cemento se relacionan con acidez, dureza, presencia de sulfatos, Mg, Zn, Mn y H2S.
5.3.3 Corrosión Externa
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La corrosión externa o ataque a la pared exterior de los tubos enterrados, es producida o facilitada por la acción de los suelos en los cuales se desarrolla el trazado. Según se trate de tuberías metálicas o de cemento, el fenómeno es diferente.
5.3.3.1 Ataque a tuberías metálicas ferrosas
La agresividad de un suelo a la tubería metálica está definida por su habilidad de engendrar celdas de corrosión capaces de producir corrientes eléctricas que causen daño a la estructura del metal. Estas corrientes transportan o extraen los iones metálicos componentes de la tubería desde sectores catalogados como ánodos hacia otros denominados cátodos, unidos por un medio apropiado: el electrólito. Puede darse el caso que los electrodos sean de distinto metal en un mismo electrólito, o de igual metal en electrólitos distintos. El primer caso se presenta en la práctica, por ejemplo, con piezas especiales de distinto material intercaladas en la tubería o trozos de cañería de distinta edad. Los electrólitos distintos pueden ser debidos a mezcla de suelos, compactación desigual del relleno, porosidad desigual de suelos diferentes o de un mismo suelo en diferentes puntos, distribución no uniforme de humedad y restricción del movimiento de aire y humedad del suelo por la presencia de obstáculos, vegetación, etc. Se conoce que hay varios parámetros de calidad de suelos que influyen en la agresividad: resistividad, potencial redox, tipo de suelo, configuración del terreno, contenido de carbón, humedad, contenido de oxígeno , etc. 5.3.3.2 Ataque a Tuberías de Cemento
Los parámetros de calidad de suelos que tienen relación con la agresividad de éste sobre las cañerías de cemento son: pH, humedad, sales solubles, sulfato, magnesio, acidez, tipo de suelo y presencia de agua. Uno de los parámetros más importantes en el deterioro por efecto del suelo es el ión sulfato, el que favorece la formación de sal de Candlott al degradar el Portland.
5.3.4 Proposición de Metodología para la Selección de Material de Tuberías desde el punto de vista de la corrosión.
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5.3.4.1 Introducción La selección del material debe considerar los antecedentes de calidad de aguas, suelos, material de la canalización y recubrimientos de ésta. 5.3.4.2 Calidad del Aqua
Para caracterizar la calidad del agua y su comportamiento dentro del proceso corrosivo, se propone emplear los índices tradicionales que evalúan la estabilidad del agua: Indice de Langelier y de Ryznar, aplicables a cualquier material, y el Indice de Agresividad de la AWWA, según el standard C-400, aplicable a las tuberías de cemento. Estos índice señalan la tendencia del agua a formar precipitados de CaCO3 o disolverlo. El Indice de Langelier sólo puede ser usado dentro de un rango de pH de 6,5 a 9,5. En las tablas siguientes se entrega la clasificación de las aguas según estos índices. Esta información debe complementarse con otros parámetros, de acuerdo al material que se está evaluando.
TABLA N° 4
CLASIFICACION DE LAS AGUAS SEGUN EL INDICE DE LANGELIER
¡Error! Marcador no I.L. VALOR POSITIVO Agua en equilibrio 0,00-0,19 Agua en equilibrioLigeramente corrosiva 0,20-0,90 Ligeramente incrustante Corrosiva 1,00-1,90 Incrustante Fuertemente corrosiva >2,00 Fuertemente incrustante
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TABLA N° 5
CLASIFICACION DE LAS AGUAS SEGUN EL INDICE DE RYZNAR
AGRESIVIDAD I.R
Muy incrustante 4,0 - 5,0 Débilmente incrustante 5,0 - 6,0 Débil incrustación o corrosión 6,0 - 7,0 Corrosiva 7,0 - 7,5 Muy corrosiva 7,5 - 9,0 Fuertemente corrosiva >9,0
TABLA Nº 6
CLASIFICACION DE LAS AGUAS SEGUN EL INDICE DE AGRESIVIDAD
AGRESIVIDAD I.A. Alta 10 Moderada 10 - 11,9 No agresiva 12
5.3.4.2.1.- Evaluación de Cañerías Metálicas Ferrosas ante Ataque Interno El agua será corrosiva a las tuberías metálicas si presenta las siguientes características:
Conductividad: <1500 µhos cm-1 Dureza: <80 mg CaCO3/1 Cloruros: <100 mg Cl/l. Sulfatos: <150 mg SO4/1 Cl-1/HCO3 > 0,3
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5.3.4.2.2 Evaluación de Cañerías de cemento ante ataque interno Los parámetros característicos del agua relacionados con ataque a las tuberías de cemento, se indican a continuación:
PARAMETRO DEL AGUA
GRADO DE CORROSION
DEBIL INTENSO MUY INTENSO PH 6,5 - 5,5 5,5 - 4,5 4,5 CO2 agresivo (mg/l) 15 - 30 30 - 60 60 NH4 (mg/l) 15 - 30 30 - 60 60 Mg (mg/l) 100 - 300 300 - 1500 1500 SO4 (mg/l) 200 - 600 600 - 3000 3000 Sales (mg/l) 200 - 600 600 - 3000 1000 Dureza (mg/l CaCO3) 50 5 0
5.3.4.3 Evaluación de la Agresividad de los Suelos Aunque existen varias metodologías para evaluar la agresividad del suelo (Steinrath, CIPRA, método francés). las confrontaciones prácticas no han dado buenos resultados. Se reconoce que hay varios parámetros preponderantes en la agresividad del suelo, como ser: Resistividad, Potencial Redox, Tipo de Suelo, Configuración del terreno, Contenido de carbón, Humedad, Contenido de Oxígeno. 5.3.4.3.1 Cañerías metálicas
Para el caso de cañerías metálicas se prepone aplicar el siguiente índice, que toma en cuenta distintos parámetros: i=12
I.S. = Σ Ki
i=1 donde Ki son los valores asignados al grado de influencia de cada parámetro, valorado entre -4 y + 2. La clasificación del suelo según este índice es la indicada en la Tabla N° 7.
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TABLA N° 7
GRADO DE AGRESIVIDAD DEL SUELO A CAÑERIAS METALICAS
I.S AGRESIVIDAD DEL SUELO 0 Prácticamente no agresivo
0 a – 4 Débilmente agresivo -5 a –10 Agresivo
< -10 Fuertemente agresivo En la Tabla N° 8 se entrega la valoración del grado de agresividad atribuible a las distintas características del suelo.
TABLA N° 8
VALORACION DEL GRADO DE AGRESIVIDAD A ESTRUCTURAS METALICAS ATRIBUIBLE A LAS DISTINTAS CARACTERISTICAS DEL SUELO (5)
CARACTERISTICA VALORACION
1.- Clase de suelo: Tiza +2 Arena: +2 Greda 0 Arena gredosa 0 Arena arcilloso 0 Arcilla - 2 Tierra vegetal - 2 Cieno - 2 Fango - 4 Suelo pantanoso - 4 2.- Condición del suelo.
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2.1.- Agua subterránea al nivel de la estructura No presente 0 Presente - 1 Variable - 1 2.2.- Suelo sin alteración (arado, apisonado) 0 Suelo mecánicamente alterado - 2 2.3.- Suelo uniforme alrededor de la estructura 0 Suelo no uniforme alrededor de la estructura - 3 3. Resistencia especifica del suelo (resistividad) < 10.000 OHM-cm 0 10.000 - 5.000 OHM - cm - 1 5.000 - 2.300 OHM - cm - 2 2.300 - 1.000 OHM - cm - 3 > 1.000 OHM - cm - 4 4. Contenido de agua < 20% 0 > 20% - 1 5. Valor de pH: >6 0 <6 - 1 6. Acidez total a pH = 7 2,5 m val/kg 0 2,5 - 5 m val/kg -1 5 m val/kg -2
7. POTENCIAL REDOX A PH = 7 RELATIVO AL RH
mV rH
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400 27,8 fuertemente aireado +2 200 - 400 20,9 - 27,8 aireado 0 0 - 200 14,0 - 20,9 débilmente aireado - 2 0 14,0 no aireado - 4 8. Contenido de carbonato de calcio y magnesio o alcalinidad total a pH = 4,8 Carbonatos Ca y Mg Alcalinidad a pH=4,8
5% = 50.000 MG/KG 1000 M VAL/KG + 2
1-5% =10.000-50.000 mg/kg 200-100 m val/kg + 1 1% = 10.000 mg/kg 200 m val/kg 0 9. Acido sulfúrico o sulfuros No presente 0 Trazas = 0,5 mg/kg - 2 Presente = 0,5 mg/kg - 4 10. Contenido de carbón de piedra o coke No presente 0 Presente - 4 11. Ión Cloruro < 100 mg/kg 0 > 100 mg/kg - 1 12. Contenido de Sulfato 200 mg/kg 0 200-500 mg/kg. - 1 500-1000 mg/kg - 2 1000 mg/kg - 3 5.3.4.3.2 Cañerías de Cemento Para el caso de cañerías de cemento se propone aplicar el siguiente indicó que considera el efecto de las distintas características del suelo (o).
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i=8
I.S. = Σ Ki
i=1 donde Ki son los valores asignados al grado de influencia de cada parámetro valorado entre O y 4,de acuerdo a la siguiente clave:
0 No agresivo 1 Probablemente agresivo 2 Débilmente agresivo 3 Agresivo 4 Fuertemente agresivo
La clasificación del suelo según este índice es
TABLA N° 9
GRADO DE AGRESIVIDAD DEL SUELO A CAÑERIAS DE CEMENTO
I.S AGRESIVIDAD DEL SUELO 0 Probablemente no agresivo
1 – 3 Débilmente agresivo 4 – 12 Agresivo > 13 Fuertemente agresivo
En la tabla N° 10 se entrega la valoración del grado de agresividad atribuible a las distintas características del suelo. 5.3.4.3.3 Aclaración Para el cálculo del I.S. aplicable a cañerías metálicas y de cemento, si todos los parámetros no pueden ser obtenidos, el rango de incerteza tiene que ser acertado, esto es calculado agregando a la suma de los números de los parámetros conocidos, el mayor y
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menor número de los parámetros no conocidos. El rango de incertidumbre da entonces una estimación del significado práctico de los parámetros determinados. En ciertos casos el establecimiento de un parámetro específico es suficiente para identificar la agresividad del suelo.
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TABLA N° 10
VALORACION DEL GRADO DE AGRESIVIDAD ATRIBUIBLE
A LAS DISTINTAS CARACTERISTICAS DEL SUELO (ó)
CARACTERISTICAS VALORACION
1. Clase de suelos:
Arenas 0 Limos ligeros 0 Limos porosos 0 Limos arenosos 1 Limos de barro 1 Limos de arcilla 1 Limos arcillosos 3 Arcilla 3 Fango 4 Turba 4 Marisma 4 Arcilla y suelos orgánicos 4 Arcilla de adobes 4 2. Agua Subterránea a nivel del trazado No presente 0 Presente - variable 1 3. Humedad <30% 0 >30% 2 4. Valor pH a extracto acuoso: > 8,5 0 8,5 - 4,0 2 < 4,0 3
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5. Sales solubles totales <=1000 0 >1000 2 6. Contenido de sulfatos <=1000 0 1000 - 2000 1 2001 - 3000 2 >3000 3 7. Contenido de magnesio <= 20.000 0 > 20.000 1 8. Acidez hasta pH 7 <250 0 >=250 1
5.3.5 Conclusiones La metodología propuesta para seleccionar materiales de tuberías es sencilla de aplicar, porque requiere el conocimiento de parámetros simples de calidad de agua y suelos. La necesidad de contar con una herramienta como la propuesta se basa en las implicancias que tiene la corrosión en la economía de la industria del agua y en la salud de la población. El problema de corrosión debe ser abordado desde el diseño mismo, considerando corrosión interna y externa. Este capítulo expone ideas generales para caracterizar el ataque por tipo de cañerías. Distintas aleaciones, tipo de materiales, condiciones de fabricación, etc. se comportarán mejor o peor frente al fenómeno de la corrosión, debiendo analizarse estos aspectos separadamente, indicando ventajas y desventajas, con respecto al comportamiento
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general. Así también deberán estudiarse las protecciones adecuadas, que aumenten su resistencia. Así en muchos casos será necesario completar la selección del material especificando recubrimiento de él, protección catódica e incluso con adición al agua de inhibidores de corrosión o modificación de su calidad.
5.4 Dimensionamiento y Diseño de Redes de Distribución de Agua Potable
5.4.1 Generalidades El objetivo fundamental que se persigue en el dimensionamiento de una red de distribución de agua potable, es el de dotar a todos los habitantes por servir, del agua que ya ha sido producida, purificada, si ha sido necesario, y conducida, en todo caso, hasta un estanque de regulación, que constituye el punto de origen de la red. Esta agua será entregada por un sistema de cañerías cerradas y a una presión tal que en cualquier punto de la red pueda derivarse un ramal domiciliario desde donde se conduzca a todos los artefactos sanitarios de una vivienda familiar o de un conjunto habitacional, en cantidad suficiente y de modo que esos artefactos funcionen correctamente. Tal sistema de cañerías y piezas especiales que permite la entrega del agua potable a las zonas pobladas en forma constante, en calidad, cantidad y presión, es lo que constituye una red de distribución de agua potable. Debido a que el costo de la red incide en el costo total del sistema de agua potable en un 50 a 70%, es necesario que esta cumpla con las características indicadas ya citadas, aparejadas con un criterio de costo mínimo.
5.4.2 Solicitaciones de una Red de Distribución de Agua Potable
Las solicitaciones que debe satisfacer una red son, exceptuando los consumos domésticos, las siguientes: - protección contra incendio. - usos públicos. - uso comercial e industrial. - no controlados.
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Los usos públicos comprenden los gastos producidos por edificios públicos, establecimientos educacionales públicos y privados, regimientos, riego de parques y áreas verdes, campos recreativos, lavado de calles, hospitales, etc. El uso industrial se refiere en general a la artesanía, pequeña y mediana industria, ya que por lo general, la gran industria cuenta con fuentes propias de abastecimiento por razones de seguridad por el consumo de grandes caudales. Los gastos no controlados se refieren a pérdidas por filtraciones visibles e invisibles, inevitables en una red con cierto tiempo de explotación.
5.4.3 Tipos de Redes
Las cañerías que conforman la red, se pueden disponer según dos tipos básicos de configuración: - Redes ramificadas o abiertas - Redes de malla 5.4.3.1 Redes ramificadas: Las redes ramificadas o abiertas se caracterizan por estar constituidas por una matriz principal, desde la cual se alimentan los diversos sectores mediante derivaciones. En este tipo de redes, conocemos todos los tramos por su diámetro y longitud y además los gastos en los nudos, cuya suma debe ser igual al gasto máximo horario. Es muy fácil por lo tanto conocer el gasto que corresponde a cada tramo. Por medio de las formulas se calcula y el J para cada tramo, JL y las cotas piezométricas en cada nudo, partiendo desde un estanque o de alguna cota piezométrica conocida. Para cada nudo tenemos la cota piezométrico y la cota del terreno. Su diferencia nos da la carga. Desde el punto operativo, en este tipo de red, el agua puede llegar a un punto cualquiera de ella, sólo a través de una trayectoria, lo que implica que al producirse una avería el servicio queda interrumpido aguas abajo del punto dañado. 5.4.3.2 Redes de mallas o cerradas: Las redes de mallas o cerradas, denominadas también reticuladas, están constituidas por un sistema de cañerías interconectadas entre sí por ambos extremos. Esta
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disposición permite que a cada tramo pueda escurrir el agua en cualquier sentido, dependiendo esto de las solicitaciones del consumo en esos instantes. Este tipo de redes, permite aislar un sector del sistema en caso de una falla, sin perjudicar el suministro de agua potable del resto del sistema de agua potable. En términos generales, para el cálculo de mallas existen varios métodos computacionales que permiten el cálculo de redes de gran tamaño y con todas las complicaciones posibles. Sin embargo, las redes pequeñas se siguen calculando por el método de Cross ayudados por el amplio software estándar disponible. El problema consiste en determinar los gastos de cada tramo y las presiones en los nudos conociendo las longitudes, materiales, diámetros y otros elementos como estanques, bombas booster, etc. En el siguiente cuadro podemos comparar ambos sistemas de disposición:
TABLA: ANALISIS COMPARATIVO ENTRE REDES RAMIFICADAS Y MALLAS
REDES RAMIFICADA REDES CERRADAS O MALLAS - Cada consumo tiene un solo camino desde el
estanque. - Cada consumo tiene infinidad de
caminos desde la alimentación. - Se aleja un tanto de la realidad, pues
usualmente las cañerías se interconectan. - En la práctica, este tipo de
configuración es la más frecuente ya que corresponde a situaciones más reales.
- El dimensionamiento es directo y sencillo. - El dimensionamiento es indirecto, generalmente es por tanteos que requieren de verificación.
En la practica se adopta casi siempre una combinación de los sistemas, lo que se denomina Red Mixta. En las figuras siguientes se muestran los esquemas que caracterizan ambos tipos de redes.
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Red Ramificada o Abierta Redes Cerradas O Mallas Independientemente del método de dimsensionamiento adoptado, el proyectista en la memoria del proyecto deberá indicar el método de diseño y dimensionamiento elegido y deberá presentar:
a) Las planillas finales de cálculo o verificación de presiones.
b) Un esquema de la red que contenga los gastos en los nudos, las curvas de nivel de terreno de 5 rn 5 metros, con la indicación expresa de los puntos más altos, las curvas isopiezométricas de 5 en 5 m y además, el rango de velocidades por diámetros. Estos antecedentes deberán presentarse tanto para las solicitaciones de consumos máximos como para la superposición de consumo e incendio.
5.4.4 Dimensionamiento de una Red
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5.4.4.1 Bases de cálculo.
En cuanto a las bases generales de un proyecto, dotación y población, éstas fueron analizadas en el Anexo Nº1 de este Capítulo. Por tanto, sólo nos referimos a diversos aspectos de estas bases generales inherentes a los proyectos de redes de grandes ciudades, donde se hacen distinciones entre las características de diferentes áreas; es lo que en urbanismo se denomina Zonificación.
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Así, por ejemplo, en cuanto a los habitantes por unidad habitacional se suelen dar, eventualmente, los siguientes valores mínimos :
Tipo y Superficie en m2 de Propiedades Habitantes Propiedades menores de 250 m2 6
de 250 a 500 6,5
500 a 1.000 7
1.000 a 3.000 9
Superior a 3.000 10
La dotación a su vez, depende de diferentes factores para cada zona entre las cuales se destacan las condiciones socio-económicas de la población y la incidencia de consumos no domésticos (riego de jardines, etc) Dimensionadas las Obras Generales para el gasto máximo diario y efectuada la regulación en el estanque, la red se debe calcular para suministrar los gastos correspondientes a la hora de máximo consumo. Los factores de consumo máximo horario a máximo diario de ciudades pequeñas, se han normalizado según la tabulación de la tabla siguiente : Población (hab) Factor menos de 1.000 3,0 1.000 a 2.000 2.5 2.000 a 5.000 2,0 superior a 5.000 1.5 Las demás bases de cálculo propias de una red son las siguientes: a) Las presiones necesarias expresadas en metros de columna de agua sobre la
cota de terreno, para vencer las pérdidas de carga que representa la instalación interior de manera de permitir un gasto conveniente para el artefacto más alto.
b) El gasto que se considere es suficiente para atacar un incendio.
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c) La presión mínima de incendio en los grifos, suponiendo que la presión del chorro se alcanzará con la utilización de bombas de incendios.
d) Las condiciones más desfavorables en que se supone la superposición de
consumo e incendio. Las presiones en la red deben ser tales que permitan por una parte suministrar agua a edificios de alturas normales, recomendándose que no sea inferior a 15 m., y por otra no sobrepasar valores cercanos a 60 m. con un máximo de 65 m. En casos calificados se acepta para la presión mínima, valores algo menores de los 15 m. La presión mínima en grifos de incendio es calculada por la superposición de consumo medio horario del día de máximo consumo, con el correspondiente al incendio, que más adelante se detallará. Esta no debe ser menor a los 4 metros de columna de agua. En cuanto al gasto de incendio, éste se considerará relacionando la población, número de grifos en uso simultáneo y la disposición de éstos, según tabulación normalizada que se cita en el cuadro siguiente :
Población (Hab.) Nº de Grifos Gasto Lts/seg.
Disposición
1.000 a 6.000 1 16
16.000 a 30.000 1 24
30.000 a 60.000 2 24 1 en zona densamente poblada 1 en periferia
60.000 a 120.000 3 24 2 en zona densamente poblada 1 en periferia
120.000 a 180.000 4 24 2 en zona densamente poblada 2 en periferia
180.000 a 600.000 2 60 Sistema de dos ciudades 2 24
Es común que se apliquen las normas anteriores a cada sistema; esto es, a cada conjunto de estanques y redes. Igualmente se aplican estas normas a las ciudades con varios sistemas.
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5.4.4.2 Condiciones de escurrimiento El escurrimiento de líquido en una tubería está afectado por condiciones variables que pueden dividirse en condiciones impuestas en el diseño y condiciones de características propias del material de las tuberías de la red de distribución. Las características de diseño son las impuestas en el proyecto, de acuerdo a los resultados que se deben obtener y están representados principalmente por el caudal a conducir y la presión disponible en todos los puntos en la red de distribución. 5.4.4.3 Características hidráulicas de una cañería. Las complejidades del cálculo de una red exigen simplificar lo más posible las características de cada tramo de cañerías entre nudos, esto es, entre cruces de cañerías, puntos de arranques para grifos u otros puntos interesantes. Mediante una expresión matemática que relacione los valores que determinan el comportamiento hidráulico de una cañería, podemos definir un término característico para un tramo dado. Basándonos en la expresión general de las fórmulas clásicas (ver Nota *), para cañerías en presión:
J = K Qn / Db Si J es la pérdida de carga unitaria, tenemos para un largo L determinado una pérdida de carga total H:
H = J L * Nota : Fórmulas Clásicas Cada investigador estudió en ciertas condiciones, un problema específico
de una cañería con un determinado diámetro, un cierto gasto y características bien definidas del fluido a conducir; esto trajo consigo la aparición de diversas expresiones o fórmulas que se aplicaron hasta hace poco tiempo e incluso aún se utilizan para solucionar algunos casos, pero debido a que son experimentales sólo tienen validez dentro del ámbito para el cual fueron experimentados.
Las fórmulas anteriores denominadas clásicas, se expresan en
ecuaciones monomias que relacionan gasto, diámetro y pérdida de carga unitaria, apareciendo como factor un coeficiente ya sea fijo o variable, determinado por las características del fluido de la cañería.
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Así, son de la forma:
J : K Qn/Db
Donde: J = pérdida de carga unitaria Q = gasto D = diámetro interior de la tubería n = exponente característico de la fórmula K = constante referida a condiciones de la cañería Así, introduciendo el concepto de carga total en la fórmula general tenemos :
H = K Qn L Db
Las características inherentes a una cañería podemos definirlas como el término que reune las variables K, el diámetro D con su respectivo exponente y el largo L. A este término lo denominaremos característica hidráulica (r) de una cañería y queda definido por la siguiente expresión :
r = K L Db
Así, la expresión de la pérdida de carga total es :
H = r Qn Además, definiremos como Resistencia característica por unidad de longitud", el término "ρ" :
ρ = r = K L Db
FORMULAS USUALES DE PÉRDIDAS DE CARGA
Antiguamente se tenía como regla general el uso de diferentes fórmulas para cada tipo de material, de esta manera para el asbesto-cemento se usaba la fórmula de
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Ludin, para fierro fundido la fórmula de Scobey y para acero indiferentemente las fórmulas Hazen Williams y de Darcy. La expresión del cálculo de J (pérdida de carga unitaria) en cada una de ella es la siguiente:
LUDIN 90,4
85,1
00095,0DQJ =
SCOBEY 579,2526,028 DJJ = HAZEN Y WILLIAMS
167,1852,1
815,6 −⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= D
CVJ
Q = caudal (m3/s) J = pérdida de carga V = velocidad de escurrimiento m/s D = diámetro interior (m) C = coeficiente sin unidad, depende de la rugosidad de la superficie
interior de la tubería
DARCY gV
DJ
2
2λ=
D
001015,00398,0 +=λ
5.4.4.4 Análisis Comparativo de las Fórmulas de Hazen-Williams y Colebrook Actualmente se aceptan y son de uso general dos fòrmulas para el càlculo de tuberías, sin hacer distinción de materiales, ellas son fórmulas de Hazen y Williams, y Colebrook para acero, hierro dúctil y asbesto-cemento. Siendo la fórmula de Colebrook la siguiente: COLEBROOK
g
VD
J2
2λ=
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⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−=
λλ Re51,2
71,310·log21 KD
Es interesante hacer notar que la variación del coeficiente de rugosidad en cada material no tiene una preponderación total como lo hacen notar cada fabricante, ya que por regla general tanto las cañerías de acero como las de fundición dúctil se protegen interiormente, obteniéndose una textura similar en los tres materiales que se estudian. Además, como todas estas instalaciones tienen un plazo de previsión sobre los 25 años, es prácticamente imposible pretender que las condiciones interiores de la tubería sean las mismas que nuevas. La fórmula de Colebroock usa el coeficiente λ que depende del coeficiente de rugosidad K. En experiencias realizadas, se determinó un valor K= 0,03 mm, sin embargo, de acuerdo a los antecedentes sobre tuberías de fundición dúctil lo aumentan a 0,1 mm, aún cuando se use recubrimiento interior de mortero o centrifugado. En la fórmula de Williams y Hazen, el coeficiente C, recomendado por el Comité Technique au Congres International de 1955, tiene un valor de 152 para superficies lisas nuevas. Como resultado de ensayos realizados en Estados Unidos para tubos con revestimiento de mortero, se recomienda el uso de C = 136 para plazos de previsión de 25 a 30 años. Un ejemplo entre ambas fórmulas, se puede ver en el siguiente cuadro estudiado para la Aducción Calama-Antofagasta.
FORMULA UTILIZADA COLEBROOK
∅ DE LA CONDUCCION
mm
CAUDAL seg/1
K= 0,03 mm K= 0,05 mm J en m por m
WILLIAMS-HAZEN C = 136
J en m por m 500 800 0,0219 0,024 0,02315 600 800 0,00912 0,00958 0,0095 700 800 0,00425 0,00442 0,0045
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El análisis anterior, estudiado para las condiciones reales de un proyecto de gran envergadura, demuestra que la fórmula de Williams y Hazen con C = 136, da valores similares que la fórmula universal de Colebroock, con el coeficiente experimental 0,03 mm. y con el coeficiente teórico 0.05 (Water and Water Engineering). Como conclusión se puede establecer que se puede usar indiferentemente las fórmulas de Williams y Hazen con C = 136 y Colebroock con coeficiente K = 0,05 mm, con un plazo de previsión de 25 a 30 años. Como ya se ha generalizado el uso de protección de mortero en las cañerías metálicas, podría suponerse, tal como se explicó anteriormente, que las cañerías de asbesto-cemento, se comportarían en las mismas condiciones que las primeras. Debe hacerse notar, que si bien técnicamente los coeficientes de rugosidad son similares, el coeficientes C, al ser un coeficiente de dimensionamiento, involucra la durabilidad de la protección interior y por ende la rugosidad propiamente tal. En el caso de las tuberías metálicas la protección interior es diferente en constitución al material propio de la tubería, en tanto que en la cañería de asbesto-cemento la protección es parte integral del material de la tubería. En otras palabras, existe más posibilidad de desprendimiento de la protección o alteraciones de ellos en las tuberías metálicas que en las de asbesto-cemento. Por esta razón podría usarse para la fórmula de Williams y Hazen un coeficiente C = 150 o en Colebroock K = 0,01 mm. Por condiciones prácticas se ha normalizado un coeficiente C = 140 para Williams y Hazen y K = 0,025 mm para Colebroock. Deberá aclararse que tanto los coeficientes indicados son válidos para condiciones de aguas normales, en cuanto a corrosivas o incrustantes. De hacerse un cálculo más afinado en el cual involucrarse en estos coeficientes la ponderación correspondiente (por lo general empírica) a la durabilidad de la protección. 5.4.4.5 Velocidad límite
Como se trata de transportar agua potable, es innecesario considerar velocidades límites que puedan afectar el interior de la tubería por erosión del material; solamente podría tener cierta importancia en el caso de transporte de agua cruda de captaciones superficiales.
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En este último caso, puede penetrar arena que se comportaría como abrasivo. Por regla general las velocidades límites están fijadas por la condición económica, tanto en aducciones como en impulsiones, además es conveniente hacer notar que velocidades excesivas pueden provocar vibraciones en la tubería y, aún más, principios de cavitación en las discontinuidades producidas por las uniones. Las velocidades límites que se aplican son empíricas llegándose para aducciones a velocidades del orden de 2 a 2,8 m/s. Los norteamericanos aceptan el límite superior y los franceses recomiendan el inferior, es decir, 2 m/s. En consecuencia un buen diseño puede ser conseguido con una velocidad media de 2,5 m/s. Tomando en cuenta que, no debe perderse la altura de velocidad en forma total, se debe dejar un exceso de carga para que se pierda por estrangulamiento de válvula (o aparato diseñado para este fin) en el estanque final de la aducción a proyectar. Esta recomendación se basa en que durante la explotación de la línea, aumenta la rugosidad de la tubería y por lo tanto, en un plazo determinado de uso no podría conducir el gasto de diseño, al no tener una carga residual que pueda ajustarse al aumento de la pérdida de carga unitaria. La posible abrasión que se produciría, afecta a los tres materiales en estudio, ya que en general la tendencia actual es que tanto el acero como la fundición dúctil, se recubren interiormente con mortero de cemento centrifugado, que tendría las mismas características que el asbesto-cemento. En este último caso debería fijarse una velocidad mínima, que evitará la sedimentación en los materiales de suspensión y que depende del tipo de material a conducir.
5.4.5 Calculo de Redes de Distribución De Agua Potable 5.4.5.1 Introducción
Es posible simular el comportamiento de una red de distribución de agua si se adoptan algunas hipótesis simplificatorias respecto a su funcionamiento. Entre éstas se puede distinguir las siguientes:
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Sólo se consideran las cañerías principales de la red. Las demandas se suponen concentradas en los puntos de intersección de las cañerías principales. Se supone un determinado régimen de consumo constante en el tiempo. Se suponen válidas las ecuaciones de la hidráulica básica. Las ecuaciones de la hidráulica básica permiten determinar exactamente el comportamiento de una red de distribución para una determinada situación de demandas y suministros. Aunque el planteamiento de las ecuaciones es bastante sencillo, su resolución se complica al existir relaciones no lineales entre la pérdida de carga y el caudal en una cañería. No obstante existir esta dificultad, se han desarrollado métodos de resolución de las ecuaciones bastantes sencillos de aplicar, como es el método de Cross. Se debe aclarar que en general los métodos ganan en sencillez lo que pierden en eficiencia. Ultimamente como resultado del uso generalizado de computadores, se ha hecho uso extensivo de métodos de resolución de ecuaciones más eficientes y complejos que el método de Cross, en especial el método de Newton-Raphson. El uso de estos métodos ofrece varias ventajas, al utilizar un computador, siendo las siguientes las más importantes:
a) Al ser más eficientes permiten reducir los costos de computación y por lo tanto posibilitan la resolución de redes muy complejas con un grado de simplificación tan pequeños como se desee.
b) Por ser más generales permiten la resolución de redes con elementos de
mayor complejidad que las cañerías, tales como bombas, estanques, válvulas reductoras de presión, etc.
5.4.5.2 Sistema de Ecuaciones que Determinan el Funcionamiento de una Red
5.4.5.2.1 Relaciones entre el número de elementos en una red En forma topológica diremos que una red consiste en serie de puntos o nodos, algunos de ellos unidos por tramos que representan a las cañerías. Si un conjunto de nodos puede ser recorrido a través de los tramos y de esta manera se puede llegar al nodo de partida, diremos que el conjunto de nodos y los tramos
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que los unen constituyen un bucle. Si ningún tramo queda contenido dentro del bucle diremos que se trata de un bucle primario. Generalmente se habla de bucle para referirse a un bucle primario. En una red el número de tramos (T), el número de nodos (N) y el número de bucles (B), están en la siguiente relación: 1−+= BNT Una forma de demostrar esta relación es por inducción. Este método consiste en comprobar que la relación se cumple para un bucle y luego demostrar que si la relación es válida para B bucles, ello implica que también debe ser válida para B + 1 bucles.
5.4.5.2.2 INCÓGNITAS Y ECUACIONES QUE DETERMINAN UN SISTEMA TÍPICO
En general, en una red existente se conoce la configuración topológica, los largos de las cañerías, los diámetros de las cañerías, las entradas y salidas de caudal en los nodos. En el diseño de nuevas redes, la metodología tradicional consiste en prefijar estas características y luego verificar que se satisfacen las restricciones de presión en la red. En caso contrario se realizan las modificaciones adecuadas. Las incógnitas son:
a) Los T caudales Q b) Las N-1 alturas piezométricas H (una de las N es de referencia)
Total: T + N – 1 Las ecuaciones son:
A) EN CADA NODO:
La suma de los caudales que entran es igual a la de los caudales que salen.
Se puede demostrar que de estas N ecuaciones solo N-1 son independientes, es decir, cualquiera de ellas puede ser derivada de las N-1 restantes.
Si llamamos Qji al caudal que va del nodo j al nodo i y Qi al caudal que se
incorpora al sistema en el nodo i se puede escribir para cada nodo i la siguiente ecuación de balance de caudales.
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∑=
==+nj
ji niQiQi,1
,10δ
en que:
conectadosestánjyinodoslossiconectadosestánnosiji
10=δ
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Consideramos un subsistema formado por todos los nodos excepto uno, por ejemplo el de orden l, como se indica en figura siguiente:
iQji
Qi
Q l
Qj l l
LA SUMA DE LAS ECUACIONES DE TODOS LOS NODOS EXCEPTO EL NODO l DA LO SIGUIENTE:
∑ ∑∑= ≠≠
=+nj i
jii
QiQji,1
0ll
δ
La doble suma involucra términos que se cancelan y que corresponden a los caudales de un mismo tramo, los que son contabilizados dos veces (una por cada nodo que delimita al tramo) y con signo contrario cada vez. Los términos que corresponden al nodo l no se cancelan ya que aparecen sólo caudales de la forma liQ . Los términos de la forma
jlQ no aparecen porque se ha omitido la ecuación que corresponde al nodo l.
Luego se tiene que:
∑ ∑∑∑∑= ≠≠
−==+nj
ilili
lilii
lilii
jii
QQQQji,1
δδδδll
Por otra parte, se debe tener que la suma algebraica de los caudales que entran a todos los nodos del sistema debe ser igual a cero, para satisfacer la condición de equilibrio del flujo. Esta ecuación no se contabiliza en el sistema porque en ella participan sólo los caudales iQ que no son incógnitas.
Comentario:
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Además, esta ecuación se puede derivar de las N ecuaciones de modo simplemente sumando todos los términos y cancelando todos los caudales de tramos. Luego:
lii
QQ −=∑≠l
Finalmente, combinando las tres últimas relaciones, se puede escribir:
∑ =+i
ilill QQ 0δ
Esta es la ecuación que corresponde al nodo l y ha sido obtenida a partir de las N-1 ecuaciones restantes. Por lo tanto, sólo N-1 de las N ecuaciones de nodos son independientes. b) En cada tramo existe la relación:
( ) ( )fifinalinicial HHQHHQQ −=−=
Total : T + N – 1 relaciones
Una red queda determinada por un sistema de T+N-1 ecuaciones con T+N-1 incógnitas. De estas ecuaciones.
N-1 son lineales, y
T son no lineales
Es evidente que el sistema de T+N-1 ecuaciones queda fácilmente resuelto si se conocen las N-1 cotas piezométricas o los T caudales, ya que en este caso el resto de las incógnitas se calcula en forma directa.
Esto sugiere que una forma de reducir el número de ecuaciones e incógnitas es tratar de formar sistemas independientes con N-1 ecuaciones incluyendo solo las N-1 alturas piezométricas, o bien, T ecuaciones incluyendo solo los T caudales.
5.4.5.2.3 Reducción del sistema a N-1 ecuaciones con alturas piezométricas como
incógnitas
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Supongamos que numeramos los nodos de 1 a N de tal manera que
ijQ representa el caudal que va del nodo I al nodo J y tal que ijQ > 0 si el escurrimiento va
de I a J, y negativo en caso contrario.
( )jiijij HHQQ ,=
Para N-1 Nodos podemos escribir N-1 Ecuaciones de balance como sigue:
( ) 1,10, −==−∑ NjDHHQ ji
jiij
en que Dj es la demanda neta en el nodo J. Si se utiliza una función exponencial como la de Hazen-Williams para la relación ( )ji HHQij , se puede escribir el
sistema de ecuaciones como
( )1,1
0−=
=−−∑ Nj
LDjHH
Ki
p
mNji
ijij
φα
en que ijK es una constante que caracteriza las pérdidas de carga en la
cañería, ∅ es el diámetro y ijα es un factor que vale 1 si los nodos I y J están conectados y
0 en caso contrario.
La ecuación de Hazen-Williams tiene la siguiente expresión para H, L, ∅ en metros y Q en m3 /seg.
( ) CHHL
Qij ji54,0
54,0
63,2
2789,0 −=φ
De esta forma nos queda un sistema de N-1 ecuaciones con N-1 incógnitas, el cual puede ser resuelto por métodos puramente numéricos. Una vez calculadas las alturas piezométricas, el cálculo de los caudales es directo.
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5.4.5.2.4 Reducción del sistema a T ecuaciones con caudales como incógnitas Recordemos que tenemos N-1 ecuaciones lineales de balance de caudales en los nodos, que se pueden escribir como:
∑ −==−i
jijij NjDQ 1,10α
Si existen T caudales incógnitos y solo N-1 ecuaciones nos faltan T-N+1 = B ecuaciones para completar el sistema. Contamos con T ecuaciones del tipo
( )ijij QfHH +=
pero que no podemos usar directamente, porque por cada ecuación tendríamos dos incógnitas adicionales. Sin embargo, si aplicamos las ecuaciones del tipo
( )ijij QfHH += en todos los tramos de un bucle y sumamos estas ecuaciones, queda
( )∑ ∑ ∑+= ijQfHiHj en que
∑ ∑ == HjHi suma de la alturas piezómetricas en los nodos del bucle
de esta forma podemos incorporar B ecuaciones del tipo
( )∑ = ,0ijQf suma sobre los tramos de cada bucle
La función ( )ijQf es la pérdida de carga entre el nodo I y el nodo J y en
general se puede escribir como:
( ) m
pm
ijLQijKijHiHjQf
φ+
=−=
(en el caso particular de la ecuación de Hazen-Williams)
87,485.1
85.1
)2789.0( φCLQHH ij =−
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Finalmente nos queda un sistema de T ecuaciones con T incógnitas como sigue ∑ −==−
ijij NjD 1,10α
∑ =bucle
p
nmij
ij ecuacionesBLQ
K 0φ
5.4.5.3 El método de Newton-Raphson El método de Newton-Raphson es una extensión del método de Newton a funciones de Rn en Rn.
5.4.5.3.1 Método de Newton Resuelve una ecuación del tipo ( )0=xf dándose un punto de partida
0x y suponiendo que la tangente a la curva ( )xf en ( ))(, xfxo es una buena aproximación
de ).(xf Si 0)( ≠xf Queremos calcular x∆ tal que ( ) 0=∆+ xxf Expandiendo )( xxf ∆+ en serie de Taylor hasta las derivadas de primer orden resulta.
( ) 0)()( =∆+=∆+ xdx
xdfxfxxf
de donde
⎪⎩
⎪⎨
⎧−=∆
dxxdfxf
x )()(
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5.4.5.3.2 El método de Newton-Raphson Resuelve un sistema de ecuaciones no lineales del tipo ( ) 0,...,, 211 =nxxxf
( ) 0,...,, 212 =nxxxf ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅
( ) 0,...,, 21 =nxxxfn
El sistema se puede expresar en forma vectorial haciendo
0)( =→→
xF en que
0),.....,,( 21 ==→
nxxxx
y
[ ]→→→→→
= )(),...,(,)()( 21 xfxfxfxF n
si
0)( ≠→→
xF se puede calcular →
∆ x tal que
→→→
∆+ )( xxF =0 ),.....,( 2,1 nxxxx ∆∆∆=∆→
mediante una aproximación de primer orden
0)()()( =∆⋅+=∆+→→→→→→→
xxDFxFxxF en que
DF )(→
x es la derivada de la función )(→→
xF .
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Finalmente se llega a la expresión:
J
xxx
fff
xxx
fff
xxxfff
fn
fff
xDF
n
nnn
n
n
=
∂∂∂
∂∂∂
∂∂∂
∂∂∂
∂∂∂∂∂∂
=
∇
∇∇∇
=→
21
.......................
21
2....................22
21
1....................11
3
2
1
...
...
...
.
.
.)(
Luego
)(1→→
−→
−=∆ xFJx
Es decir, el sistema de N ecuaciones no lineales con N incógnitas
nxxx .........,, ,21 se transforma en uno de N ecuaciones lineales con N incógnitas que son
las correcciones nxxx ∆∆∆ ,......,, 21
En forma expandida el sistema de ecuaciones resulta:
0.....)( 12
2
11
1
11 =∆
∂∂
++∆∂∂
+∆∂∂
+→
nn
xffx
ffx
ffxf
0.....)( 22
2
21
1
23 =∆
∂∂
++∆∂∂
+∆∂∂
+→
nn
xxfx
xfx
xfxf
. . . . . . . . .
0.....)( 22
11
=∂∂
++∆∂∂
+∆∂∂
+→
nn
nnnn x
xf
xxf
xxf
xf
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Ejemplo: Resolver el sistema de ecuaciones
042 =−x 06 =−+ yx partiendo de x = 1 y = 1
024),( 1121 =
∂∂
=∂∂
−=yf
xxf
xyxf
yyf
xf
yxyxf 216),( 2222 =
∂∂
=∂∂
−+=
Sistema lineal de ecuaciones en yx ∆∆ ,
026024
2
2
=∆+∆+−+
=∆+−
yyxyxxxx
11 ++∆∆ ynxyxyx nnnnn
1 1 1,5 0,5 2,5 1,5 2,5 1,5 -,45 ,57 2,05 2,07 2,05 2,07 -,05 -,07 2,00 2,00
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5.5 Anclaje para Piezas Especiales
5.5.1 Anclajes Tipo Para Piezas Especiales Se consulta la colocación de machones según el plano tipo HA e-3 SENDOS, para las curvas, tees y tapones considerados en dicho plano, es decir hasta 300 mm de diámetro inclusive. Para la determinación de las dimensiones de estos machones se supondrá una presión de 100 mca correspondiente a la presión de prueba máxima de las cañerías.
5.5.2 Anclajes Especiales Para Piezas Especiales Para diámetro de piezas especiales superiores a 300 mm se diseñan machones especiales, los que se detallan a continuación: 5.5.2.1 Curvas Horizontales a) Bases de Cálculo En este caso, la solicitación sobre la cañería se debe a la resultante de la presión (Rp) en la curva que viene dada por la composición de las dos fuerzas que actúan según los ejes de los tramos rectos que producen el ángulo de la curva. Estas fuerzas valen Ωp , siendo Ω el área de la sección de la cañería y p la presión. El efecto de la velocidad del agua es despreciable, por lo que no se tomará en cuenta para el cálculo. La resultante Rp actúa en dirección de la bisectriz del ángulo interior de la curva y en sentido tal que trata de desplazarla horizontalmente. Esta resultante debe ser equilibrada por las fuerzas de roce que existen entre los dos tubos adyacentes a la curva y el terreno, la fuerza de roce entre el machón y el terreno y el empuje que induce el machón de anclaje sobre el terreno. Para efectos de cálculo, no se considerará la colaboración de las cañerías, debido a su poca influencia relativa a la fuerza estabilizadora total. La fuerza de roce entre el machón de anclaje de hormigón y el terreno, se calculará con un coeficiente de roce de 0,4.
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Se adopta un factor de seguridad de 1,2 para el equilibrio de fuerzas, ya que la presión de cálculo corresponde a la prueba y es un caso eventual. b) Cálculo de Machones Condiciones de Cálculo - Resistencia admisible del terreno σ = 10 Ton/m2 = 1 kg/cm2 (1). - Coeficiente de roce terreno fundación = 0,4. - Coeficiente de seguridad = 1,2. (1) De acuerdo a recomendaciones de los Informes de Mecánica de Suelos la resistencia pasiva del suelo típico del Gran Valparaíso es σp = 7,0 x Z (ton /m2) donde Z es la profundidad en metros. Considerando el eje de las cañerías a una profundidad media de 1,5 m, se obtiene p = 10,5 ton/m2. Se adopta un valor de cálculo de 1 kg/cm2.
Resultante de Presiones Rp = 2 Ω p sen α / 2 En que: Rp = fuerza resultante de presiones en kg. p = Presión de prueba en (kg./ cm2). Ω = Sección interna de la tubería en cm2. α = ángulo de desviación. Fuerza Reaccionante Total
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F = 0,4 WM + R En que WM corresponde al peso del machón y R es la resultante de una tensión de 1 kg/cm2 sobre la cara del machón exterior de la curva. Por equilibrio, se tiene: 1,2 Rp = 0,4 WM + R Luego: 2,5 x σ (Kg/cm2) x A (cm2) + 2.400 VM (m3) = 1,2/0,4 x (2) x (10) sen α/2. 2,5 x A + 2.400 x VM = 60 Ω senα /2 Donde:
A = área de empuje del machón en cm2 VM = volumen del machón en m3. Ω = área de la cañería en cm2.
Los valores para dimensiones y volúmenes se encuentran tabulados en los cuadros 1 y 2 de las páginas siguientes.
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CU
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RO
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SIO
NES
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HO
NES
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VAS
HO
RIZ
ON
TALE
S
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CUADRO Nº2 VOLUMEN MACHONES PARA CURVAS HORIZONTALES
D MACHÓN VOLUMEN (M3)
(mm) TIPO P = 5 P = 7,5 P = 10
350 M1 0,366 0,598 0,855 M2 0,205 0,360 0,516 M3 0,080 0,146 0,228 M4 0,043 0,070 0,114
400 M5 0,508 0,850 1,215 M6 0,270 0,486 0,698 M7 0,130 0,202 0,299 M8 0,064 0,088 0,150
450 M9 0,690 1,130 1,603 M10 0,414 0,659 0,914 M11 0,205 0,338 0,497 M12 0,111 0,131 0,196
500 M13 0,936 1,465 2,063 M14 0,551 0,854 1,235 M15 0,242 0,378 0,689 M16 0,163 0,175 0,313
600 M17 1,833 2,775 4,095 M18 0,866 1,400 1,898 M19 0,476 0,880 1,089 M20 0,216 0,306 0,618
700 M21 2,925 4,365 6,348 M22 1,333 2,068 3,039 M23 0,705 1,064 1,584 M24 0,417 0,466 0,800
800 M25 4,089 6,188 9,243 M26 1,898 2,942 4,646 M27 0,814 1,560 2,291 M28 0,512 0,788 1,018
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c) Observaciones Es importante indicar la necesidad de construir los machones para curvas ho-rizontales de tal manera que se hormigone la cara lateral del machón, que transmite la fuerza R al terreno, directamente contra terreno natural sin remover, de modo de garantizar una capacidad de soporte que corresponde a la hipótesis de cálculo. 5.5.2.2 Tees y Tapones a) Bases de Cálculo Se consideran las mismas bases de cálculo que el caso de las curvas horizon-tales. En el caso de tees ligeramente inclinadas, el despreciar la componente vertical se considera en el factor de seguridad. b) Cálculo de Machones para Tees
En estos casos la solicitación sobre la cañería se debe a la resultante de la presión en el area de saliente de la Tee. Esta resultante actúa en dirección del eje de la saliente y en sentido tal que trata de desplazar horizontalmente la Tee. Resultante de Presiones: Rp = p Ω Fuerza reaccionante total : F = 0,4 WM + R Donde: WM = Peso del machón.
R = Resultante de una tensión de 1 kg/cm2 sobre la cara del machón apoyado sobre el terreno.
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Por equilibrio se tiene: 1 ,2 Rp = 0,4 WM + R. En Cuadro N° 3 se obtiene el área requerida despreciando el peso del machón (WM ), lo que implica un factor de seguridad adicional. b) Cálculo de los machones Para tapones
Cuando existe un tapón al final de una tubería se produce una resultantes de la presión que tiende a desplazar el tapón. La fuerza que se produce en la dirección de la tubería debe ser equilibrada por el roce entre el machón y el terreno y el empuje que se desarrolla en la cara vertical del machón contra el terreno. Se considera presión hidrostática máxima y un factor de seguridad de 1,2
Rp = Ω P
F = 0,4 WM + R Donde R es la resultante de una tensión de 1 kg/cm2 sobre la cara del machón. En equilibrio: 1,2 R p = 0,4 WM + R 1,2 p = 0,4 WM + R
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En que: A = Area de empuje del machón en cm2 WM = Volumen del machón en m3. Ω = Sección de la cañería en cm2. En el Cuadro N° 4 se obtiene el área requerida despreciando el peso del machón (W), lo que implica un factor de seguridad adicional. 5.5.2.3 Reducciones Horizontales
a) Bases de Cálculo Cuando existe una reducción en el diámetro de las cañerías horizontales o de pequeñas pendientes se produce una resultante de la presión debido a la diferencia de áreas antes y después de la reducción. Las presiones en estos dos puntos son prácticamente iguales debido a las bajas velocidades . Esta resultante actúa en dirección de los ejes de las cañerías y en sentido tal que trata de arrastrarlas hacia el diámetro menor. Se adopta un factor de seguridad de 1,0 para el equilibrio de fuerzas, pues se ha despreciado la colaboración de los tubos y el empuje que podría desarrollarse en el terreno.
B) CÁLCULO DE LOS MACHONES PARA REDUCCIONES HORIZONTALES
WT = peso columna de tierra sobre el machón Se tiene : F1 = Ω1P y F2 = Ω2 P
F3 = (h - O,2 - D menor) x b x σadm.
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La resultante es: Rp = F1 - F2 = p ( Ω1 - Ω2) Fuerzas estabilizadoras: F = 0,4 WM+ 0,4 WT + F Por equilibrio: p (Ω1 - Ω2) = 0,4 WM + 0,4 WT + F3 En el cuadro Nº 5, WT representa la altura de la columna de tierra sobre el machón. Se considera para el cálculo un valor de γ = 2,15 ton/m3, peso unitario del suelo de acuerdo a las propiedades de la arena limo - arcillosa, indicadas en el estudios de Mecánica de Suelos, para la zona en estudio.
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CU
AD
RO
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a: L
a pr
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n P
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n (k
g/cm
2 )
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CU
AD
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ES P
ARA
TAPO
NES
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CU
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ARA
RED
UC
CIO
NES
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5.6 Recomendaciones Técnicas Una vez determinados los diámetros de las cañerías principales mediante cualquier sistema o método de dimensionamiento, se procede a completar la red proyectando cañerías en calles secundarias, ubicando los grifos, válvulas y en general los elementos y obras auxiliares necesarios. Existen una serie de recomendaciones técnicas para el desarrollo de los proyectos, además de planos tipos para la construcción de las obras auxiliares. Además deben respetarse las normas INN sobre Conducción, Regulación y Distribución, vigentes. Citaremos estas recomendaciones técnicas o Normas incluyendo también las concernientes a la presentación del proyecto mismo, a su revisión y aprobación.
5.6.1 Bases de Cálculo de Consumo a) Los gastos en las diferentes tuberías de la red de distribución se determinarán
considerando.
a.1 Consumo máximo horario a.2 Consumo de incendio
b) Las redes deberán verificarse para los consumos máximos diarios simultáneamente con la demanda de incendio.
c) Los consumos de incendio deben determinarse considerando la capacidad y el
número de grifos de incendio indicados en la tabla 1. d) Las áreas definidas en los Planos Reguladores como zonas indistriales deben
ser consideradas, al incendio, con características de área central o densamente poblada.
e) Las industrias instaladas en esas zonas que tengan requerimientos de
seguridad superiores a las indicadas deben adoptar las medidas de seguridad complementarias necesarias.
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TABLA N°1 - Capacidad y número de grifos de incendio en uso simultáneo
Ciudades Grifos Concurrencia Número de grifos en usos simultáneo
Rango de población (Miles de habitantes)
Capacidad l/seg
Diámetro Mm
Centro Ciudad Perifieria
0 A 4 16 100 1 0
4 A 10 16 100 1 0
10 A 25 16 100 2 0
25 A 60 16 100 2 1
60 A 150 32(1) 125 1 1
150 a 500 32(1) 125 2 1 Nota: (1) Se deben disponer grifos de 32 l/s con diámetro de 125 mm en el caso de
mejoramientos generales que consulten la colocación de tuberías de diámetros iguales o mayores que 125 mm.
5.6.2 Presiones de Servicio a) La presión mínima de servicio en tuberías de distribución para el consumo
máximo horario deber ser la siguiente: a.1 Ciudades con edificación de más de 2 pisos: 147,kPa (1,5 kgf/cm2). a.2 Ciudades con edificación hasta de 2 pisos:
117,7KPA (1,2 KGF/CM2)
b) La presión estática en tuberías de distribución no será mayor que 686,47 kPa (7kgf/cm2).
c) La presión mínima en grifo de incendio calculada con la super posición de
consumos indicada en el punto 5.3.6.2.9 de esta norma debe ser igual o mayor que 49,03 kPa (0,5kgf/cm2)
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5.6.3 Diseño y dimensionamiento a) El área servida por una red debe estar dividida en cuarteles.
b) Los cuarteles se proyectarán de modo que la longitud total de las tuberías sea
menor que 2000 m. Casos especiales quedarán a criterio de la Autoridad Competente.
c) Todo cuartel debe tener, como mínimo, un grifo de incendio salvo autorización
expresa contraria de la Autoridad Competente. Los grifos se deben distribuir de modo que cada edificio quede a lo sumo a 150 m de uno de ellos, y se deben disponer, en lo posible, en lugares accesibles a los carros-bombas.
d) Todo cuartel tendrá las válvulas necesarias para aislarlo del resto de la red
para el efecto de reparaciones u otras causas.
e) El vaciamiento de la red de un cuartel podrá efectuarse por los grifos y, en los puntos más bajos, por válvulas y tuberías adhoc.
5.6.4 Diámetros mínimos a) El diámetro mínimo de tuberías será de 75 mm. No obstante, en
urbanizaciones económicas podrán aceptarse diámetros de 50 mm, siempre que se disponga de conexiones a tuberías de mayor diámetro a menos de 50 m de cualquier punto de la tubería.
b) Las tuberías de 50 mm deberán comprobarse para el gasto instantáneo
máximo con no menos de tres llaves por sitio o casa según el caudal de la demanda de gastos del Reglamento de Instalaciones Domiciliarias.
c) Las tuberías para conectar grifos desde el punto de alimentación deben tener
un diámetro mínimo de 100 mm siempre que en ese punto se cumpla lo establecido en 5.6.1.c y 5.6.2.c.
5.6.5 Materiales
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a) El material de la tubería será el más adecuado según la calidad del agua del terreno, la demanda de la red y los diámetros comerciales de fabricación usual, siempre que sea aceptado por la Autoridad Competente.
b) Los grifos deben ser confeccionados de acuerdo a los planos tipos
correspondentes del Servicio Nacional de Obras Sanitarias (ex Dirección de Obras Sanitarias).
5.6.6 Trazado a) Se aceptan ramales ciegos sólo en caso de pasajes con un solo acceso o al
final de urbanizaciones. b) En los trazados paralelos a redes de alcantarillado de aguas servidas se
tratará de mantener entre las tuberías de ambos sistemas, una distancia libre de 2m.
c) En los cruces de ambos sistemas las tuberías de agua potable se colocarán
sobre las de alcantarillado. d) En los casos en que no pueda cumplirse con lo estipulado en 6.6.3 se
adoptarán las precauciones sanitarias que el caso requiera. e) En los trazados paralelos a canalizaciones eléctricas, telefónicas y de gas, las
tuberías de agua potable deberán quedar a la mayor distancia posible de las anteriores.
5.6.7 Cámaras Todas las válvulas se colocarán dentro de cámaras, cuando la Autoridad Competente expresamente lo exija.
5.6.8 Cuarteles
Considerando la fuerte incidencia que provoca la densificación habitacional en la explotación y mantención de redes se deberá cumplir:
a) Longitudes
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- Para densidades habitacionales > 1000 hab/há; la longitud de los cuarteles será de 500 m + - 20%
- Para áreas consideradas como con edificación en altura (se considerará como área con edifición en altura aquellas en que el 50% o más de la edificación está conformada por predios de una altura igual o superior a 25 m): la longitud de los cuarteles será de 500 m + - 20%.
- Para densidades habitacionales < 1000 hab/há: la longitud de los cuarteles será de 1000 m + - 40%.
- Para áreas no consideradas como con edificación en altura: la longitud de los cuarteles será de 1000 m + - 40%.
b) Desagües
Cada cuartel deberá considerar un sistema que permita desaguarlo y/o ventilarlo convenientemente por motivos de explotación, reparación, mantención, revisión, etc. Este sistema deberá en lo posible funcionar gravitacionalmente y permitir la máxima evacuación posible de las aguas, por lo que se ubicará en los puntos más bajos de cada cuartel. Los grifos del sistema contra incendios tendrán una localización independiente del sistema de desagüe, no obstante pueden existir casos en que un grifo pueda cumplir ambas funciones.
c) Diámetros mínimos
En sectores con densidad habitacional > 1000 hab/há y en sectores con edificación en altura, los diámetros de las redes de distribución ubicadas en calles o avenidas no deberán ser inferiores a 150 mm.
En el caso de calles y/o pasajes sin salida (o cañerías alimentadoras sólo por un extremo), ubicadas en los sectores antes mencionados se aceptarán diámetros de 100 mm como mínimo. En el caso de calles y/o pasajes cuya longitud no sobrepase los 100 m también deberá cumplir lo señalado en párrafo anterior.
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5.6.9 Topografía
Considerando que se presentan situaciones en que las condiciones topográficas inciden de manera importante en la eficiciencia del servicio, se deberá cumplir:
a) En general los proyectos deberán incluir el trazado de curvas de nivel cada 1
metro. b) Cuando el loteo a urbanizar se ubique en un terreno abierto o sinurbanizar en
3 de sus 4 límites el punto 5.6.9.a será obligatorio. c) Cuando los terrenos a lotear presenten pendientes > 5% el punto 5.6.9.a
también será obligatorio. d) Cuando el terreno a lotear presente singularidades (canales, cortes,
terraplenes, etc.), que obliguen a trazados poco usuales el punto 5.6.3.a también será obligatorio.
e) Cuando los terrenos a lotear presenten condiciones que obliguen a la colocación de tuberías con pendientes > 5%, se deberá incluir el perfil longitudinal de dicha(s) tubería(s), así como los apoyos y/o refuerzos necesarios,, según lo determine el proyecto.
f) Cuando los terrenos a lotear presenten áreas urbanizadas en más de unos de sus 4 límites se aceptará que incluya solamente las cotas y/o mediciones que permitan establecer la pendiente del terreno objeto de la urbanización.
5.6.10 Presentación de proyectos Como una manera de agilizar los diversos procesos relacionados directa o
indirectamente con la revisión, aprobación y ejecución de los proyectos, se deberá incluir en los planos:
- Cuadro de viviendas, departamentos y otro tipo de predio objeto de urbanización.
- Cuadro de áreas no destinados a predios habitables (áreas verdes, áreas
deportivas, etc.) - Considerando las nuevas instrucciones relativas al traslado de arranques
existentes a cañerías nuevas que se instalen, se exigirá: - Nudo(s) que indique la conexión de la nueva cañería al sistema existente.
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- Nudo(s) que indique la desconexión de la cañería antigua que queda fuera de servicio (enterrada o retirada).
- Cuadro de arranques considerando: N° de arranques existentes trasladados. N° de arranques nuevos instalados.
5.6.11 Elaboración de planos y documentos del proyecto En cuanto al proyecto mismo tenemos los planos y los documentos que se deben adjuntar, en tres ejemplares.
5.6.11.1 Planos :
Los planos deben incluir :
- Carátula : Espacio destinado a títulos, firmas, etc. - Plano general de ubicación: A escalas adecuadas, 1:10.000; 1:20.000;
1:25.000. Se ubica la obra dentro del pueblo o ciudad. En algunas ocasiones es necesario ubicar la ciudad o pueblo dentro de la
región; para esto se utilizan escalas de 1:50.000; 1:100.000; 1:1.000.000; etc.
En lo posible, en los planos el norte magnético se colocará hacia arriba. - Plano de Planta: Si es necesario curvas de nivel; escalas 1:1.000;
1:2.000; 1:5.000; esta última sólo en casos especiales. En lo posible, en los planos de planta el norte magnético se colocará
hacia arriba. - Esquema de nudos: En Los cuales se detallan las piezas especiales con
sus diámetros; las piezas especiales se representan esquemáticamente con signos convencionales.
- Cuadro de piezas especiales: En este cuadro se efectúa un resumen de
las piezas especiales, sus pesos en Kg., las uniones necesarias, y el material necesario para las uniones.
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- Plano de detalles complementarios: Se utilizan sólo si es necesario detallar
cámaras, o atraviesos especiales. - En caso de cañerías surtidoras especiales presentar planta y perfiles
longitudinales sobre su trazado y características. - Leyenda con la simbología utilizada para representar cañerías
proyectadas, existentes o futuras y diámetros. En planos adjuntos PTOC 09.01, PTOC 09.02 y PTOC 09.03 se
detallan simbologías del tipo estándar, ejemplo hierro fundido dúctil y de piezas especiales respectivamente.
- Esquema de instalación de un grifo, refiriéndose a la solución del plano
tipo respectivo.
5.6.11.2 Documentos: El legajo de documentos que debe acompañar a los planos está constituido por :
- Memoria Explicativa : Es una descripción de la obra proyectada, para lo cual se debe indicar, ubicación del área servida, sus características principales, tipo de edificación, métodos de cálculo empleados, etc.
Se deben citar las bases de cálculo y características técnicas, en una
lista ordenada y resumida con la profundidad que el proyectista estime.
Es necesario citar como mínimo : Número de sitios Población servida Dotación media Dotación media futura En la Memoria se deben indicar las características sanitarias si es necesario;
las características a indicar son las relacionadas con :
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Fuente de captación Posibilidad de contaminación Tipos de desinfección Análisis del agua Debe presentarse un resumen de los cálculos que ha sido necesario efectuar
en el dimensionamiento de las obras; pero, si la magnitud del proyecto lo justifi-ca o si lo solicita el revisor, debe presentarse las planillas finales de cálculo y verificación de presiones, con un esquema de la red indicando gastos en los nudos, mallas, etc., indispensables para la interpretación de las planillas y comprobaciones necesarias.
- Especificaciones Técnicas Generales y Especiales : Son necesarias para la
correcta ejecución de las diversas obras del proyecto; se describen en ellas en forma detalladas completa las instrucciones que deben respetarse en la ejecución de las obras.
- Presupuesto : El presupuesto indica una idea aproximada del costo de la obra.
ANEXO 1 DEL CAPÍTULO 5
1. Bases de cálculo para proyectar obras de A.P. Todo proyecto de un Sistema de Agua Potable debe calcularse primordialmente en base a dos factores que son : - Población y Previsión - Dotación Es básico contar con la información del gasto que será necesario Captar para dotar de un suministro adecuado a una determinada población. Para esto debemos determinar el número de habitantes a beneficiar, dato que le hemos denominado "Población", el cual está íntimamente relacionado con el hecho de que las obras a Construir en una planta de suministro, tienen un cierto tiempo de utilización lo que hace indispensable determinar este factor de tiempo, en el cual juega un papel preponderante el Costo de las obras y la posible expansión a futuro de los servicios. Determinado ya el tiempo de utilización vemos que el dato de la población está en función de este factor tiempo, pues habrá que prever con la mayor exactitud posible, la cantidad de habitantes con que contará la localidad a abastecer al final del tiempo de utilización. Antiguamente en nuestro país se consideraba un plazo de previsión de alrededor de 30 años, no así actualmente, ya que se tiende en general a no prever para más allá del doble de la población actual. Para calcular el gasto, además del dato Población - Previsión debemos determinar la Dotación, que es el gasto diario en litros por habitante para satisfacer sus necesidades y que varía según la condición socio - económica de los sectores abastecidos, desde una dotación vital que en Chile es de 38 lts/hab/día como mínimo, a valores que pueden llegar a 500 lts/hab/día Determinados ambos datos, Población - Previsión y Dotación , podemos finalmente determinar un gasto o consumo a absorber por el Sistema, calculado para el final del plazo de previsión; en todo caso, los datos de consumo varían según se considere como consumo anual, máximo diario u horario y cuya consideración es función del tipo de obra que se esté calculando dentro del sistema a proyectar.
Analizaremos ambas bases de cálculo. Población y Previsión - Población Al enfrentar el problema de determinar la población de una ciudad o sector
de ésta, se nos presentan principalmente dos casos : a) Proyectos de nuevos servicios Se trata de un problema a futuro; normalmente se considera para el
cálculo, la cantidad de 6 a 6.5 personas por vivienda. b) Proyecto de una obra para un servicio en funcionamiento Corresponde al caso de obras en una ciudad con un Sistema de Agua
Potable en servicio. Debe hacerse el estudio de la previsión del aumento de la población y para que por medio de éste lleguemos a conclusiones de acuerdo a la realidad.
Es básico contar con toda la información respecto del estado de industrialización y de desarrollo urbano, tanto actual como a futuro. La tarea se facilita si la ciudad o sector en estudio cuenta con una planificación en cuanto al tipo de construcción a edificar.
Debemos diferenciar entre - Tipos de crecimiento de una población. - Método de análisis del crecimiento - Método de previsión.
- Tipo de procesos de crecimiento de la población : a) Ley de crecimiento parabólico Pn = an2 + bn + c b) Ley de crecimiento rectilíneo Pn = bn + c c) Ley de crecimiento exponencial
Pn = Po ( 1 + e )n La ley de crecimiento poblacional de uso más generalizado es la ley
de crecimiento exponencial, lo que permite efectuar comparaciones con datos de otras localidades.
En su expresión matemática tenemos : Pn = Población al termino de n años. Po = Población actual. e = Tasa de crecimiento geométricos En general, podemos considerar "e" como constante para el
caso de ciudades en formación. El análisis del tipo de crecimiento de la población en una
determinada localidad, podemos efectuarlo en forma gráfica, analítica o combinando ambas.
Analizada ya la ley de crecimiento, debemos prever el aumento
de población que va a desarrollarse al cabo del tiempo en estudio. Los métodos más usados para prever la población futura son los
de extrapolación y comparación. El método de extrapolación consiste en considerar vigente para
un plazo futuro, la ley de crecimiento de población que se ha determinado analizando los datos estadísticos, sobre todo si esta ley es clara y no haya posibilidades que se presenten factores característicos que la puedan alterar.
El método de comparación, se efectúa en base a analizar los crecimientos demográficos de los pueblos o aldeas, con pueblos o ciudades ya evolucionadas y desarrolladas, que hayan tenido análogas características de crecimientos.
En todo caso son varios los métodos para prever la población futura de una ciudad y quedará a criterio del proyectista usar un determinado método o combinar varios de ellos; aún más, no toda la importancia estriba en el método a usar, sino en la profundización de toda la información que rodea a un estudio tan complejo como este.
- Previsión Un sistema de Agua Potable es un servicio de utilidad pública y
como tal al proyectarlo habrá que determinar un plazo de previsión durante el cual las obras adecuadamente dimensionadas, puedan prestar servicios a la comunidad.
Para determinar matemáticamente este plazo de previsión, se
nos presenta un problema difícil de resolver, pues no es posible representar por medio de expresiones. matemáticas la dependencia de los diversos factores que entran en ella. En todo caso los factores principales son :
- Periodo de vida útil de los equipos e instalaciones. - Posibilidades de ampliación de los servicios. - Porcentaje de crecimiento de la población y desarrollo industrial. - Tasa de interés de los fondos adeudados. - Porcentaje de devaluación de la moneda. - El hecho de que durante los primeros años las instalaciones no
trabajarán a plena capacidad Para los cálculos relativos a costos y amortizaciones de los
equipos e instalaciones, los factores que tienen gravitación directa son el porcentaje de devaluación de la moneda y los posibles cambios en los tipos de interés del capital.
La importancia del último de los factores enumerados, estriba en que ante la exigencia de estar pagando intereses sobre capitales que sólo reportarán una utilización después de varios años, el plazo de previsión queda limitado.
Todos los antecedentes enunciados dadas sus características,
son de difícil evaluación matemática y una de las expresiones propuestas para comparar diferentes plazos de previsión considerando aspectos económicos, se debe al profesor Von Bennewitz y es la siguiente :
(CN -Cn) ( 1 + t )n mayor que Cn/n ( N - n )
CN = Costo determinado para N años. Cn = Costo determinado para n años ( N > n ) t = Tasa de interés.
Analizando la expresión, tenemos que el primer miembro representa el capital disponible después de "n" años y es el resultado de depositar a interés compuesto, la diferencia entre CN y el costo a plazo de previsión menor Cn, cifra que representa el ahorro inicial que significa usar el menor de los plazos.
En cuanto al segundo miembro, representa el costo de
ampliación de las obras, con el fin de que presten servicios durante un periodo (N - n) de años; eso si, que se considera que el costo adicional es función lineal del número de años.
Reemplazando los valoras en la expresión tenemos dos
posibilidades como resultado. - Caso en que la desigualdad se mantiene. Nos indica que la diferencia entre los costos (CN - Cn ), que
representa un capital a invertir depositado a un interés compuesto, es mayor que el costo que significa ampliar las obras, por lo tanto es evidente adoptar el plazo de previsión menor; o sea ampliar las obras resulta más económico.
- La desigualdad se invierte.
Quiere decir que el costo de la ampliación es ahora mayor que el capital a invertir, por lo tanto sea adoptara el plazo de previsión mayor
- Esta expresión dada la complejidad del problema, omite
consideraciones básicas, al menos para nuestro medio, como ser, la devaluación de la moneda, variabilidad de la tasa de interés durante n años, además de considerar como función lineal la relación entre el costo de la ampliación y el número de años.
- Dotación
En un proyecto de un Sistema de Agua Potable es imprescindible efectuar un estudio de la dotación, ya se trate de proyectar un servicio nuevo o ampliaciones de uno en servicio.
Los factores que afectan a la Dotación son principalmente cuatro : - Población urbana - Grado de civilización o cultura - El clima - El costo del suministro Con respecto a la población urbana, es obvio que un pueblo con
menor población que otro, a igualdad de los demás factores incidentes, le corresponda una dotación menor, ya que un pueblo con mayor población tiene más posibilidades de desarrollo, por lo tanto la influencia de las industrias y el comercio es más significativa.
Existen aspectos dentro del grado de civilización o cultura de un pueblo, que se refieren a las condiciones de vida de quienes habitan en ellos. La presencia de servicios de Alcantarillado Público en una ciudad o pueblo, eleva estas condiciones de vida y trae como consecuencia la necesidad de contar con una dotación mayor, comparada con la de un pueblo sin servicios de evacuación de las aguas servidas.
Las condiciones de vida de un pueblo, lógicamente que
dependen de la situación económica de sus habitantes, factor que incide también sobre la dotación a suministrar. Una población de buena situación económica necesita de una dotación alta para su utilización en riegos de jardines, construcciones ornamentales y deportivas, además del uso personal.
Podemos considerar involucrado en el grado de civilización y
cultura de un pueblo, el desarrollo industrial que se produce en toda ciudad en plena formación y este aspecto es importante para determinar la dotación, ya que las industrias consumen una cantidad apreciable del vital elementos
El clima de la región a abastecer es un factor importante en la dotación, aumentando esta en regiones áridas y disminuyendo en regiones frías; excepcionalmente la dotación es alta en regiones demasiado frías, pues se malgasta el agua abriendo los grifos con el fin de evitar su congelación en las cañerías.
El costo del suministro es básico para determinar la dotación y
para que este sea adecuado, se requiera de una buena administración de los servicios.
Existen expresiones matemáticas para determinar la dotación en función de la población y se ocupan a falta de mejor información.
- Formula de Capen D = 88 p1/8 p = Número de habitantes En esta expresión están incluidos los estudios sobre pérdidas y
se trata de la expresión matemática de la formula original de Capen, la cual se adaptó a la realidad de Chile en dos expresiones según sea la zona geográfica de que se trate:
I) D = 64 p1/8 Esta expresión rige para norte y Extremo Sur. II) D = 80 p1/8 Para Zona Central. Utilizando la expresión original : Población (Hab) Dotación (lts/hab/dia) 1.000 200 1.000.000 500 La Dotación Vital en Chile, como ya se expresó es de 38
lts/hab/día como mínimo, a 100 litros por habitante al día. Además existen consumos de agrado, como ser, una buena ducha, riego de jardines, etc., fuera de los consumos industriales, comerciales, municipales y lo concerniente a pérdidas y derroches
En cuanto a las pérdidas, es preciso evitarlas al máximo ya que
no es de extrañar encontrar servicios con un 30% del suministro como pérdidas.
La dotación varía junto con el tiempo y para analizar una expresión
que nos indique esta variación, consideraremos el factor global de aumentos fraccionado en dos factores distintos :
- Factor de aumento de la dotación que depende del aumento de la
población. - Factor neto de variación, que corresponde al aumento de la
dotación con el tiempo. Analizando valores estadísticos de población y dotación en Chile,
y aplicando la ley exponencial tenemos : D' = D ( 1 + 0.008 )n D' = Dotación con previsión D = Dotación actual Factor de progreso = 0.008 n = número de años Para un pueblo en rápida expansión, se puede proceder a
calcular la dotación con la expresión de Capen, aplicando la población actual y a esa dotación así obtenida, se le calcula lo que aumentará en "n" años, utilizando la expresión en que se considera el factor de progreso.
2. Consumos o Capacidades de proyecto Habíamos expresado que las obras se proyectaban para entregar un
gasto determinado y que se calculaban en base a los factores ya analizados. Es así como ya determinado el plazo de previsión con la población respectiva, al final de este y la dotación, podemos entonces calcular el gasto que la obra nos debe suministrara
Pero, si analizamos el consumo a que se llega como resultado del
estudio hecho, debemos considerar que se trata de un consumo o gasto anual, cuya utilización es entonces limitada como base directa de cálculo para una obra de terminada, ya que precisamente una de
las características principales de un suministro de Agua Potable es que los consumos de la población son esencialmente variables, aspecto que debe considerarse en el cálculo de las capacidades o consumos de proyectos
Así tenemos que, desglosando el consumo anual en unidades de
tiempo cada vez menores (mes a mes, día a día, etc. ), en cada una de ellas existen consumos máximos y mínimos.
Por lo tanto según esta consideración, existen diversas capacidades o
consumos de cálculos. Todas las obras a proyectar no precisan como base de cálculo del mismo consumo o capacidad, debido a que las funciones qué cumplen dentro del Sistema son diferentes
Ordenando los aspectos vistos, podemos afirmar que los consumos
varían principalmente en base a dos factores : - Epoca del año - Actividades desarrolladas por la población. El primero de ellos se refiere a que la variación del consumo se ve
afectada según sea verano, invierno, etc., produciéndose un máximo y un mínimo dentro del día.
Combinando estos factores y otros que en particular puedan afectar a
la obra en estudio, se llega a valores de consumos máximos y mínimos que es necesario determinarlos para su posterior aplicación en los proyectos de las diferentes obras :
Los consumos bases de calculo son : - Consumo del día medio Basándose solamente en los datos Población - Previsión y Dotación
tenemos : Consumo día medio = Pf Df ( lts/seg. ) 860400 Pf = Población futura Df = Dotación futura - Día de máximo consumo
Básicamente se determina por los siguientes métodos : a) Conocimiento del servicio b) Comparación con otros servicios El primer caso se aplica cuando se trata de mejorar un servicio en
funciones y conviene estudiar los datos que se dan en el momento de hacer el estudio, averiguando si estos están influenciados por limitaciones propias del servicio o de la zona. En caso que las limitaciones existan, lo que implica un mal servicio, es necesario indagar las condiciones que imperaban en la época en que habla un buen suministro.
El método de comparación con otros servicios se utiliza si se trata de
estudiar un servicio nuevo. Esta comparación se efectúa con servicios de características similares (dotación, clima, grado de civilización, etc.).
A falta de mejor información, se adopta el consumo del día medio
aumentado en un 50%. Así, representado en una expresión, tenemos que el día medio aparece afectado por un factor de día máximo a medio.
Día de máximo consumo = 1.5 Consumo día medio - Consumo máximo horario Se aplican los mismos conceptos y métodos que se utilizan en la
determinación de la capacidad o consumo correspondiente al día de máximo consumo. Así:
Consumo máximo horario = 1.5 día de máximo consumo Para las diferentes obras de un Sistema a proyectar, se adoptan los
siguientes consumos o capacidades de proyecto : - Captación, Aducción, Impulsión y Planta de tratamiento, se proyectan en
base al día de máximo consumos Si analizamos el caso especial de una Aducción con equipos de elevación,
la expresión del consumo o capacidad de proyecto de la planta elevadora es :
Qp = Pf Df x 1.5 860400 Pf = Población futura Df = Dotación futura Qp = Gasto permanente Si se trata del caso de una Impulsión y al no funcionar la planta elevadora
en forma permanente, el gesto se debe corregir. A medida que disminuye el tiempo de funcionamiento, las bombas elevadoras requieren de una mayor capacidad. En una expresión tenemos :
Qc = Qp 24/t 24 = Horas del día t = Horas de trabajo de la planta Qp = Gasto permanente a corregir Qc = Gasto corregido - Estanque Se calcula en base al volumen de regulación, comparando el gasto
entregado por la Aducción o Impulsión, con los requerimientos de la red. Entran en juego por lo tanto, el día de máximo consumo y la capacidad de proyecto de la red.
- Planta de tratamiento. Según las normas vigentes, recomiéndase usar el dato del día de máximo consuma más un 5 a 10% destinado para el lavado de los filtros. - Red Si aplicáramos el instante de máximo consumo, en determinados puntos
de la red se llegaría con valores de suministro mucho mayores que los necesarios, lo que involucra un costo altísimo en la construcción de las redes.
Pero las obras de distribución tienen su propia regulación, ya que en todos
los puntos de la red no se producen los instantes criticas en forma
simultánea y de existir un problema de abastecimiento instantáneo, sólo traería consigo en la práctica, un poco de retardo en la respuesta del suministro, sin que esto represente un grave problema.
Basándose en este análisis tenemos que la red basta calcularla en base a: - Consumo máximo horario sin incendio - Consumo medio horario del día de máximo consumo, con incendio.
INDICE Capítulo 6 6 ATRAVIESOS, TIPOS DE UNIONES Y ELEMENTOS AUXILIARES EN UNA RED DE A. P. ...6-1
6.1 ATRAVIESOS E INTERFERENCIAS ...............................................................................................................6-1 6.1.1 Atraviesos en puntos especiales : ....................................................................................................6-1 6.1.2 Interferencias entre redes de A.P. y red de Gas Natural : ..............................................................6-2
6.1.2.1 Paralelismos ........................................................................................................................................... 6-2 6.1.2.2 Cruce de Servicios.................................................................................................................................. 6-4
6.2 TIPOS DE UNIONES....................................................................................................................................6-5 6.3 ELEMENTOS AUXILIARES DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN .........................................................................6-9
6.3.1 Piezas especiales sin mecanismo.....................................................................................................6-9 6.3.2 Piezas especiales con mecanismo..................................................................................................6-10
6.3.2.1 Válvulas. .............................................................................................................................................. 6-10 6.3.2.2 Ventosas. .............................................................................................................................................. 6-12 6.3.2.3 Grifos. .................................................................................................................................................. 6-12 6.3.2.4 Válvulas reguladoras de presión........................................................................................................... 6-12
6.4 OBRAS ....................................................................................................................................................6-12 6.4.1 Excavaciones .................................................................................................................................6-13 6.4.2 Camas de Apoyo ............................................................................................................................6-15 6.4.3 Rellenos Compactados ..................................................................................................................6-16 6.4.4 Retiro de Excedentes. ....................................................................................................................6-17 6.4.5 Soluciones Constructivas Especiales.............................................................................................6-18
6.4.5.1 Cruce de pequeños cauces.................................................................................................................... 6-18 6.4.5.2 Cruces bajo colectores de φ ≤ 500 mm en servicio. ............................................................................ 6-18
6.4.6 Cruce Bajo otras Matrices Existentes de Agua Potable................................................................6-19
6 ATRAVIESOS, TIPOS DE UNIONES Y ELEMENTOS AUXILIARES EN UNA RED DE A. P.
6.1 Atraviesos e Interferencias En este punto, se analizarán en forma general las diversas disposiciones o recomendaciones técnicas que deben observarse en la construcción de las redes de agua potable. 6.1.1 Atraviesos en puntos especiales : Las cañerías enterradas quedan expuestas a esfuerzos estáticos o dinámicos, siendo éstos más fuertes en atraviesos especiales. Estos pueden ser : - atravieso bajo carretera - atravieso bajo caminos - atravieso bajo vías férreas - atravieso de canales Generalmente todos los pasos o travesías especiales se ejecutan con cañería de acero, unidas al resto con uniones flexibles. Para mejorar la protección de la cañería se puede colocar un revestimiento concéntrico de acero u hormigón, cuyo diámetro sea igual al del tubo mas 0.20 m. aproximadamente. El espacio anular restante se rellenan con arena que se inyecta. En particular en los cruces de vías férreas deben respetarse las Normas técnicas que la Empresa de Ferrocarriles del Estado indican : Art. 8 "Todo ducto con conductores de gas o liquidas susceptibles de producir
daños a la Empresa en caso de ruptura, a juicio de ésta, que atraviese la vía, deberá ir colocado dentro de un tubo de concreto o fierro fundido, convenientemente asentado en una cama de concreto, de un diámetro mínimo igual a dos veces el diámetro del ducto interior.
En caso de pasadas de agua a tajo abierto, se exige que se construya los
estribos y radier en forma que no den lugar a filtraciones y no se inunde la faja". Art. 10 "En los sectores electrificados, las cañerías metálicas protectoras
deberán ir dentro de una canaleta de madera rellena con brea, para evitar la electrólisis".
Art. 11 "En ambos extremos del ducto se construirán cámaras de inspección, que se ubicarán fuera de la teja de la Empresa. En ambas cámaras se colocarán llaves de paso si se trata de ductos en presión".
Art. 12 "La distancia mínima horizontal entre el eje de la vía más próxima y la
pared interior de las cámaras, no podrá ser inferior a 6 m". Art. 13 "Los ductos irán enterrados a una profundidad tal que dejen un metro
libre, como mínimo, entre la cara inferior del durmiente y el borde superior del ducto de protección. En ningún caso deben quedar cerca del fondo de las cunetas de desagüe, considerando la limpieza o profundización de ellas".
Art. 14 "El cruce de un ducto con la vía deberá hacerse perpendicularmente a
ésta y será recta en toda su longitud, no permitiéndose curvas verticales ni horizontales dentro de la faja de la Empresa".
Art. 15 “Los ductos que atraviesen un terraplén de la vía férrea deberán hacerlo
por la base del mismo en el terreno natural, y el proyecto respectivo será 'especial’, consultando a la Empresa sobre el punto de pasada en la planta y para su construcción se tomarán las precauciones de seguridad, ya que un derrame puede afectar seriamente el tránsito ferroviario".
6.1.2 Interferencias entre redes de A.P. y red de Gas Natural :
6.1.2.1 Paralelismos
1° En general, las redes de los servicios distintos a los sanitarios podrán ser instaladas sin protección, cuando se emplacen fuera de la zona de seguridad, producida por dos planos verticales ubicados a O,60 m. de los bordes laterales de tuberías o componentes de los siguientes sistemas de distribución de agua potable y recolección de aguas servidas, en adelante, sistemas de distribución y recolección:
Redes Públicas de Distribución de Agua Potable Redes Públicas de Recolección de Aguas Servidas Redes Privadas de Distribución de Agua Potable Redes Privadas de Recolección de Aguas Servidas Instalación Domiciliaria de Agua Potable Instalación Domiciliaria de Alcantarillado de Aguas Servidas
Instalación Interior de Alcantarillado de Aguas Servidas Instalación Intradomiciliaria de Agua Potable Instalación Intradomiciliaria de Alcantarillado de Aguas Servidas Instalación Interior de Agua Potable Arranque de Agua Potable Unión Domiciliaria de Alcantarillado Conexión Empalme Esta zona de seguridad se extenderá desde la rasante y hasta 0,80 m. bajo
cualquiera de los sistemas de distribución y recolección, tal como se aprecia en plano PTOC 09.05, lámina 1/7.
2° Todos los rellenos hasta 30 cm. sobre la clave de los sistemas de distribución y
recolección, en casos de paralelismos y cruces con otros servicios, se efectuaran con arena tamaño máximo 5 mm.
Los rellenos sobre radieres de protección y en general todos los encamados de
apoyo de tuberías componentes de sistemas de distribución de agua potable deberán ser igualmente de arena.
3° No se podrán conducir instalaciones paralelas sobre el eje vertical de
cualquier sistema de distribución y recolección, tal como se muestra en el plano PTOC 09.05, lámina 2/7.
4° Como alternativa al punto 3º, sólo se aceptarán instalaciones paralelas bajo el
eje vertical de cualquier sistemas de distribución y recolección, cuando éstas queden enterradas 30cm bajo el fondo del mismo, tal como se ilustra en el plano PTOC 09.05, lámina 2/7.
Las instalaciones de otros servicios ubicados bajo los sistemas de distribución y
recolección, estarán separadas entre si de la siguiente forma y tal como se especifica en el plano PTOC 09.05, lámina 3/7.
- Una capa de 10 cm. de arena compactada manualmente.
- Un radier (hormigón de 4 sacos/m3), de espesor 10 cm. El ancho del radier será similar igual al de la zona de seguridad (ver figura PTOC 09.05 L 1 y 3 de 7.
- Otra capa de 10 cm. de arena compactada manualmente. Se podrá aceptar que el paralelismo se produzca a una distancia de separación
menor de 60 cm., sólo cuando no exista otra alternativa de trazado, situación que se deberá comprobar debidamente. En tal caso se ha de construir una protección para los ductos de otros servicios distintos a los sistemas de
distribución y recolección. Como mínimo, se ha de dejar una distancia de 30 cm. libres entre el costado de los sistemas de distribución y recolección y la protección señalada, como se describe en el plano PTOC 09.05, lámina 4/7.
Si el ducto es de servicios eléctricos, se exigirá un radier inclinado de 10 cm. de
espesor, como se muestra en el plano PTOC 09.05, lámina 5/7. En ninguna solución técnica de interferencias con sistemas de distribución y recolección, se aceptarán protecciones con ladrillo.
Para otros servicios se podrá optar por protecciones metálicas de espesor 2
mm. con 3 manos de pinturas antióxido de dos colores alternados. El ancho mínimo de las protecciones será de 30 cm., más el diámetro del ducto, tal como se ilustra en el PTOC 09.05, lámina 5/7.
5° Para el caso señalado anteriormente, se deberá instalar una cinta de aviso de
peligro sobre el eje vertical del sistema distribución y recolección y en todo el largo de la instalación. Esta cinta indicará el tipo de servicio que existe en el lugar.
6.1.2.2 Cruce de Servicios 1° Ductos sobre tuberías de agua Los ductos que deban cruzar arriba de cualquier sistemas de distribución y
recolección, deberán estar protegidos por un encamisado metálico, de largo 60 cm, más el ancho de la excavación . Con el objeto de mantener la ubicación de los ductos encamisados al momento de excavar sobre sistemas de distribución y recolección, la protección metálica deberá quedar empotrada en terreno firme 30 cm. como mínimo, tal como se ilustra en el plano PTOC 09.05, lámina 6/7.
2° Conductores bajo la tubería de agua Los conductores de los servicios que crucen bajo los sistemas de distribución y
recolección deberán contemplar un radier de separación entre ambas cañerías . El radier será de espesor 15 cm. y estará a 15 cm.. como mínimo bajo el
sistema de distribución y recolección. El relleno entre el radier y la tubería será arena como se muestra en el plano PTOC 09.05, lámina 7/7.
3° Los servicios en paralelismo o cruces con sistemas de distribución y
recolección, deberán contemplar cintas de señalización enterradas 50 cm. bajo la rasante. Esta cinta de señalización, anunciará el tipo de instalación y el riesgo
de accidentes que significa excavar en el sector. Además tendrá impresa la frase "PELIGRO NO EXCAVAR".
De manera de mejorar la visualización de la cinta en operaciones de excavación, se debe considerar lo siguiente:
- El ancho de la cinta no debe ser inferior a 20 cm. - Toda la información que contenga ser parte del cuerpo de la cinta, es
decir, no se debe aceptar cintas en que la información este pintada u escrita con otro tipo de marcador.
⋅- La instalación de la cinta plástica debe ser lo suficientemente distendida,
como para que esta no se estire y contraiga su ancho.
4° No se aceptará consultar árboles, postes o elementos que pudieran asentarse sobre las instalaciones.
6.2 Tipos De Uniones Para unir una cañería con otra o con las piezas especiales se usan distintas clases de uniones que se pueden dividir en 4 grupos o tipos: rígidos, semirígidos, flexibles y de tipo especial. Las tipologías mencionadas de uniones se encuentran analizadas en cuadro de la página siguiente. Entre las uniones especiales podemos mencionar las de rótula y las de expansión. En planos PTOC 09.04 Láminas 1,2 y 3, se detallan los tipos de uniones descritas, incluyendo las uniones para cambios de material, llamadas también adaptadores.
CUADRO : DESCRIPCION DE LOS DISTINTOS TIPOS DE UNIONES
CLASIFICACION UNIONES
CARACTERISTICA FUNCIONAL
TIPOS DE UNIONES DESCRIPCION
Uniones Rígidas - No permiten desplazamiento longitudinal ni desalineación de las cañerías.
1a- Uniones de bridas 2a- Uniones con hilo 3a- Uniones soldadas
1a - Las bridas son anillos metálicos previstos de orificios para unirlos mediante pernos, que pueden formar parte de la cañería misma o bien estar soldadas a ellas, estando dispuestos en ambos extremos de la cañería. En número de perforaciones en las bridas es múltiplo de cuatro y están colocadas fuera de los planos de simetría vertical y horizontal.
2a - Prácticamente toda tubería de pequeña sección, sea de acero, fundición, bronce o materiales plásticos suele aceptarse por este método. El sistema es sencillo, puesto que el diámetro externo del tubo es constante dentro de una tolerancia y el diámetro interior de los manguitos está igualmente dentro de estos límites cualquiera que sea el material del tubo.
Las tuberías con unión de hilo están normalizadas desde un diámetro de un cuarto de pulgada hasta 12 pulgadas.
3a - Las cañerías de acero se unen principalmente mediante uniones soldadas. El problema de unir las cañerías de acero mediante soldaduras, estriba en que posteriorme no es posible desmontarlas en caso de ser necesario hacerlo.
Uniones Semi-Rígidas - Oponen cierta resistencia a los desplazamientos y a las desalineaciones de las tuberías,
1b- Uniones de enchufe y cordón
1b - Los extremos de las cañerías están constituidas por una campana con un anillo que centra la cañería a unir y otro extremo, liso. Representan por su gran simplicidad de montaje, al tiempo que una sensible economía en la mano de la obra de instalación, buenas velocidades de montaje y una seguridad de que no pueden producirse errores o defectos incluso con mano de obra menos experta.
La unión con aro de goma, tiene montaje deslizante y consigue la impermeabilidad por la presión del agua sobre el aro de goma montado entre el tubo y el accesorio. La forma de este aro está especialmente diseñada para conseguir un fácil montaje del accesorio y una total estanqueidad.
Uniones Flexibles - Permiten cierto juego sin perder su hermeticidad.
1c - Uniones Gibault 2c - Uniones Dresser 3c - Uniones Super Simplex4c - Uniones Vitaulic
1c - Este tipo de unión consta de un manguito central de fierro fundido o dúctil, dos bridas del mismo material con sus respectivos pernos y dos anillos de caucho de sección circular o cuadrada, dependiendo ésta del diámetro de la cañería a unir.
Tiene la gran ventaja de poder ser trabajada bajo agua y como se trata de una unión de tipo flexible, permite descender longitudes de cañerías unidas en excavaciones anegadas.
2c - Este tipo de unión se logra con un anillo medio, ajustado con dos piezas que son pletinas apernadas provistas de dos empaquetaduras.
CUADRO : DESCRIPCION DE LOS DISTINTOS DE UNIONES (Continuación)
CLASIFICACION UNIONES
CARACTERISTICA FUNCIONAL
TIPOS DE UNIONES DESCRIPCION
3c - Está formada por un manguito tomado del material de la cañería y dos anillos de goma de sección en “V”.
4c - Su característica es que cuenta con un espacio que se deja entre las cañerías al ser unidas y que le permite flexibilidad. Con un anillo o relleno se logra la estanqueidad de la unión, el cual va aprisionado por dos piezas que rodean al espacio de unión y encajan en unas ranuras dispuestas en los extremos de las cañerías.
Por su relativa flexibilidad se usa en lugares en los cuales las cañerías estarán sujetas a posibles vibraciones.
Uniones Especiales - Presentan diversas características
1d - Uniones de rótula 2d - Uniones de expansión
1d + 2d Se utilizan en aquellas conducciones en que la variación de
temperatura es significativa, produciendo elongaciones y contracciones de las tuberías. Están constituidas por un fuelle de material flexible unido a ambas tuberías mediante bridas.
Existen de fuelles simples, articulados y gemelos articulados para curva y contracurva.
6.3 Elementos Auxiliares de una Red de Distribución Se denominan generalmente piezas especiales, las cuales son accesorios para completar un sistema de cañerías, a los elementos de cruce de cañerías, de cambio de diámetro, de derivaciones, de cambio de dirección, etc. (piezas especiales sin mecanismo). Además existen elementos más complicados para cortar la circulación del agua o regular el gasto, para extraer agua para incendios y otros. Se llaman piezas especiales con mecanismos. 6.3.1 Piezas especiales sin mecanismo. Las piezas especiales sin mecanismos se fabrican en diferentes materiales de acuerdo a las normas siguientes: Fierro Fundido Gris NCh 402 Of. 83 Tuberías y Accesorios de fundición gris para canalizaciones sometidas a presión NCh 404 Of. 84 Accesorios de Fundición Gris para Tuberías de
Asbesto Cemento Acero NCh 990 Of. 73 Ingeniería Mecánica. Conducción de
fluídos. Y piezasídos. Tuberías y piezas especiales de fierro. Soldadura en obra.
Fundición Dúctil ASTM A 153 AWWA C 105 ISO 2531 ISO 4179 ISO 4633 ISO 8179 ISO 8180 ISO 9007 PVC
NCh 399 Tubos de policloruro de vinillo (PVC) rígido, para conducción de fluidos a presión
Polietileno de Alta Densidad DIN 19533 DIN 19630 Las presionen de prueba para las piezas especiales sin mecanismos con junturas Enchufe, Cordón y Brida son : Diámetros (mm.) Presión (kg/cm2) Hasta 300 mm. 15 Entre 300 y 600 mm. 20 Entre 600 y 1.000 mm. 25 A su vez la prueba de presión de las piezas especiales sin mecanismos con juntura Gibault se efectúa a 20 kg/cm2. Cuando se construyen redes de cañerías de acero, es recomendable utilizar las piezas especiales del mismo material, debido a su facilidad de fabricación y flexibilidad en su uso. 6.3.2 Piezas especiales con mecanismo. Las piezas especiales con mecanismos mas utilizadas en proyectos de redes son las válvulas, grifos, ventosas y desagües.
6.3.2.1 Válvulas. Las válvulas son elementos que se utilizan tanto para cortas como para regular el escurrimiento del agua a través de las cañerías. En el diseño y ejecución de las redes deben tomarse las siguientes consideraciones respectos a las válvulas :
a.- Se proyectarán en puntos estratégicos de la red, para facilitar su operación.
b- Deben ir en cámaras para una mejor mantención, las de 100 mm. o
mayores. c.- Deben instalarse en lo posible con junturas flexibles, que absorban las
tensiones longitudinales y que faciliten su desmontaje. d.- Evitar en la construcción de las redes, la entrada de piedras y otros
elementos extraños a la válvula, precaución que debe cumplirse también en caso de reparaciones.
e.- El montaje de la juntura debe ejecutarse preferentemente fuera de la
zanja. f.- Las uniones brida deben ejecutarse de acuerdo a instrucciones
especiales. Las válvulas de mayor utilización son las de tipo compuerta; éstas constan de una caja principal que termina en dos bridas, entre las cuales se interpone un obsturador en forma de cuño, que es la compuerta. Una de las ventajas de este tipo de válvulas reside en el hecho de que al permanecer abierta, produce un mínimo de pérdida de carga al escurrimiento. La desventaja se presenta en que al ser utilizada para regular el caudal, debe permanecer a medio abrir, lo que produce fuertes turbulencias aguas abajo de la compuerta.
Las válvulas de tipo compuerta podemos clasificarlas según las presiones de trabajo :
- Válvulas Meplat o de cuerpo plano, para bajas presiones, de 2,5 , 4 y 6 atmósferas. Se instalan también cuando el espacio para su instalación es reducido.
- Válvulas ovaladas para presiones medias de 6 y 10 atmósferas. - Válvulas cilíndricas para altas presiones de 10 y 16 atmósferas; su
cuerpo cilíndrico le permite resistir en mejor forma los esfuerzos resultantes de la presión interna.
Las válvulas tipo compuerta se fabrican en diámetros de 50 a 1.000 mm.
6.3.2.2 Ventosas. En cuanto a las ventosas son utilizadas en casos muy especiales en las redes de distribución, pues se considera que es normal que la purga del aire se realice a través de los Arranques Domiciliarios.
6.3.2.3 Grifos. Los grifos o hidrantes de incendio, son mecanismos instalados en las redes para la protección contra incendio y son de dos tipos : solera y columna. Se fabrican en fierro fundido. Los denominados anticongelantes, tienen una válvula de corta, la cual permite aislar el grito, en caso de reparaciones.
6.3.2.4 Válvulas reguladoras de presión. Tenemos como piezas especiales con mecanismos además, a las válvulas reguladoras de presión las cuales reducen automáticamente la presión en el lado de descarga; se utilizan en redes para pequeñas zonas de la ciudad expuestas a tomar presiones peligrosas. 6.4 Obras
6.4.1 Excavaciones Se deberá cumplir con lo establecido en las ETG contenidas en Anexo adjunto a este informe, y lo que disponga la ITO, si no se contrapone con lo que se indica a continuación. La colocación de las tuberías se hará en zanjas abiertas. Los tipos de zanjas recomendadas, se deberán indicar en los perfiles longitudinales cuando se trate de matrices principales (alimentadoras). Si se trata de material gravo arenoso limpio, cuya escasa cohesión no permite asegurar la estabilidad de paredes verticales en zanja. A tal efecto se propone un perfil de excavación como el indicado en Plano PTOC – 10.03 L 1/2, del estándar OC 10 “Redes de Alcantarillado”, con taludes uniformes de pendientes 5:1 (V:H) y protegido por una lechada de cemento. No se considera la opción clásica de zanja con entibación debido a que el suelo inestable es más bien el que está por debajo del estrato arcilloso autosoportante. Los últimos 20 o 30 cm. deberán excavarse a mano. En caso que se produzcan desmoronamientos en el sector adyacente a la zanja durante las faenas de excavación, se deberá excavar todo el material inestable hasta conformar una plataforma horizontal, la cual posteriormente se rellenará con grava arenosa TM 3", colocada por capas de no más de 30 cm de espesor suelto y compactada hasta alcanzar una densidad mínima del 85% del Proctor Modificado o su equivalente en Densidad Relativa. En las excavaciones deberá tenerse especial cuidado de no pasar a llevar canalizaciones de servicios públicos o privados modificadas previamente o canalizaciones existentes que no se han modificado para lo cual se deberá tomar contacto con los servicios respectivos de modo de ubicar correctamente dichas canalizaciones. Si por cualquier causa la zanja resulta más profunda de lo necesario, el exceso se deberá rellenar con suelo hormigón conformado por una mezcla de grava arenosa, tamaño máximo 3" con cemento en dosis de 127,5 kg cem/m3.
Se establece que no habrá clasificación de los materiales, los que serán considerados en su totalidad como material común de acuerdo a la clasificación contenida en la ETG “Movimiento de Tierras”, contenidas en Anexo adjunto. Los anchos en la base de las zanjas serán los siguientes :
a) - φ int. < 700 mm; ancho = φ ext. + 0,50 m De acuerdo al método de excavación, al diseño de la entibación o necesidad de manipulación de tubos, el contratista podrá aumentar el ancho de la zanja bajo su cargo y con el visto bueno de la ITO, sin embargo deberá respetar estrictamente los anchos indicados anteriormente desde una altura de 0,30 m sobre el diámetro exterior vertical de la tubería hasta el fondo de la zanja. Cualquier sobre ancho de la excavación por debajo de esta altura obligará al contratista a revisar el cálculo estructural de la tubería. Deberá presentar la revisión a la ITO. Si la naturaleza de las uniones lo hace necesario, se excavarán nichos para facilitar la realización de éstas en el fondo de la zanja y eventualmente en las paredes.
b) Ejemplo : Zanja tipo en material morrénico
En este caso, la zanja propuesta tendrá un ancho que es función del diámetro exterior del colector (D ext,), la distancia entre éste y la pared, y la profundidad de la zanja, como se indica en Plano PTOC – 10.03 L 2/2, del estándar de Redes de Alcantarillado. La secuencia constructiva es la siguiente que se propone para este tipo de zanja es el siguiente :
• Excavación del relleno superior arcilloso con talud a 3:2 (V:H).
• Continuar la excavación en suelo gravo-arenoso-arcilloso natural, con talud 15:1 (V:H), rematando la parte final de 0,20 a 0,30 m a mano.
• En caso que se produzcan desmoronamientos en el sector adyacente a la zanja durante las faenas de excavación, se deberá excavar todo el material inestable hasta conformar una plataforma horizontal, la cual posteriormente se rellenará con grava arenosa TM 3", colocada por capas de no más de 30 cm de espesor suelto y compactada hasta alcanzar una densidad mínima del 85% del Proctor Modificado o su equivalente en Densidad Relativa.
6.4.2 Camas de Apoyo
Todos los tubos se instalarán sobre una cama de apoyo según el detalle de los planos PTOC – 10.04 L1/2 y L2/2, del estándar de Redes de Alcantarillado, y lo que se indica a continuación. Esta cama deberá tener las cotas y pendientes adecuadas para que la tubería instalada cumpla estrictamente con los valores del proyecto.
a) Apoyo Tipo A
Consiste en una cama de hormigón tipo H-15 con una dosis mínima de 255 kg cem/m3 de las dimensiones, espesores y ángulos de apoyo definidos en el plano. Un ángulo de 120º indica una base que alcanza hasta la cuarta parte del diámetro exterior; un ángulo de 180º indica una base hasta la mitad del tubo y un ángulo de 360° indica un dado que envuelve completamente la tubería.
En caso de tuberías con extremos para emboquillar con mortero, en la cama de apoyo deberá dejarse un pequeño nicho para el emboquillado de los tubos.
En la base de apoyo del tubo, podrá dejarse una superficie plana o una pequeña
concavidad con una curvatura con radio mayor que el radio exterior de la tubería, la cual se rellenará al momento de la instalación de la tubería con mortero fluido de 425 Kg cem/m3, el cual debe ser desplazado por el peso propio del tubo.
Después de construida la parte inferior de la cama, deberá esperarse al menos 7
días antes de poner los tubos, salvo indicación contraria de la ITO. b) Apoyo Tipo B
Consiste en una cama de apoyo de material granular que puede brindar al tubo un
ángulo de apoyo de 90° ó 120° y se extiende al ancho de toda la zanja de acuerdo al detalle y dimensiones mostrados en los planos.
El material de apoyo consistirá en piedra chancada ó gravilla redondeada
con un 95% de sus tamaños comprendidos entre 5 mm (malla N° 4) y 19 mm (malla 3/4"), y deberá ser compactada con placa vibradora.
6.4.3 Rellenos Compactados
Una vez efectuadas las pruebas de las tuberías, se procederá al relleno sobre ésta considerando lo indicado en las ETG contenidas en el Anexo, si no se contrapone con lo que se indica a continuación (ver plano PTOC – 10.05 del estándar de Redes de Alcantarillado). La secuencia propuesta implicará instruir a los operadores sobre el fin que se persigue de proteger la tubería. Los rellenos se harán de manera de conservar la condición de zanja perfecta, sin exagerar la compactación sobre la parte superior del tubo.
a) Relleno Tipo 1 Sobre la cama de apoyo, y a los costados del tubo, el relleno será de material seleccionado según las ETG de este informe, tamaño máximo 2", colocado en capas de 0,15 m de espesor máximo suelto con apisonado adecuado hasta lograr sobre un 85% de la densidad Proctor Modificado y con avance equilibrado a ambos lados de la cañería, hasta cubrir con una altura de relleno equivalente a un diámetro exterior, la parte superior del tubo.
b) Relleno Tipo 2 Sobre la tubería y entre las columnas compactadas de relleno Tipo 1 se colocará un relleno seleccionado suelto, tamaño máximo 2" por capas de 0,15 m de espesor máximo suelto, hasta llegar al mismo nivel del relleno Tipo 1.
c) Relleno Tipo 3 Sobre los rellenos anteriores, el relleno será con suelo común proveniente de la excavación ó de empréstitos, libre de basuras, escombros, materia
orgánica, piedras grandes, el tamaño máximo será 3" y grado de compactación sobre 90% de la densidad Proctor Modificado, colocado por capas de 0,30 m de espesor máximo suelto hasta llegar a 1,0 m bajo la subrasante en sectores con tránsito de vehículos. En sectores que no hay tránsito de vehículos, se llegará hasta la superficie del terreno.
d) Relleno Tipo 4 En sectores que presentan tránsito de vehículos, en el metro final antes del nivel de la subrasante del pavimento definitivo, el relleno será con suelo común proveniente de la excavación ó de empréstitos, libres de basuras, escombros, piedras mayores a φ 3", aplicado por capas de 0,30 m de espesor máximo suelto y compactadas a un valor mínimo de 95% de la densidad Proctor Modificado. El relleno en torno a estructuras, será solamente del tipo 3 y/o 4 especificado para la segunda y tercera zona de los rellenos sobre tuberías, dependiendo de si la ubicación de ésta queda en sectores pavimentados ó no. El contratista bajo su cargo, deberá presentar y cumplir su programa de control de la calidad de la ejecución del relleno, el cual deberá ser aprobado por la ITO, independiente del control que estipulan las ETG, que realiza la ITO y que también son de cargo del contratista. El contratista deberá definir el plan del relleno para que eventuales aguas de escurrimiento superficial no alteren la calidad del relleno en ejecución. Todos los materiales de relleno, deberán contar con la aprobación de la ITO antes de su colocación.
6.4.4 Retiro de Excedentes. El material sobrante de las excavaciones, así como el material desechado como material de relleno, trozos de pavimentos, piedras grandes y otros materiales, serán retirados por el contratista y trasladados a botaderos autorizados, elegidos por éste y con el visto bueno de la ITO.
Deberá cumplirse con lo indicado en las ETG. El volumen de excedentes se ha estimado como el 20% del volumen excavado más el 110% del volumen desplazado por las instalaciones.
6.4.5 Soluciones Constructivas Especiales. En este capítulo se consideran algunas soluciones constructivas especiales que corresponde realizar debido a la construcción de colectores y sus obras anexas.
6.4.5.1 Cruce de pequeños cauces
Se consideran dentro de esta categoría canales pequeños y acequias entubadas con tubería en mal estado que tienen aguas de riego permanentemente. La solución para pequeños cauces consiste en encauzar las aguas a través de un caño de acero autosoportante, según se indica en la figura del Plano PTOC–10.06 del estándar de Redes de Alcantarillado. Una vez construido el colector y efectuado los rellenos, se procederá a reponer el cauce (entubado o no) en las mismas condiciones que tenía originalmente.
6.4.5.2 Cruces bajo colectores de φ ≤ 500 mm en servicio.
Esta especificación se refiere a las obras a realizar para mantener los colectores existentes de diámetro menor o igual a 500 mm en funcionamiento ( plano PTOC – 10.07) del estándar de Redes de Alcantarillado. Para colectores de estos tamaños, se deberá instalar un sistema de sujeción en base a vigas metálicas a nivel de terreno, que permitan colgar mediante tensores de acero y dado de hormigón la tubería existente, tal como se muestra en plano indicado.
La colocación de las vigas, soportes y sus tensores se deberá ejecutar por etapas de modo de no producir asentamientos ni corrimientos en la cañería. En primer lugar, se excavará hasta el nivel de fundación de la cañería instalando las vigas, soportes y tensores (3 mínimo por tubo). La disposición de estos deberá estudiarse para cada caso en particular, de tal forma de repartir convenientemente los esfuerzos y así poder asegurar su estabilidad. Una vez cumplida esta etapa se procederá a efectuar la excavación bajo su cota de radier para posteriormente hormigonar el dado de refuerzo. La viga de la figura deberá ser dimensionada para cada caso de atravieso y en su situación de luz más desfavorable, considerando el peso del dado de refuerzo para cada caso en particular. Los dados de refuerzo serán de hormigón INN H-15 (Dosis mínima 255 Kg cem/m3) Se incluyen sobreexcavaciones, rellenos compactados, rellenos de suelo cemento, dado de refuerzo, eventuales agotamientos y reparaciones. La viga de sostenimiento, se podrá reutilizar en otras situaciones menos exigentes.
6.4.6 Cruce Bajo otras Matrices Existentes de Agua Potable. El presente capítulo contiene las especificaciones técnicas conforme a las cuales deberán ejecutarse las protecciones requeridas en las redes de agua existentes para permitir la construcción de otra matrices y de todas sus obras anexas. El Contratista deberá ceñirse estrictamente a los procedimientos aquí establecidos a objeto de lograr una adecuada coordinación con el Depto. Distribución, propietaria de todos los ductos existentes en la faja en la cual se construirán las obras ya descritas, y cumplir, dentro de los plazos, con la ejecución de todas las obras involucradas. El Contratista deberá asumir la responsabilidad completa por la ejecución de todos sus trabajos. La información respecto de la ubicación y características de las redes existentes de agua potable está contenida en los planos del proyecto y estará
basada fundamentalmente en los antecedentes proporcionados y en los catastros complementarios efectuados por el Consultor en terreno. Todas las obras de protección requeridas en la red de agua deberán ser efectuadas con anterioridad al inicio de las excavaciones de la matriz a objeto de evitar los riesgos y/o peligros que conlleva la rotura de las matrices existentes. El Contratista de las obras el responsable de ejecutar las siguientes labores y obras:
- Actualizar el catastro incluido como parte de este proyecto, con las canalizaciones de agua potable construidas con posterioridad a la fecha de presentación de éste.
- Ejecutar la sustentación de todas las matrices indicadas de acuerdo
con el detalle del plano PTOC 10.10 del estándar de Redes de Alcantarillado.
- Una vez construido el colector, ejecutar el refuerzo bajo el ducto de
acuerdo con el detalle del plano PTOC 10.10 del estándar de Redes de Alcantarillado.
El detalle de sustentación de las canalizaciones incluido en el plano corresponde a una solución típica, debiendo el Contratista de acuerdo a cualquier situación especial que pudiese producirse. Dicho diseño modificado deberá contar, previo a su construcción, con la aprobación de la Inspección Técnica de la Obra. La viga deberá ser adecuada para cada atravieso, considerando la situación más desfavorable. El Contratista será el único responsable de cualquier daño causado a las canalizaciones, debiendo cancelar los gastos derivados de las reparaciones que se originen y cancelar las eventuales indemnizaciones exigidas por la interrupción del Servicio.
En estos trabajos se incluyen sobre excavaciones, rellenos, refuerzos, eventuales agotamientos, reparaciones, etc. El relleno compactado entre la nueva cañería de Aguas Potable y el radier de la tubería de agua potable existente, deberá interrumpirse a 0,30 m bajo este último y en un ancho igual al diámetro exterior de la tubería de agua más 0,20 m a cada lado. Esta pequeña zanja se deberá rellenar con suelo-hormigón seleccionado de 3 sacos cem/m3 y agregado tamaño máximo φ 1/2", hasta la mitad de la tubería de agua.
ÍNDICE Capítulo 7 7 ASEGURAMIENTO DE CALIDAD .......................................................................................................7-1
7.1 GENERALIDADES......................................................................................................................................7-1 7.2 FORMA DE ASEGURAR LA CALIDAD DE LOS MATERIALES EMPLEADOS ...................................................7-1
7.2.1 General...........................................................................................................................................7-1 7.2.2 Aseguramiento de la calidad para la conducción de fluidos a presión para tubos de PVC (Cloruro de Vinilo) rígido...........................................................................................................................................7-1 7.2.3 Aseguramiento de la calidad para tubos de Asbesto - cemento para conducción de fluidos a presión . .......................................................................................................................................................7-9
7.3 ENSAYOS NECESAROS PARA LA RECEPCION DE LA OBRA ......................................................................7-20 7.3.1 Tuberías de Asbesto Cemento.......................................................................................................7-20 7.3.2 Tuberías de Acero.........................................................................................................................7-21
7.4 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN ...................................................................................................................7-22 7.4.1 Introducción .................................................................................................................................7-22 7.4.2 Clasificación de defectos y defectuosos........................................................................................7-23 7.4.3 Porcentaje de defectuosos y número de defectos por cien unidades. ..........................................7-25 7.4.4 Nivel de calidad aceptable (AQL). ...............................................................................................7-25 7.4.5 Presentación del producto............................................................................................................7-26 7.4.6 Aceptación y rechazo....................................................................................................................7-26 7.4.7 Extracción de muestras ................................................................................................................7-27 7.4.8 Inspección normal, rigurosa y reducida.......................................................................................7-28 7.4.9 Cambios de procedimientos..........................................................................................................7-28 7.4.10 Planes de muestreo ..................................................................................................................7-29 7.4.11 Determinación de la aceptabilidad. .........................................................................................7-30 7.4.12 Información Suplementaria......................................................................................................7-31
7.5 SEGUIMIENTOS DE CALIDAD. .................................................................................................................7-33 7.5.1 Elaboración de la Ficha ...............................................................................................................7-33 7.5.2 Seguimiento de Calidad a Materiales...........................................................................................7-37
7 ASEGURAMIENTO DE CALIDAD 7.1 Generalidades Este capítulo trata de las actividades de Aseguramiento de Calidad tanto de materiales como de redes. Para asegurar los materiales, la mejor forma de hacerlo es remitirse a la normativa vigente respecto de la normalización de productos y hacer cumplir dichas especificaciones, haciendo uso de las metodologías de control de calidad. También se definen los criterios de aceptación para los diferentes materiales. Otro aspecto relevante dice relación con las inspecciones que se deben realizar a la obras. El punto 7.3 trata de este tema, dando especial relevancia a la pruebas hidráulicas de las redes, también utilizando las normas nacionales existentes. Finalmente, en el punto de seguimiento de calidad, la filosofía que se persigue es conseguir llevar una historia de las redes, a medida que se vaya siguiendo el sistema propuesto. 7.2 Forma de Asegurar la Calidad de los Materiales Empleados
7.2.1 General En este punto se estudiará la serie de protocolos, requisitos, ensayos y pruebas que se le realizan a los distintos tipos de materiales empleados en las obras. En la mayoría de los materiales que se usan en Chile están regidas por las normas que entrega el Instituto Nacional de Normalización (I.N.N.). En lo que sigue se mostrará en forma resumida los requisitos mínimos que deben cumplir los distintos materiales bajo ciertas condiciones.
7.2.2 Aseguramiento de la calidad para la conducción de fluidos a presión para tubos de PVC (Cloruro de Vinilo) rígido.
7.2.2.1 Introducción. Esta norma se estudió para establecer los requisitos mínimos exigibles a tubos de PVC rígido para la conducción de fluidos a presión. Esta norma concuerda en parte con la norma DIN8061-74 Rohre aus PVC hart-allgemeine Güteanforderungen Prüfung.
Esta norma se aplica a los tubos de PVC rígido que se usan en el transporte de agua potable y otros fluidos no agresivos al material, a temperaturas inferiores a 60° C. y a presión nominal menor o igual que 1.6 MPa. 7.2.2.2 Clasificación de los tubos de PVC.
a) Según su uso. Tipo I: Uso general. Tipo II: Para agua potable o productos alimenticios. Tipo III: Para gas.
b) Según su presión nominal de trabajo.
Presión nominal de trabajoClase Mpa Kgf/cm2
4 0,4 46 0,6 6
10 1 1016 1,6 10
Tabla 1
Nota: Esta tabla es válida para la conducción de agua a una temperatura de 20°C
durante un período de 50 años. 7.2.2.3 Materiales. Los tubos de PVC se deben fabricar exentos de plastificantes y cargas; pero pueden contener lubricantes, pigmentos, estabilizantes y antioxidante. Ninguno de estos aditivos debe usarse en cantidades tales que constituyan peligro de toxicidad (tubos tipo II) o que altere las propiedades físicas y/o mecánicas del tubo terminado. El PVC usado en la fabricación de tubos debe tener una densidad entre 1.36 y 1.40 grs/cm3 , ambas inclusive. 7.2.2.4 Aspecto superficial
a) Los tubos de PVC deben ser rectos. b) Las superficies deben ser lisas, limpias y exentas de pliegues,
ondulaciones, porosidades y grietas. c) Los cortes deben ser rectos y libres de rebanadas.
7.2.2.4.1 Colores. d) Los tubos tipo I pueden ser de cualquier color , distinto a los de tipo II y
III. e) Los tubos tipo II deben ser de color homogéneo celeste. f) Los tubos tipo III deben ser de color homogéneo amarillo.
7.2.2.5 Dimensiones y tolerancias.
a) Los diámetros nominales de los tubos de PVC rígido , obtenidos de acuerdo a la NCh 397 se indican en la tabla 2.
b) El largo útil de los tubos es de 6 m. c) En el caso que los tubos presentan enchufe, este deberá tener las
dimensiones especificadas en la NCh 172.
Diámetro Diámetro Clase 4 Clase 6 Clase 10 Clase 16exterior exterior
nominal (de) medio (dm)63 63 - 1.9 3 4.775 75 1.8 2.2 3.6 5.690 90 1.8 2.7 4.3 6.7
110 110 2.2 3.2 5.3 8.2125 125 2.5 3.7 6 9.3140 140 2.8 4.1 6.7 10.4160 160 3.2 4.7 7.7 11.9180 180 3.6 5.3 8.6 13.3200 200 4 5.9 9.6 14.7250 250 4.9 7.3 12 18.6315 315 6.2 9.2 15 23.4355 355 7 10.4 17 26.3400 400 7.9 11.7 19.1 29.7
Espesor de la Pared
Diámetros en mm. Tabla 2
7.2.2.6 Tolerancia
7.2.2.6.1 Para diámetro exterior medio. dm-de ≤ 0.3 mm. dm-de ≤ 0.003*de, aproximado al 0.1 mm inmediatamente superior. di-de ≤ 0.003*de, en cualquier punto. di-de≥ 0.5 mm. Para tubos cuya razón e/de es menor que 0.035, no se exige requisito.
7.2.2.6.2 Espesor de pared cualquier punto. La desviación admisible (ei-e) entre el espesor de la pared en cualquier punto (ei) y el espesor nominal (e) debe ser positiva y menor e igual a 0.1*e + 0.2mm, aproximado al 0.1 mm inmediatamente superior.
7.2.2.6.3 Longitud. La desviación admisible en el largo de los tubos es igual a ± 0.5% a 20°C. Las mediciones de dm, di y ei se efectúan de acuerdo a la norma NCh 1294.
7.2.2.6.4 Excentricidad.
La excentricidad de los tubos de PVC en una sección transversal cualquiera debe ser menor o igual al 12% al calcularse de acuerdo a: E(%)=(A-B)/A * 100 En que A y B son los espesores máximos y mínimos respectivamente, medidos en una sección transversal cualquiera. 7.2.2.7 Características físicas, químicas y mecánicas. Los tubos tipo I,II,III, deben cumplir los requisitos que se indican a continuación:
7.2.2.7.1 Resistencia a la presión hidrostática interior Los tubos de PVC rígido deben resistir un ensayo de presión hidrostática interior sin romperse, agitarse, deformarse notoriamente o evidenciar pérdidas. El ensayo se efectúa según la norma NCh 814 en las condiciones indicadas en la tabla 3.
Tensión m ecánica inducidaEnsayo T em peratura T iem po M Pa Kgf/cm 2
de ensayo de ensayo h1 20 1 42 4202 60 1 17 1703 60 100 12 1204 60 1000 10 100
Tabla 3
La presión hidrostática de ensayo que se aplica para obtener la tensión mecánica inducida que se indica en la tabla 3 se calcula de acuerdo a la fórmula:
P=2*e*σ/(de-e)
P= presión hidrostática de ensayo, en megapascal (o Kgf/cm2). E= Espesor d la pared del tubo en mm. σ= Tensión mecánica inducida, en megapascal (o Kgf/cm2). de= Diámetro exterior nominal en mm.
7.2.2.7.2 Resistencia al aplastamiento. Los tubos de PVC rígido deben resistir un ensayo de aplastamiento hasta 0.4 veces el diámetro exterior sin evidenciar a simple vista trizaduras, grietas o roturas. La norma NCh 815 efectúa el siguiente procedimiento:
a) Aplastar transversalmente la probeta entre las placas de la prensa hasta que la distancia entre ellas equivalente a 0.4 veces el diámetro exterior del tubo.
b) Controlar la velocidad de carga de tal modo de completar la compresión en un
tiempo entre 2 minutos y 5 minutos a una temperatura de ensayo de 20°C±2°C.
c) Las placas tendrán un lado de al menos 60 mm y el otro tendrá una
dimensión, al menos, igual al diámetro de la probeta a ensayar.
d) Liberar de carga la probeta una vez alcanzada las dimensiones del ensayo. e) La probeta será una sección de tubo de 50mm±10mm de longitud. En resumen el ensayo consiste en determinar la resistencia al impacto de los
tubos de PVC rígido mediante la caída libre de un percusor de forma y masa preestablecida, desde una altura determinada. El ensayo se efectúa a 0°C.
Carga dinámicade
impactoDiámetro nominal mm Carga dinámica Kg*m Peso Kg
63 0.65 1.575 0.75 1.590 0.9 1.5
110 1.1 1.5125 1.25 1.5140 1.4 1.5160 1.6 1.5180 1.8 1.5200 2 2250 2.5 2315 3.15 2355 3.55 2400 4 2450 4 2500 4 2
Tabla 4
7.2.2.8 Calidad de la extrusión
7.2.2.8.1 Resumen del método. El ensayo consiste en determinar la calidad de la extrusión de los tubos de PVC rígido mediante inmersión en acetona anhidra.
La acetona anhidra debe tener una densidad máxima de 0.7875 g/ml a 20°C
sacada con sulfato de calcio anhidro u otro deshidratante que pueda separar por filtración.
La probeta será una sección de un tubo de 50 mm ± 10mm de longitud. La temperatura de ensayo será de 20°C ± 2°C Se dejará en reposo durante 20 minutos después de este tiempo se debe sacar la probeta. Se examina la ausencia de abultamiento, descarcamiento o desintegración en todos las superficies visibles de la probeta. Absorción de agua Los tubos de PVC rígido pueden absorber una cantidad de agua menor o igual a 4mg/cm2 . 7.2.2.9 Contracción longitudinal por efecto del calor La variación longitudinal máxima en tubos de PVC rígido sometidos al ensayo de contracción por efecto del calor, debe ser menor o igual al 5%. El ensayo se realiza en las condiciones que se indican en la tabla 5:
Método Temper. °C Tiempo min Espesor nominal mmA 150 + 2 15 < 8
30 > 8B 150 + 2 60 < 8
120 >8< 16240 >16
Tabla 5 7.2.2.10 Requisitos de atoxicidad para tubos tipo II Los tubos de PVC tipo II, destinados a la conducción de agua potable o productos alimenticios, no deben transmitir a estas sustancias sabor, olor o color, ni incorporarles un contenido de elementos tóxicos mayor que los límites fijados en la tabla.
Elemento tóxico Contenido máximo (ppm) Método de ensayoPlomo 0.05 Nch 1801
Arsénico 0.05 Nch 425Cromo 0.05 Nch 1802Cadmio 0.01 Nch 1803
Dialquil Estaño C4 0.02 Nch 1804y homólogos superiores
(medidos como el Cadmio) 7.2.2.11 Certificación. La certificación de los tubos de PVC rígido puede efectuarse de acuerdo con una de las alternativas siguientes: a) Por lotes, conforme a planos de muestreo por atributos. b) Por controles siguiendo las disposiciones reglamentarias vigentes. Se entiende por lotes el conjunto de tubos del mismo material, de la misma clase, y de las mismas dimensiones que, por efectos de inspección, aceptación y rechazo forman un conjunto homogéneo. Para la aceptación o rechazo de los lotes se siguen los criterios indicados en la NCh 44 según acuerdo entre fabricante y comprador. Las muestras se deben extraer al azar según la NCh 43. 7.2.2.12 Marcado. Los tubos deben marcarse a intervalos no mayores de 3 m, en forma legible e indeleble, sin alterar el buen uso del tubo. La marca debe incluir, en el siguiente orden:
a) El nombre del fabricante o su marca registrada.
b) El símbolo PVC-I en los tubos tipo I, PVC-PRESIÓN en los tubos tipo II y PVC GAS en los tubos tipo III.
c) El diámetro exterior nominal, en milímetros.
d) La clase del tubo, el mes y el año de fabricación.
7.2.3 Aseguramiento de la calidad para tubos de Asbesto - cemento para conducción de fluidos a presión.
7.2.3.1 Introducción. El siguiente punto trata de un resumen de la norma chilena 191 (NCh191), esta norma se estudió para establecer los requisitos mínimos exigibles a tubos de de asbesto - cemento para conducción de fluidos a presión de agua potable y otros fluidos no agresivos al asbesto - cemento. 7.2.3.2 Terminología.
7.2.3.2.1 Tubo de asbesto - cemento Cilindro hueco elaborado a partir de una mezcla íntima y homogénea de fibras de asbesto, o de asbesto mezclado con otras fibras, cemento y agua, con o sin adición de sílice.
7.2.3.2.2 Unión. Conjunto de dos o más piezas que constituyen un sistema de acoplamiento para tubos.
7.2.3.2.3 Unión montada. Conjunto de la unión y los tubos que une, colocados en condiciones normales de trabajo.
7.2.3.2.4 Presión de ensayo. Presión hidrostática a la que se somete un tubo con el objeto de comprobar su hermeticidad.
7.2.3.2.5 Diámetro interno nominal (Di). Diámetro interno de designación del tubo sobre cuyo valor se aplican las tolerancias que se establecen en esta norma.
7.2.3.2.6 Longitud nominal (L).
Longitud de designación del tubo sobre cuyo valor se aplican las tolerancias que se establecen en esta norma.
7.2.3.2.7 Espesor nominal (e). Espesor de designación del tubo sobre cuyo valor se aplican las tolerancias que se establecen esta norma. 7.2.3.3 Clasificación Los tubos se clasifican en 7 grados según se indica en la tabla1. 7.2.3.4 Fabricación y materiales.
7.2.3.4.1 Fabricación. Los tubos de asbesto - cemento deben fabricarse mediante cualquier procedimiento capaz de garantizar el cumplimiento de los requisitos establecidos en esta norma.
7.2.3.4.2 Materiales El cemento debe cumplir con la norma NCh 148 El agua debe cumplir con la norma NCh 409. El asbesto debe estar exento de cualquier materia susceptible de comprometer la permanencia de la calidad de los tubos. 7.2.3.5 Requisitos mecánicos.
7.2.3.5.1 Hermeticidad. El ensayo de hermeticidad debe efectuarse de acuerdo con la norma NCh 192. Cada tubo debe ensayarse en fábrica y resistir una presión hidrostática igual a la que se indica en la tabla 1, sin que se produzca filtraciones, exudaciones, rotura o cualquier otro defecto.
Tabla1 : Presiones para el ensayo de hermeticidad y presiones de trabajo.
Grado Mpa Kgf/cm2 Mpa Kgf/cm2AT 0.5 5 0.25 2.5AU 1 10 0.5 5AV 1.5 15 0.75 7.5AW 2 20 1 10AX 2.5 25 1.25 12.5AY 3 30 1.5 15AZ * * * *
Presión de ensayo Presión de trabajo
• La presión para el ensayo de hermeticidad y la presión de trabajo para
este grado deben establecerse por convenio previo entre comprador y productor o vendedor.
7.2.3.5.2 Resistencia a la presión hidrostática. El ensayo de resistencia a la presión hidrostática debe efectuarse de acuerdo con la NCh 192 . Los tubos que se someten a este ensayo deben resistir una presión igual o mayor que la indicada en la tabla 2. Tabla 2: Presiones para el ensayo de resistencia a la presión hidrostática.
Diámetro internonominal mm AT AU AV AW AX AY AZ
50 a 75 1 1.95 2.95 3.9 4.9 5.9 *100 a 200 0.85 1.7 2.6 3.45 4.3 5.15 *250 a 500 0.75 1.5 2.2 2.95 3.7 4.4 *600 a 1000 0.75 1.5 1.85 2.45 3.05 3.7 -
Presiones para cada grado
* La presión para este grado debe establecerse por convenio previo entre comprador y productor o vendedor
7.2.3.6 Requisitos mecánicos operativos. Por acuerdo previo entre comprador y productor pueden especificarse uno o ambos de los requisitos siguientes:
7.2.3.6.1 Resistencia a la flexión . El ensayo de resistencia a la flexión debe efectuarse de acuerdo con la NCh 1181. Este ensayo es aplicable solamente a tubos de diámetro nominal igual o menor que 150 mm. Los tubos que se someten a este ensayo deben resistir una carga igual o mayor que la indicada en la taba 3. Tabla 3: Cargas para el ensayo de resistencia a la flexión: Diámetro interno
nominal mm AT AU AV AW AX AY50 0.9 1 1 1 1 175 1.8 2.1 2.1 2.1 2.3 2.8
100 3.1 3.6 3.6 4.3 5.3 6.5125 4.8 5.6 5.6 7.1 8.9 10.9150 6.8 8 9 12.1 15.2 18.5
Cargas para cada grado , KN **
** De acuerdo a la norma NCh 22, 1 Kgf=0.00980665 KN; para los efectos de esta norma 1Kgf≈0.001 KN.
7.2.3.6.2 Resistencia al aplastamiento. El ensayo de resistencia al aplastamiento debe efectuarse de acuerdo con la NCh 1182. Los tubos que se someten a este ensayo deben resistir una carga igual o mayor que la indicada en la tabla 4.
Tabla 4: Cargas para el ensayo de resistencia al aplastamiento.
Diámetro interno Cargas para cada grado, KN/m **nominal mm AT AU AV AW AX AY
50 59.5 66 66 66 66 6675 41.5 46.5 46.5 46.5 53.5 73.5
100 32 35.5 35.5 46.5 68.5 93.5125 26 29 29 44 66 90.5150 22 24.5 31 52 77 106.5175 19 21 35.5 59 88 122200 19.5 21.5 43 70 103.5 143250 17.5 19.5 39 64.5 95.5 133300 21.5 24 47.5 78.5 116.5 161.5350 24.5 27 54 89.5 133.5 185400 26.5 29.5 60 72 100.5 150450 29 32.5 66 77.5 110 167500 31.5 35.5 72.5 83.5 122 184600 36.5 40.5 85 91 144 217700 41.5 46 97 107 166 250800 47 52 109.5 123 187 284900 52 57.5 122 139 209 317.51000 56.5 63 134.5 155 231 351
7.2.3.7 Requisitos de formas y dimensiones.
7.2.3.7.1 Presentación y terminación. La superficie interna de los tubos debe ser lisa y regular, los tubos no deben presentar irregularidades que afecten a las dimensiones más allá de las tolerancias especificadas en la presente norma. El plano de los extremos del tubo debe ser normal a su eje longitudinal, la forma de los extremos del tubo debe ser especificada por el productor según el tipo de unión empleada.
7.2.3.7.2 Espesores. Deben cumplir con los espesores nominales (e) especificados por el productor, con las tolerancias que se indican en la tabla 5.
Tabla 5: Tolerancia en el espesor
Espesor, e Desviación admisiblemm mm
Hasta 10 -1.5Sobre 10 y hasta 20 -2Sobre 20 y hasta 30 -2.5Sobre 30 y hasta 60 -3Sobre 60 y hasta 90 -3.5
sobre 90 -4
En anexo 7.2.3.17, se indican los espesores vigentes actualmente. En caso de modificar cualquiera de estas dimensiones, el productor debe informar oportunamente al INN y usuarios y debe disponer de los accesorios necesarios (uniones adaptadoras) para la mantención de las redes existentes.
7.2.3.7.3 Diámetros internos. Deben cumplir con los diámetros internos nominales (Di) y con las tolerancias que se indican en la tabla 6.
7.2.3.7.4 Longitudes. Deben cumplir con la serie de longitudes nominales (L), con las siguientes y con la tolerancia que se indica en la tabla 6: 3m-4m-5m-6m. Se debe aceptar hasta un 20% del total de tubos de una partida de longitud inferior a la especificada, siempre que el mayor número de uniones que se requieran sean de cargo del productor o vendedor.
Tabla 6: Tolerancias en el diámetro interno y la longitud.
Diámetro interno Desviaciones admisiblesnominal mm Diámetro interno Longitud
mm %50 -3.5
75 y 100 -4125 y 150 -4.5175 y 200 -5
250 -5.5300 -6350 -6.5 -0.6L400 -7450 -7.5500 -8600 -9700 -10800 -11900 -121000 -13
7.2.3.8 Requisito operativo de forma: Rectitud. Este requisito puede especificarse por acuerdo previo entre comprador y productor. La determinación de la rectitud debe efectuarse de acuerdo con el procedimiento siguiente:
- Hacer rodar el tubo sobre dos apoyos paralelos, distantes los dos tercios de longitud nominal (l) del tubo y;
- Medir y registrar la desviación de la rectitud (j) en la superficie externa , al
centro de los apoyos, aproximando al milímetro. - Los tubos que se someten a esta determinación deben tener una
desviación de la rectitud (j) igual o menor que la indicada en la tabla 6.
Tabla 6: Tolerancia en la rectitud.
Diámetro interno Desviación admisible, j
nominal mm mm50 a 75 6.5 L
100 a 200 4.5L250 a 500 3.5L600 a 1000 2.5L
Nota: L es la longitud nominal del tubo, en metros. 7.2.3.9 Accesorios. Las uniones y accesorios de derivación, sean de asbesto-cemento o fierro fundido, deben ser suministrados por el productor en su totalidad, con sus correspondientes componentes. Sus dimensiones deben ser las que fijan las fábricas como las más convenientes para un buen ajuste con los tubos. 7.2.3.10 Marcas. Cada tubo debe llevar estampadas en forma indeleble las indicaciones siguientes:
- Marca del fabricante; - Fecha de fabricación; - Dimensión; y - Grado según esta norma (tabla 1)
7.2.3.11 Recepción La recepción de los tubos se debe efectuar de acuerdo con una de las alternativas siguientes: Por lotes, conforme a planes de muestreo por atributos o por variables y por control durante el proceso de fabricación. Se considera lote al conjunto de tubos del mismo diámetro interno nominal y del mismo grado que, para efectos de inspección, aceptación y rechazo se presentan como conjunto unitario. La recepción de tubos por lotes se debe efectuar de acuerdo a convenios establecidos entre comprador y productor , conforme a los planes de muestreo y a los criterios que se especifican en la norma NCh 44 cuando se haga por atributos y en la norma NCh 1208 cuando se haga por variables.
Los planes de muestreo que se adopten, sea por atributos por variables, deben definir los niveles de calidad, los criterios de aceptación y rechazo y los procedimientos de reinspección, si procediera. La recepción de los tubos se debe efectuar por control durante el proceso de fabricación cuando corresponda a una certificación permanente de producción, o una marca de conformidad con norma si, a juicio de la entidad de certificación calificada para ejercer este control, el sistema de control de calidad del productor garantiza esta alternativa. 7.2.3.12 Extracción de muestras.
7.2.3.12.1 Procedimiento. Las muestras para inspección y ensayos que resulten de los planes de muestreo según lo indicado anteriormente. Se deben tomar en fábrica y se deben elegir al azar, de acuerdo con la NCh 43. Las muestras que se seleccionan deben ser tubos enteros representativos de cada lote.
7.2.3.12.2 Identificación de las muestras. Las muestras seleccionadas deben marcarse en seguida de modo que puedan ser identificadas fácilmente en cualquier momento. Se debe usar un proceso de grabado superficial indeleble que no altere el tamaño ni la estructura física o química de los tubos.
7.2.3.12.3 Selección de muestras. Las muestras para ensayos de presión hidrostática resistencia de aplastamiento, comprobación de formas y dimensiones se deben elegir según lo establecido en la norma NCh 44. Las muestras para ensayo a la flexión se deben elegir según la norma NCh 44, el ensayo de hermeticidad se debe efectuar en todas las unidades del lote. 7.2.3.13 Ensayos. Los ensayos deben efectuarse después de 28 días de fabricados los tubos. A solicitud del productor los ensayos pueden efectuarse antes de los 28 días de fabricados los tubos. En este caso, si la primera muestra no cumpliera con alguna de las
especificaciones de esta norma, se debe extraer una segunda muestra y los ensayos se deben realizar después de transcurridos los 28 días. 7.2.3.14 Inspección. El comprador puede enviar un inspector a la planta del productor, quien le debe facilitar libre acceso a la sección de inspección y ensayos de la tubería. Por acuerdo previo entre productor y productor, todo el control requerido para la recepción del material se debe hacer en conjunto con el productor, en el lugar mismo de fabricación de tal modo que en ningún caso se interfiera innecesariamente con los procesos de producción y despacho. Por acuerdo previo entre comprador y productor la recepción que se indica en el párrafo anterior de esta norma puede hacerse por el comprador por sí o por una entidad de certificación calificada. 7.2.3.15 Aceptación y rechazo. La aceptación de los lotes sometidos a inspección procede cuando el número de tubos defectuosos esté dentro de los límites fijados conforme al plan de muestreo y al nivel de inspección establecidos según la norma NCh 44 y a los niveles de calidad aceptable AQL siguientes: Presión hidrostática, resistencia a la flexión, resistencia al aplastamiento: AQL = 2.5 Comprobación de dimensiones y terminación: AQL = 4.0. Se debe rechazar un lote sometido a inspección o reinspección para ensayos si excede el número de defectuosos que indique el plan de muestreo según la norma NCh 44. Se debe rechazar cada uno de los tubos que no cumplan con los requisitos de hermeticidad que se establecen en 7.2.3.6.1. 7.2.3.16 Reinspección. Si se establece reinspección según la NCh 44 de esta norma se debe proceder de la siguiente forma: El productor debe hacer una selección, en los lotes tubos rechazados, separando aquellas unidades aparentemente aceptables y formando nuevos lotes con ellos. Estos nuevos lotes deben someterse a una nueva extracción de muestreo según la NCh 44 y a los ensayos que hubieren fallado en la primera inspección, aplicándose los mismos AQL
indicados anteriormente y si son rechazados por segunda vez, los lotes los lotes quedan rechazados definitivamente. 7.2.3.17 Anexo Este anexo sólo se inserta a título informativo. Espesores nominales de tubos de asbesto - cemento para conducción de fluidos a presión.
Diámetro interno Espesores nominales, e, mm nominal mm Clase AU Clase AV Clase AW
50 10 10 1075 10 10 10
100 10 10 12125 10 10 12150 10 11 14200 11 14 19250 12 15 20300 14 18 23350 15 21 27400 16 24 31450 18 26 35500 20 28 37600 24 34 40700 28 40 46800 32 45 52900 36 51 59
1000 40 56 65
Para el resto de los materiales, no existe norma chilena para asegurar su calidad. El consultor recomienda hacer uso de normas españolas para dichos materiales, (cítase el Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de abastecimiento de agua, del Ministerio de Fomento de España).
7.3 Ensayos Necesaros para la Recepcion de la Obra
7.3.1 Tuberías de Asbesto Cemento Previamente a la ejecución de las pruebas, el Contratista someterá a la aprobación del Inspector Jefe los siguientes antecedentes :
i. Metodología que utilizará para las pruebas. ii. Disposición de los diferentes elementos y registros de control iii. Nombre del encargado responsable de las pruebas iv. Sistema de registro de control a seguir durante las pruebas
PROTOCOLO DE EJECUCION DE LAS PRUEBAS
1. La ejecución de las pruebas de redes de agua potable se regirá por lo determinado en la Norma NCh 1360.
2. Se verificará que la presión de prueba no sea superior a la de las piezas especiales. Si
es superior se tomarán las medidas necesarias para no dañar las mismas. 3. La prueba comprenderá las tres etapas siguientes: a. Prueba preliminar: Comprenderá tramos completos con los rellenos
ejecutados parcialmente en toda la longitud del tramo, excepto en las uniones entre tubos.
b. Prueba final de tramo: Igual que la prueba preliminar, pero habiendo
efectuado los rellenos de todo el tramo, excepto en sus extremos. c. Prueba final de conjunto: Igual que la prueba final de tramo, pero uniendo
varios tramos sucesivos. 4. La longitud de los tramos, la presión, la duración y los criterios de aceptación
de las pruebas serán los indicados en la Norma NCh 1360. 5. La prueba se ejecutará de acuerdo con el siguiente procedimiento:
a) Si es posible se rellenará la tubería por la parte más baja. b) El gasto para llenar la tubería será cuatro a cinco veces menor que el normal
de ésta. c) Durante el llenado de la tubería se purgara el aire de esta.
d) Una vez llena la tubería, se mantendrá con una presión mínima por un periodo de 24 horas para permitir el escape del aire contenido en el agua.
e) Se colocará una llave de paso entre la tubería y la bomba de prueba.
f) En el punto más alto y más bajo se colocarán dos manómetros, uno instalado
por el Contratista y otro por la Inspección, los que deberán llevar sus correspondientes llaves de paso.
7.3.2 Tuberías de Acero
PROTOCOLO DE EJECUCION DE LAS PRUEBAS
1. La ejecución de las pruebas se regirá por lo estipulado en la Norma NCh
1360.
2. La prueba comprenderá las tres etapas siguientes: a) Prueba preliminar: Comprenderá tramos completos, con los rellenos
ejecutados parcialmente en toda la longitud del tramo, excepto en las uniones entre tubos.
b) Prueba final de tramo: Igual que la prueba preliminar, pero hablen do
efectuado los rellenos en todo el tramo, excepto en los extremos de éste. c) Prueba final de conjunto: Igual que la prueba final de tramo pero uniendo
varios tramos sucesivos. 3. La longitud de los tramos, la presión de prueba y los criterios de aceptación
serán los indicados en la Norma NCh 1350. 4. Previamente a la ejecución de las pruebas, el Contratista someterá a la
aprobación del Inspector Jefe los siguientes antecedentes: i) Metodología que utilizará para las pruebas. ii) Disposición de los diferentes elementos y registros de control. iii) Nombre de encargado de las pruebas 5. Los machones de anclaje deben estar construidos y con la resistencia
adecuada antes de iniciar la prueba.
6. Se verificará que la presión de prueba no sea superior a la de las piezas especiales. Si es superior se tomarán las medidas para no dañar las piezas especiales.
7. La prueba se ejecutará siguiendo el siguiente procedimiento: a) Si es posible se llenará la tubería por la parte más baja. b) El gasto para llenar la tubería será 4 a 5 veces menor que el normal de éste. c) Durante el llenado debe purgarse el aire.
d) Una vez llena la tubería, debe esperase 24 horas rara permitir el escape del
aire contenido en el agua.
e) Se colocará una llave de paso entre la tubería y la bomba de prueba. f) En el punto más bajo y en el más alto se colocaran dos manómetros, uno
instalado por el Contratista y otro por la Inspección, los que deberán llevar sus correspondientes llaves de paso.
g) Si durante la prueba se detectan filtraciones, las soldaduras afectadas deberán repararse según la norma chilena NCh 990 y luego se repetirá la prueba hidráulica, bajo las mismas condiciones aquí expuestas.
7.4 Criterios de Aceptación
Especificación de los criterios de aceptación o rechazo de la calidad de materiales empleados .
7.4.1 Introducción Estos criterios de aceptación o rechazo de la calidad de los materiales empleados se basa en la norma chilena oficial número 44 (NCh 44). Esta norma está muy determinada por los intereses de los productores como la de los clientes lo que hace que sea muy flexible. 7.4.1.1 Campo de aplicación Los planes de muestreo contenidos en esta norma son aplicables especialmente, entre otros, a la inspección de:
a) Productos terminados;
b) Componentes o materias primas ; c) Operaciones (etapas de producción); d) Materiales en proceso; e) Abastecimiento en bodega; f) Operaciones de mantención; g) Informaciones o registros; y h) Procedimientos administrativos.
7.4.1.2 Inspección Por inspección se entiende el conjunto de procedimientos de medición, verificación, ensayos, etc., que tienen por objeto “comparar” un individuo con las especificaciones. 7.4.1.3 Inspección por atributos La inspección por atributos es la inspección mediante la cual cada individuo es clasificado simplemente en defectuoso, o se cuenta el número de defectos por individuo, de acuerdo a una especificación determinada a un conjunto de especificaciones. 7.4.1.4 Individuo o unidad de producto. El término individuo o unidad de producto designa lo que, en la inspección , es objeto de una clasificación en defectuoso, o al que se le puede contar el número de defectos. Puede ser un objeto único, un par, un conjunto , una longitud, un área, una operación, un volumen, un componente de un producto terminado o el producto mismo terminado. El individuo puede ser o no , la unidad misma de compra , entrega, fabricación o despacho.
7.4.2 Clasificación de defectos y defectuosos
7.4.2.1 Método de la clasificación de defectos.
Una clasificación de defectos es la enumeración de los defectos posibles de un individuo, clasificados de acuerdo a su gravedad. Un defecto de un individuo es una falta de conformidad del individuo con los requisitos especificados. Los defectos se agrupan generalmente en una o más de las categorías siguientes; no obstante, los defectos pueden ser agrupados en otras categorías o subcategorías dentro de esas categorías.
7.4.2.1.1 Defecto crítico Un defecto crítico es un defecto que el buen juicio y la experiencia indican que puede dar por resultado condiciones peligrosas o riesgos de accidentes para los usuarios, personal de mantención o aquellos que dependan del individuo que lo presente o, un defecto que el buen juicio y la experiencia indican que puede impedir la realización de la función táctica de un producto final más importante.
7.4.2.1.2 Defecto mayor Un defecto mayor es un defecto, que sin ser crítico, puede dar por resultado una falla , o reducir en forma importante la posibilidad de uso del individuo para los fines a que está destinado.
7.4.2.1.3 Defecto menor Un defecto menor muestra una discordancia que no produce consecuencias apreciables en el uso o funcionamiento eficaz del individuo. 7.4.2.2 Método de clasificación de defectuosos. Un defectuoso es un individuo que presenta uno o varios defectos. Los defectuosos se clasifican generalmente como sigue:
7.4.2.2.1 Defectuoso crítico. Un defectuoso crítico contiene uno o varios defectos críticos; puede también contener defectos mayores y menores.
7.4.2.2.2 Defectuoso mayor. Un defectuoso mayor contiene uno o varios defectos mayores; también puede contener defectos menores, pero ningún defecto crítico.
7.4.2.2.3 Defectuoso menor. Un defectuoso menor contiene uno o varios defectos menores, pero no contiene ningún defecto crítico o mayor.
7.4.3 Porcentaje de defectuosos y número de defectos por cien unidades. 7.4.3.1 Expresión de no conformidad. El grado de no conformidad de un producto debe ser expresado ya sea en porcentaje de defectuosos o en un número de defectos por cien unidades. Porcentaje de defectuosos = (número de defectuosos/número de individuos inspeccionados)*100 Número de defectos por cien unidades = (número de defectos/número de individuos inspeccionados)*100
7.4.4 Nivel de calidad aceptable (AQL). 7.4.4.1 Uso El AQL se usa para identificar los planes de muestra. 7.4.4.2 Definición El AQL es el porcentaje máximo de defectuosos que, para los fines de inspección por muestreo, puede ser considerado satisfactorio como promedio del proceso. 7.4.4.3 Significado del AQL. El AQL es el valor establecido del porcentaje de defectuosos que el consumidor indica que deberán ser aceptados, en la mayoría de los casos, por el procedimiento de inspección empleado. Los planes de muestreo contenidos en esta norma se han establecido de tal manera que la probabilidad de aceptación depende del tamaño de la muestra , para un AQL determinado; esta probabilidad es generalmente mayor para las muestras de tamaño más grandes que para las muestras de tamaño más pequeño . El AQL por sí solo no determina la protección para el consumidor cuando se trata de lotes aislados, sino que indica más directamente lo que se podría esperar de la inspección de una serie de lotes. 7.4.4.4 Limitación El establecimiento de un AQL no implica que el proveedor tenga derecho a entregar, a sabiendas, unidades de productos defectuosas.
7.4.4.5 Especificación de AQL. El AQL que se use debe ser establecido en los contratos o por autoridad responsable. Se puede establecer diferentes AQL para grupos de defectos considerados colectivamente, y para cada defecto en particular. Se puede establecer un AQL para un grupo de defectos además de los AQL para los defectos individuales , o para subgrupos de defectos comprendidos en este grupo.
7.4.5 Presentación del producto. 7.4.5.1 Lote. El término “lote” significa “lote de inspección“, es decir, un conjunto de individuos del cual se debe extraer una muestra e inspeccionar para determinar su conformidad con los criterios de aceptación. 7.4.5.2 Formación de lotes. El producto debe ser reunido en lotes o sublotes identificables, o de cualquier otra manera que pueda ser establecida. Cada lote debe estar constituido, en lo posible, por individuos de un solo tipo, grado de calidad, clase, tamaño y composición, fabricados esencialmente bajo las mismas condiciones y en el mismo período de tiempo. 7.4.5.3 Tamaño del lote. El tamaño de un lote es el número de individuos que comprende el lote. 7.4.5.4 Presentación de lotes. La formación de los lotes, su tamaño y la forma en que cada lote debe ser presentado e identificado por el proveedor, debe ser especificado o aprobado por la autoridad responsable. Si es necesario, el proveedor debe proporcionar un espacio apropiado y adecuado para el almacenamiento de cada lote, los medios necesarios para la identificación y presentación correcta de los lotes y el personal necesario para todas las manipulaciones necesarias para extraer las muestras.
7.4.6 Aceptación y rechazo 7.4.6.1 Aceptabilidad de lotes La aceptabilidad de un lote será determinada por uno o varios planes de muestreo asociado a un AQL o varios AQL especificados.
7.4.6.2 Unidades defectuosas. Queda reservado el derecho a rechazar cualquier unidad de producto encontrada defectuosa durante la inspección, ya sea que esa unidad forme o no parte de la muestra o que el lote en conjunto sea aceptado o rechazado. Las unidades rechazadas pueden ser reparadas o corregidas para presentarlas a una nueva inspección con la aprobación de la autoridad responsable y en la forma especificada por ella. 7.4.6.3 Excepción especial para los defectos críticos. La autoridad responsable se reserva el derecho a inspeccionar, en relación con defectos críticos, cada unidad presentada por el proveedor y a rechazar el lote de inmediato, cuando se encuentra un defecto crítico. Igualmente se reserva el derecho de muestrear, en relación con defectos críticos, cada lote presentado por el proveedor y rechazar cualquier lote en que una muestra extraída de él presente uno o varios defectos críticos. 7.4.6.4 Presentación de lotes para reinspección Los lotes rechazados se deben presentar para reinspección solamente después que todas las unidades han sido reexaminadas o reensayadas y que todas las unidades defectuosas han sido eliminadas o se han corregido todos los defectos. La autoridad responsable debe decidir si para la nueva inspección se usa inspección normal o inspección rigurosa; también debe decidir si la nueva inspección se aplicará a toda clase o tipo de defectos o solamente al tipo o clase particular de defectos que causó el rechazo inicial.
7.4.7 Extracción de muestras 7.4.7.1 Muestra Una muestra está constituida por una o más unidades de producto extraídas de un lote; las unidades de la muestra son seleccionadas al azar sin tener en consideración su calidad. El número de unidades de producto en la muestra se denomina tamaño de la muestra. 7.4.7.2 Muestreo representativo. Cuando sea conveniente, el número de unidades de la muestra debe ser seleccionado proporcionalmente al tamaño de sublotes o partes de un lote identificados de acuerdo a un criterio racional. Cuando se use un muestreo representativo, las unidades se deben extraer al azar de cada parte del lote.
7.4.7.3 Cuando muestrear. Las muestras se pueden extraer después a que se han reunido todos los individuos que componen el lote, o bien se pueden extraer muestras durante la formación del lote. 7.4.7.4 Muestreo doble o múltiple En el caso que se use un muestreo doble o múltiple, cada muestra debe ser extraída del lote completo.
7.4.8 Inspección normal, rigurosa y reducida 7.4.8.1 Comienzo de la inspección Se debe usar inspección normal al comienzo de la inspección, a menos que la autoridad responsable estipule otra cosa. 7.4.8.2 Continuación de la inspección La inspección normal, rigurosa o reducida de lotes sucesivos, debe continuar sin variaciones para cada clase defectos o defectuosos, excepto cuando se deba efectuar un cambio de procedimiento de acuerdo a lo que se especifica a continuación.
7.4.9 Cambios de procedimientos 7.4.9.1 Inspección normal a rigurosa Cuando esté vigente una inspección normal, se debe establecer la inspección rigurosa cuando 2 de cada 5 lotes consecutivos hayan sido rechazados en la inspección original, sin considerar los lotes sometidos a reinspección. 7.4.9.2 Inspección rigurosa a normal Cuando esté vigente la inspección rigurosa, se debe establecer la inspección normal cuando 5 lotes consecutivos hayan sido considerados aceptables en la inspección original.
7.4.9.3 Inspección normal a reducida. Cuando esté vigente la inspección normal, se debe establecer la inspección reducida cuando se cumplan todas las condiciones siguientes:
a) Los 10 lotes precedentes hayan sido inspeccionados y ninguno de ellos haya sido rechazado en la inspección original;
b) Si se usa un muestreo doble o múltiple, se deben incluir no sólo la” primera
muestra” sino que todas las muestras inspeccionadas; c) La producción tiene un ritmo constante; y d) La autoridad responsable estima deseable la inspección reducida.
7.4.9.4 Inspección reducida a normal. Cuando está vigente la inspección reducida, se debe establecer la inspección normal cuando en la inspección original se presente cualquiera de las eventualidades siguientes:
a) Un lote es rechazado; o b) Un lote es considerado aceptable según lo indicado más adelante; y c) Otras condiciones que justifiquen el retorno a la inspección normal.
7.4.9.5 Suspención de la inspección En el caso de 10 lotes consecutivos (o cualquier otro número establecido por la autoridad responsable), sean objeto de inspección rigurosa, la inspección debe ser suspendida a la espera de medidas destinadas a mejorar la calidad del producto que se presenta a la inspección.
7.4.10 Planes de muestreo 7.4.10.1 Plan de muestreo Un plan de muestreo indica el número de unidades de producto que deben ser inspeccionados en cada lote (tamaño de muestra o serie de tamaños de muestras) y los criterios para determinar la aceptabilidad del lote (números de aceptación y rechazo).
7.4.10.2 Nivel de inspección El nivel de inspección determina la relación entre el tamaño del lote y el tamaño de la muestra, el nivel de inspección que se utiliza para cada requisito particular debe ser prescrito por la autoridad responsable.
7.4.11 Determinación de la aceptabilidad. 7.4.11.1 Inspección por porcentaje de defectuosos. Para determinar la aceptabilidad de un lote bajo inspección por porcentaje de defectuosos, el plan de muestreo aplicable debe ser usado siguiendo las especificaciones siguientes:
a) Plan de muestreo simple. Si el número de defectuosos encontrados en la muestra es igual o menor que el número de aceptación, el lote debe ser considerado como aceptable. Si el número de defectuosos es igual o mayor que el número de rechazo, el lote debe ser rechazado. b) Plan de muestreo doble. El número de unidades de muestras inspeccionados debe ser igual al tamaño de la primera muestra dado por el plan. Si el número de defectuosos encontrados en la primera muestra es igual o menor que el primer número de aceptación, el lote debe ser considerado como aceptable. Si el número de defectuosos encontrados en la primera muestra es igual o mayor que el primer número de rechazo, el lote debe ser rechazado. Si el número de defectuosos encontrados en la primera muestra está comprendido entre el primer número de aceptación y el número de rechazo, se debe inspeccionar una segunda muestra del tamaño dado por el plan. El número de defectuosos encontrados en la primera y en la segunda muestra debe ser acumulado. Si el número acumulado de defectuosos es igual o menor que el número de aceptación, el lote debe ser considerado como aceptable. Si el número acumulado de defectuosos es igual o mayor que el segundo número de rechazo, el lote debe ser rechazado. c) Plan de muestreo múltiple. En el muestreo múltiple, el procedimiento es similar al especificado en b) con la excepción que el número de muestras sucesivas necesarias para llegar a una decisión, puede ser mayor que dos.
d) Procedimiento especial para inspección reducida. En la inspección reducida, el procedimiento de muestreo puede terminarse sin haber encontrado un criterio de aceptación o de rechazo. e) Inspección por “ defectos por cien unidades”. Para determinar la aceptabilidad de un lote mediante la inspección de “defectos por cien unidades”, se debe usar el procedimiento especificado para la inspección de porcentaje de defectuosos antes indicado, con la excepción de que se debe sustituir la palabra “defectuosos” por “defectos”.
7.4.12 Información Suplementaria. 7.4.12.1 Promedio del proceso. El promedio del proceso es el porcentaje promedio de defectuosos o el número promedio de defectos por cien unidades (cualquiera que sea aplicable) del producto que sea presentado por el proveedor a la inspección original. 7.4.12.2 Calidad media de salida (AOQ). La AOQ es la calidad media del producto de salida incluyendo todos los lotes aceptados, más todos los lotes aceptados, más todos los lotes rechazados, después que todos los lotes rechazados han sido inspeccionados efectivamente en un 100 por ciento y todos los defectuosos, reemplazados por no defectuosos. 7.4.12.3 Límite de la calidad media de salida (AOQL). El AOQL es el AOQ máximo para todas las calidades de entrada posibles para un plan de muestreo de aceptación dado.
7.4.12.4 Calidad límite de protección Los planes de muestreo y los procedimientos correspondientes dados en esta norma fueron concebidos para usarse cuando las unidades de producto son producidas en series continuas de lotes durante un período de tiempo. Sin embargo, si el lote es de naturaleza aislada, es deseable limitar los planes de muestreo a aquellos que, para un valor establecido de AQL proporcionan una calidad límite de protección que no sea inferior a la especificada. Para este propósito se pueden seleccionar los planes de muestreo escogiendo una calidad límite (LQ) y un riesgo para el consumidor relacionado con ella. El concepto de LQ puede también ser de utilidad para establecer el AQL y los niveles de inspección para una serie de lotes, fijando así el tamaño mínimo de la muestra cuando exista alguna razón para impedir (con más de un riesgo dado para el consumidor) una proporción de defectuosos (o defectos) mayor a un límite fijado.
7.5 Seguimientos de Calidad. Seguimiento de Calidad de Redes y Materiales Para efectuar un seguimiento de la calidad de las redes, se propone el diseño de una ficha de control de fallas que tenga por objetivo recopilar los antecedentes de terreno para incorporarlos a una base de datos para su posterior análisis.
7.5.1 Elaboración de la Ficha Esta ficha fue diseñada de acuerdo a las características de la red e incluye los siguientes antecedentes: 7.5.1.1 Información general. En este sector de la ficha se deben incluir los siguientes antecedentes básicos:
a) Fecha de la rotura y fecha de la reparación.
b) Ubicación detallada del lugar de la rotura. - Comuna, si corresponde. - Población, Calle, número - Plancheta. - Ubicación de la tubería; bajo calzada, acera o cuneta. - Tipo de calzada. - Profundidad de colocación de la tubería. c) Identificación de la tubería que falló. Se debe incluir a lo menos los siguientes antecedentes. - Tipo y diámetro del tubo.
- Zona de ruptura, en cuerpo, extremo o unión de las tuberías, accesorios. - Tipo de suelo en contacto con la tubería. Se deben incluir los antecedentes de suelo que permitan inferir si se trata de
arena, mixto, arcilloso o de relleno con y sin materias orgánicas.
d) Tipo de ruptura. De acuerdo a la descripción de tipologías habituales de ruptura, se deben
incluir los antecedentes que permitan identificarlas, como por ejemplo:
- Rotura longitudinal en forma de "Y", con o sin desprendimiento de un trozo de tubo.
- Corte transversal recto. - Fisura longitudinal lateral.
- Cualquier otro antecedente descriptivo del tipo de rotura presentado en la tubería de acuerdo a la experiencia de cada región.
7.5.1.2 Implantación del sistema. La implantación del sistema requiere, en aquellas ciudades con una frecuencia de fallas importantes, la elaboración de un programa computacional que permita la incorporación de los datos de la ficha, para su análisis posterior por zona, tipo de tubería, tipo de talla y otros análisis destinados a dar solución a los problemas presentados. En casos de ciudades con una frecuencia de fallas reducidas, bastará con un archivo de datos que permita realizar los estudios indicados en el punto anterior. Para el estudio indicado se deberla contar con un catastro de la red que indique a lo menos el tipo de material, año de instalación y otros datos de la red que pudieran servir como antecedentes para llegar a determinar las causas de las fallas o el estado de la red. Además del catastro, un elemento de utilidad es el tener un sistema de planchetas de la red que permita la ubicación y sectorización de las distintas zonas con problemas. Finalmente la Implantación del sistema debe contar con personal previamente capacitado tanto en la recopilación de los antecedentes como en su posterior análisis. 7.5.1.3 Análisis de los resultados A través de resúmenes mensuales de los distintos tipos de fallas se pueden aislar los sectores de mayor concentración para estudiar sus tipologías y causas y tomar las acciones que correspondan para solucionar el problema. 7.5.1.4 Conclusiones y recomendaciones. Este capítulo aporta una metodología que puede ser adaptada a las características propias de cada regional y permite a las distintas jefaturas tener una visión totalizadora de sus instalaciones de agua potable, su estado actual y en general de una radiografía vital para la programación y estudio de los futuros mejoramientos y operación en general.
La aplicación de este sistema permitirá también, a través de la retroalimentación con antecedentes prácticos de terreno, aportar valiosos antecedentes que permitan el estudio de nuevo métodos de diseño, colocación y operación de los distintos Servicios de Agua Potable.
FICHA DE REGISTRO DE FALLAS
I.- GENERAL Fecha de la Falla: / / Correlativo: Ubicación de la Falla: Comuna: Población: Calle y Número: Ubicación de la Tubería: Tipo Calzada: Profundidad de la Cañería: m. Plancheta: II.- IDENTIFICACION DE LA CAÑERIA Tipo: Zona de Ruptura: III. TIPO DE RUPTURA Tipología: Observaciones:
Bajo Calzada Acera Cuneta
Concreto Asfalto Otro
PVC Acero Asbesto-Cem. Hierro Dúctil Fierro Fundido Otro
Cuerpo Extremo Unión. Otro
Corte en “Y” Corte Transversal Fisura Longitudinal Otro
7.5.2 Seguimiento de Calidad a Materiales 7.5.2.1 Introducción La manera más común de realizar los seguimientos de calidad a la mayoría de los productos en la que se necesita este tipo de requerimientos, es la selección de muestras al azar. La mayoría de las empresas que realizan los certificados de calidad para los diferentes productos que se encuentran en el mercado se rigen por la norma chilena oficial número 43 (NCh 43) la que especifica, organiza y regula una serie de procedimientos, para que la extracción de muestras al azar sea lo más aleatoria posible. El proceso de extracción de muestras al azar se debe abordar en todos aquellos casos en que se desea obtener la estimación de cierta característica de calidad de un lote. Específicamente tal estimación es necesaria cuando la aceptación o el rechazo del lote, el control de un proceso de fabricación, u otro tipo de acción quedan determinadas por los posibles valores de la característica de calidad bajo inspección. Se dice que una extracción se realiza al azar cuando el proceso de selección de las unidades se efectúa por sorteo. Repetidas experiencias han demostrado que uno de los factores principales que influyen en la parcialidad de la elección de una muestra es el factor humano. Es prácticamente imposible que a una persona a cuyo criterio se encomiende la selección de muestras lo haga imparcialmente o al azar, el inspector se inclina a menudo, conscientemente o no, a elegir o evitar aquellas unidades del lote cuyas calidades estima deficientes. Resulta por lo tanto muy conveniente establecer procedimientos de selección de muestras en los cuales no intervenga el factor personal. 7.5.2.2 Definición de esta norma. Esta norma establece métodos para la selección de muestras al azar, se usa como criterio general, pero en los siguientes casos más frecuentes en la industria se tratan específicamente:
a) Extracción de una muestra de un lote. b) Extracción de una muestra de cada una de varios lotes. c) Extracción de una muestra de cada una de una serie indefinida de lotes. d) Extracción sistemática de una muestra.
7.5.2.3 Procedimiento. Numeración de las unidades del lote. Si N es el tamaño del lote, las unidades se enumerarán desde 1 hasta N. No es necesario que cada unidad se marque o se señale con un número , sólo se podrá establecer algún criterio por medio del cual se asigne, sin lugar a equívocos, un número a cada unidad del lote, es satisfactorio un criterio tal como el identificar con uno o más números la ubicación relativa de la unidad respecto del mismo lote o respecto del recinto, bodega, cajón o caja en el cual se encuentra colocado el lote. Serie original de números al azar.
a) El punto de partida para la lectura de una serie de números al azar se elegirá
de cualquier manera de entre los números contenidos en las tablas. b) Se podrá emplear por ejemplo el siguiente procedimiento: ábrase la tabla en
una página cualquiera y, sin mirarla, déjese caer sobre ella un lápiz. El número más cercano al sitio marcado por la punta del lápiz será el primer número de la serie original.
c) Se entiende por serie original aquella que se lee directamente en las tablas. d) Cuando se necesitan números de 1 o 2 cifras los números de las tablas se
leerán de izquierda a derecha pasando al extremo izquierdo del renglón inmediatamente inferior cuando se ha llegado al extremo derecho de un renglón.
e) Cuando se necesitan números de 3 o más cifras, los números se leerán de
arriba hacia abajo pasando por la columna siguiente de la misma página cuando se ha llegado al final de la columna. Cuando se extraen números, de 3 dígitos, el último número del grupo 4 de cada columna no se tomará en consideración.
f) Por último si se ha alcanzado el número final de la página (extremo inferior
derecho) la lectura de números al azar se continuará empezando en el extremo superior izquierdo de la página siguiente o de la primera página de la tabla si se hubiera alcanzado el número final de la última.
Números al azar dentro de un intervalo. a) Si el lote que se desea muestrear es de tamaño N será necesario extraer
números al azar dentro del intervalo 1..N en los incisos siguientes, se indican los procedimientos que se seguirán según sea el valor de N.
b) Si N ≤ 10. Extráigase de la tabla una serie original de números al azar de 1
dígito y léanse los números que aparezcan descartando aquellos mayores que N. El cero (0) de la tabla se leerá como 10.
c) Si 11≤N≤20 . Extráigase de la tabla una serie original de números al azar de 2
dígitos y sustitúyanse cada número leído por el resto que resulte de su división por 20. Descártese los restos mayores que N. El resto 0 equivaldrá al número 20.
d) Si 21≤N≤50 . Extráigase de la tabla una serie original de números al azar de 2
dígitos y sustitúyanse cada número leído por el resto que resulte de su división por 50. Descartándose los restos mayores que N, El resto 0 equivaldrá al número 50.
e) Si 51≤N≤100 , Extráigase de la tabla una serie original de números al azar de
2 dígitos , y léanse los números que aparezcan descartando aquellos mayores que N. El doble cero (00) de la tabla se leerá como 100.
f) Si N> 100 sígase un procedimiento similar al descritos en los puntos a),
b)..e). Así por ejemplo , si 201 ≤N≤500 , cada número de la serie original de 3 dígitos extraída de la tabla se sustituirá por el resto que resulte de su división por 500 ; los restos superiores a N se descartarán y el resto 0 se considerará equivalente al número 500.
Cuando se desea una serie de números al azar sin repeticiones se desechará todo número que haya aparecido previamente.
Selección de muestras.
a) Extracción de una muestra de un lote. Para extraer una muestra de tamaño n de un lote de tamaño N se procederá como sigue:
i) Numérese las unidades del lote de 1 a N ii) Obténgase una serie de n números al azar sin repetición dentro del
intervalo 1..N . iii) Extráigase del lotes de las unidades correspondientes a los números
seleccionados según ii) . b) Extracción de una muestra de cada una de varios lotes. Para extraer una muestra de tamaño n de cada uno de un grupo (pequeño) de k lotes de tamaño N se procederá como sigue:
i) Numérese las unidades de cada lote. ii) Obténgase una serie de números al azar dentro del intervalo 1..N y
sepárense, por orden de aparición grupos de n números sin repetición, hasta completar un total de K grupos.
Extráigase de cada lote (en un orden previamente establecido) las
unidades correspondientes a los números de cada grupo obtenidos según ii).
