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CAP VIII.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

CAPITULO VIII MATERIALES DE CONSTRUCCION 8.1 TUBERÍAS La tubería es un medio de transporte de agua de un determinado punto a otro. Los esfuerzos que debe resistir la tubería son producidos por la presión estática del agua, por fuerzas centrífugas causadas por los cambios en la dirección del flujo, cargas externas cambios de temperatura y cambios repentinos en velocidad (golpe de ariete).

8.1.1 CLASES DE TUBERÍAS De acuerdo al material empleado en su fabricación, las tuberías frecuentemente utilizadas para la construcción de sistemas de abastecimientos de agua son:

a) Tuberías de Hierro Fundido (H.F.). b) Tuberías de Hierro Fundido Dúctil (H.F.D.). c) Tuberías de Acero Galvanizado (H.G.). d) Tuberías de Asbesto-Cemento a Presión (A.C.P.). e) Tuberías de Policloruro de Vinilo (P.V.C.).

8.1.1.1 Tuberías de Hierro Fundido (H. F.) La tubería de hierro fundido es fabricada mediante la fundición de lingotes de hierro, carbón cocke y piedra caliza. La presencia de láminas de grafito en la tubería le da cierta resistencia a la oxidación y a la corrosión, pero asimismo, la hace frágil.

Estas últimas características limitan el uso de tuberías de H.F., a ser utilizada enterrada, pues su poca o ninguna resistencia a los impactos la hace inadecuada para su colocación sobre soportes. La figura 8.1 nos muestra como se debe colocar en el terreno.

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FIG 8.1 POSICIÓN CORRECTA DE COLOCACIÓN DE LA TUBERÍA DE HIERRO FUNDIDO

Es un material de gran durabilidad bajo condiciones de instalación apropiadas. Su condición de material frágil limita su utilización, principalmente en redes de distribución, donde la colocación de tuberías en zanjas es indispensable. Puede estimarse hasta en un 5 por 100 las pérdidas por rotura. Generalmente, en el diseño con esta clase de tubería se usa un valor de C =100 para obtener el coeficiente de rugosidad de la expresión de Hazen Williams. La foto 8.1 nos muestra como se deben manipular las tuberías de hierro fundido.

FOTO 8.1 MANIPULANCION Y COLOCADO DE LAS TUBERÍA DE HIERRO FUNDIDO

8.1.1.2 Tuberías de Hierro Fundido Dúctil (H. F. D.) Es también fabricada por la fundición de hierro en presencia de cocke y piedra caliza, pero mediante métodos especiales se le adiciona magnesio, ocasionando que el grafito adopte formas granulares, con lo cual se logra mantener mayor continuidad u homogeneidad del metal. Esta característica del material lo hace menos frágil que el H.F., permitiendo mayor 308 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

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versatilidad en su uso, al poder ser utilizado tanto enterrado como superficialmente, lo que permite utilizar una sola clase de tubería en el caso de diseño de líneas de aducción en terrenos rocosos y terrenos blandos.

Dependiendo de los costos iniciales, puede resultar una alternativa más económica que otra tubería (H.F., por ejemplo) en razón de su menor peso y menores porcentajes de pérdidas por roturas durante el transporte, carga, descarga y colocación.

Los coeficientes de rugosidad pueden considerarse similares a los de H. F. La foto 8.2 nos muestra tuberías de hierro fundido dúctil.

FOTO 8.2 TUBERÍAS DE HIERRO FUNDIDO DÚCTIL

8.1.1.3 Tuberías de Hierro Galvanizado (H. G.) Es también llamado Acero Galvanizado, pues su fabricación se hace mediante el proceso de templado de acero, sistema este que permite obtener una tubería de hierro de gran resistencia a los impactos y de gran ductibilidad.

En razón de que su contenido de carbón es menor que el del H.F. su resistencia a la oxidación y a la corrosión es menor. Mediante el proceso de galvanizado se da un 309 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

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recubrimiento de zinc tanto interior como exteriormente, para darle protección contra la corrosión.

En base a sus características, esta tubería es recomendable para instalarse superficialmente, ya que presenta una resistencia a los impactos mucho mayor que cualquier otra, pero no resulta conveniente su instalación enterrada en zanja debido a la acción agresiva de suelos ácidos y el establecimiento de corrientes iónicas por la presencia de dos metales, Fe y Zn.

Puede considerarse una superficie interior un poco más lisa que H.F., aunque generalmente, para efectos de diseño, se usan valores de C similares (100-110). Su utilización está indicada principalmente en líneas de aducción, con terrenos accidentados o rocosos donde los costos de excavación pueden hacer prevalecer la utilización de tubería colocada sobre la superficie (soportes).

8.1.1.4 Tuberías de Asbesto-Cemento a Presión (A. C. P.) La tubería A.C.P. se fabrica por enrollado a presión de una mezcla de asbesto y cemento portland en capas múltiples, siendo sometidas a fraguado mediante procesos especiales. La tubería presenta interiormente una superficie muy lisa, lo cual permite usar coeficientes de rugosidad menores y consecuentemente mayor capacidad de transporte (C = 120).

La tubería de asbesto-cemento es una tubería más frágil que la de H.F., por lo cual, su uso está limitado exclusivamente cuando sea factible su colocación enterrada. Por otra parte, es un material inerte a la corrosión, lo cual resulta ventajoso respecto a las otras clases de tuberías mencionadas.

Por su fragilidad, las pérdidas por rotura durante la carga, descarga, colocación y transporte son mayores (7 a 10 por 100).

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8.1.1.5 Tuberías de material plástico (P. V. C.) Las tuberías de material plástico se fabrican mediante la plastificación de polímeros, siendo el policloruro de vinilo en forma granular, la materia prima utilizada para la fabricación de la tubería conocida como P.V.C..

La característica más importante de la tubería plástica (P.V.C.) es su considerable menor peso, respecto a cualquier otra (H.F., H.F.D., A.C.P., H.G.), lo cual reduce grandemente costos de transporte e instalación.

En general, la tubería de plástico tiene poca resistencia relativa a impactos, esfuerzos externos y aplastamiento, por lo cual su utilización es más conveniente enterrada en zanjas.

Es un material inerte a la corrosión, por lo cual su utilización no se ve afectada por la calidad del agua. Ofrece ventajas en cuanto a capacidad de transporte en base a coeficientes de rugosidad menores ( C = 140). Las fotos 8.3 y 8.4 nos muestran tuberías PVC con sus distintos tipos de uniones, que se explicarán mas adelante.

FOTO 8.3 TUBERÍA DE PVC DE UNIÓN CAMPANA O RÍGIDA

FOTO 8.4 TUBERÍAS DE PVC DE UNIÓN FLEXIBLE

[Ref. Elaboración Propia PLASMAR]

En la tabla 8.1 se muestra las características para distintos tipos de tuberías

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Tabla 8.1 Características de las tuberías para conductos a presión Material Hierro fundido

Diámetro [mm] 100 a 600

Ventajas

Desventajas

- Buena resistencia a carga exterior

elevado o más a pedido

- Peso

- Muy buna resistencia a la corrosión

-

Frágil - Poca elasticidad, no admite presiones elevadas (máx. 100m.c.a) - Costo elevado Hierro ductil

100 a 600

- Muy buena resistencia a la corrosión

o más a pedido

- Buena resistencia a carga exterior

- Poca elasticidad (pero mayor que el HF)

- Más liviana que el hierro fundido

- Frágil (menos que el HF) - Costo elevado

Plástico

12.5 a 150

(PVC y PE)

- Excelente resistencia a la corrosión

- Solo puede funcionar hasta

- Liviana y de fácil manipuleo

temperatura 50° C máximo

- Costo hasta 50 mm favorable

- Baja resistencia a la flección

- No sujeta a electrólisis

- Puede perforarse fácilmente

- Mínima pérdida de carga por fricción

- Antieconómico para diámetros

- Muy buena resistencia a la corrosión

- Se deterioran en suelos ácidos

- No sujeta a electrólisis

- Baja resistencia a la flección

mayores a 150 mm Asbesto

500 a 600

- Liviana y de fácil manipuleo

- Puede perforarse fácilmente

- Costo inicial bajo

- Se requiere D16:D19

- Mínima pérdida de carga por fricción

- Requiere sumo cuidado en la preparación de la base y relleno de zanja - Frágil

Hormigón

250 a 1500

- Buena resistencia a la corrosión

(tubo con cilindro

- Buena resistencia a cargas externas

de acero y

- Util para grandes caudales

- Se deterioran en suelos notablemente alcalinos - Peso excesivo, requiere de

grúas refuerzo

para su colocación

pretensado Acero *

- Difícil de preparar Desde 50 a pedido

- Liviana

- Resistencia a la corroción: pobre **

- Alta resistencia a la fricción

- Costo elevado

- Adaptable a zonas donde

- Está sujeta a electrólisis

puede haber asentamientos

- Corrosión externa en

suelos - Soporta grandes presiones

ácidos o alcalinos - En diámetros grandes su resistencia exterior es baja - Es necesario instalar válvulas de aire (ventosas) para evitar el aplastamiento de la tubería - Está sujeta a la tuberculización cuando no está revestida

* La utilización de esta tubería para el proyecto, debe ser realizada con justificación técnico-económico ** Si la tubería está bien protegida, la resistencia a la corrosión puede ser buena

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Fuente: Norma Boliviana para sistemas de agua potable NB 689 pag. 52

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8.2 JUNTAS Son sistemas de acoples en tuberías y los tipos más importantes se detallan a continuación:

8.2.1 Junta a rosca Es un sistema de unión práctico y rápido y adecuado a las uniones de accesorios finales o intermedios y para acometidas. La resistencia a la torsión del PVC es menor que la de los tubos metálicos, por lo tanto debe tenerse cuidado en el uso de herramientas para los ajustes. Unión roscada existen desde ½” hasta 2”.

8.2.2 Junta o unión espiga - campana Es una unión con un extremo expandido llamado campana, es un sistema de unión que se requiere de un limpiador y pegamento adecuado antes de su colocación, por las condiciones en que ambas tuberías quedan soldadas, esta unión es conocida como una unión rígida. Unión soldada con pegamento existen desde ½” hasta 6”. La foto 8.3 y 8.5 nos muestra una unión campana o rígida.

FOTO 8.5 UNION CAMPANA O RIGIDA [Ref. 24]

8.2.3 Junta flexible Consiste en una campana en la que se incrusta una empaquetadura de goma reforzada con alma de acero. Este tipo de unión permite desplazamientos axiales y un margen de desplazamiento lateral, lo que reduce al mínimo los riesgos de un mal acoplamiento.

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La instalación puede ser puesta en funcionamiento inmediatamente después de concluido el trabajo y también puede ser instalada en sitios inundados o bajo el agua. La instalación requiere solo de un lubricante adecuado, y una previa vicelación de la tubería a acoplar para que no dañe la arandela de goma. La unión flexible con arandela de goma reforzada con acero existen desde 1 ½” hasta 12”. Como se puede observar en la figura 8.2 nos muestra un corte de tuberías de una unión flexible, y la foto 8.4 tuberías con este tipo de unión.

FIG. 8.2 UNION FLEXIBLE

8.3 ACCESORIOS Los accesorios se utilizan en conducciones de tuberías en donde estas pueden sufrir un cambio de dirección, estrechamientos, ensanchamientos, ramificaciones; en fin, todo lo que sea necesario para el proceso.

Existen accesorios muy diversos cuyos diámetros y roscas coinciden con los nominales de las tuberías comerciales pudiendo ser estas macho o hembra.

Es importante mencionar también que las tuberías están sometidas a variaciones de temperatura lo que lleva a que el material se dilate y se requieran utilizar juntas que precisen arandela de goma.

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Los accesorios son elementos complementarios para la instalación de tuberías como ser: uniones, codos, reducciones, tees, válvulas, etc. A continuación mostraremos los distintos tipos de accesorios que existen para distintos tipos de uniones, foto 8.6, 8.7 y 8.8.

FOTO 8.6 ACCESORIOS DE P.V.C. PARA UNIONES FLEXIBLES: TEE, TEE 45, CODO 45, CODO 90 [Ref. Elaboración Propia PLASMAR]

FOTO 8.7 ACCESORIOS DE P.V.C. PARA UNIONES TIPO RIGIDA: CODO 45, CODO 90, CRUZ, TEE, COPLA, COLLAR DE DERIVACIÓN, TAPON, REDUCCIÓN [Ref. 24]

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FOTO 8.8 ACCESORIOS DE ACERO GALVANIZADO PARA UNIONES A ROSCA: CODO 45, CODO 90, CRUZ, TEE, COPLA, REDUCCIÓN, TAPON, TAPAGORRO

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