03a Guía Técnica Abastecimiento - CEDEX

MINISTERIO DE FOMENTO

MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas

Guía Técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión 3.a Edición

Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX

NIPO: 163-06-013-X I.S.S.N.: 0211-6502 I.S.B.N.: 84-7790-431-6 Depósito Legal: M-35171-2006 Imprime: CEDEX Sección de Edición Alfonso XII, 3 y 5 - 28014 Madrid

Prólogo

La existencia de especificaciones técnicas que contengan directrices acerca de los criterios más idóneos para el proyecto, ejecución y mantenimiento de las obras y sobre las características de los materiales que en aquellas se utilizan, es de gran utilidad para los profesionales del sector de la construcción, como para tantos otros, y contribuye a conseguir una mejor calidad y sistematización en los trabajos. La actual normativa general sobre esta materia vigente (el Pliego General de condiciones facultativas de tuberías para abastecimiento de agua) data de 1974 por lo que la evolución de la técnica durante el tiempo transcurrido hace conveniente su revisión. La “Guía Técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión” que conforma esta publicación es consecuencia de la colaboración del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) y de la Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas y para su redacción final, han sido consultados todos los afectados (Administraciones públicas, industria, proyectistas, constructores, suministradores, universidades e institutos de investigación, etc.) y pretende servir de orientación al sector de la construcción. De su utilización con carácter voluntario se desprenderá la posibilidad y necesidad de que, en el futuro, se eleve su rango y sirva de base para una nueva reglamentación en este campo.

JUAN MANUEL ARAGONÉS BELTRÁN Director General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas

III

Presentación

La Reglamentación técnica de la Administración General del Estado relativa al proyecto e instalación de tuberías está constituida, fundamentalmente, por los Pliegos de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Agua y de Saneamiento de Poblaciones, de 1974 y 1986 respectivamente. Los avances acaecidos en estos años en la tecnología y en la normalización de estos elementos han hecho que su contenido se haya quedado obsoleto. Consciente de ello, el Ministerio de Medio Ambiente ha emprendido distintas acciones en los últimos años encaminadas a la revisión de dicha Normativa, entre las que cabe destacar la celebración de distintos Convenios de colaboración con el CEDEX para la realización de estudios técnicos que actualizaran los citados Pliegos. En particular, esta Guía Técnica es el fruto del Convenio suscrito en octubre de 2000 entre la Secretaría de Estado de Aguas y Costas del Ministerio de Medio Ambiente (Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas) y el CEDEX para la actualización del “Estudio Técnico de Base para la elaboración del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Agua” (MOPTMA, 1995). El desarrollo de los trabajos se ha llevado a cabo en el Área de Estudios y Planificación del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX, bajo la dirección técnica de D. Luis Balairón Pérez. En la elaboración del mismo se ha contado expresamente con el asesoramiento profesional de D. José Liria Montañés, cuya amplia experiencia en la materia ha supuesto una valiosa aportación a este documento. Este texto es el resultado de un proceso muy participativo en el que han colaborado distintas unidades administrativas, tanto del Ministerio de Medio Ambiente como de otros Departamentos Ministeriales, así como numerosos especialistas tanto del ámbito profesional como universitario. En concreto, para el seguimiento de estos trabajos, el CEDEX auspició la creación de un Grupo de Trabajo, presidido por su Director General, D. Manuel L. Martín Antón, del que han formado parte las siguientes personas e instituciones: D. Álvaro Arroyo Lumbier (AENOR). D. Luis Balairón Pérez (CEDEX). D. Francisco Barbancho (Confederación Hidrográfica del Guadiana).

D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D. D.

José Carlos Carrasco Tardío (CEDEX). Antonio Castrillo Canda (DG de la Vivienda, la Arquitectura y el Urbanismo). José Luis Esteban Saiz (Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja”). Federico Estrada Lorenzo (CEDEX). Francesc Flos (Aguas de Barcelona). Mariano Garzo Fernández (CEDEX). Alejandro González y Díaz de la Cortina (AENOR). Alfredo Granados Granados (Universidad Politécnica de Madrid). Ramón Mª Gutiérrez Serret (CEDEX). José Liria Montañés. Manuel Maillo Álvarez de la Braña (Canal de Isabel II). Felipe Martínez Martínez (Secretaría de Estado de Aguas y Costas). Alfonso Palma Villalón (CEDEX). Julio Prado Pérez del Río (CEDEX). Francisco Redondo Fernández (Aguas de la Cuenca del Norte, SA). Ricardo Segura Graiño (DG de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas). Juan Torres Cerezo (Confederación Hidrográfica del Tajo). Juan Vilchez Porras (EMASESA).

Este Grupo celebró reuniones periódicas en las que se fueron revisando distintos borradores de trabajo hasta llegar a la edición definitiva de esta Guía Técnica. Se aportaron numerosos comentarios, sugerencias y experiencias prácticas, que fueron incorporadas al documento, mejorando apreciablemente la versión inicial. Igualmente, las siguientes Empresas y Asociaciones han colaborado en la elaboración de este documento, en sus ámbitos de trabajo específicos: Asociación de Fabricantes de Tubería de Presión de Hormigón Armado y Pretensado (AFTHAP). Asociación Española de Fabricantes de Tubos y Accesorios Plásticos (ASETUB). Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR). Asociación Ibérica de Tecnología sin Zanja (ibSTT). Confederación Española de Empresarios de Plásticos (ANAIP). Guldager Electrólisis. Saint Gobain Canalización. Siderúrgica de Tubo Soldado. Por todo ello, el equipo redactor quiere agradecer a tantos cuantos han participado en la elaboración de esta Guía Técnica sus desinteresadas aportaciones, comentarios o sugerencias, las cuales han sido de gran utilidad en el desarrollo de este trabajo. Por último, es de esperar que este trabajo se actualice periódicamente cuando las novedades técnicas o normativas acaecidas así lo aconsejen. Si desea participar en dicho proceso de actualización puede enviar sus comentarios, propuestas o sugerencias por correo electrónico a la dirección [email protected]. Madrid, diciembre de 2002

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ÍNDICE

1 Introducción ............................................................................................

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2 Generalidades ......................................................................................... 2.1 Ámbito de aplicación de esta Guía Técnica ............................................ 2.2 Normalización en el ámbito de las tuberías a presión .............................. 2.2.1 Conceptos básicos ..................................................................... 2.2.2 Normativa y Reglamentación básica en el ámbito de las tuberías a presión..................................................................................... 2.3 Sistema de unidades............................................................................. 2.4 Glosario de términos............................................................................

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3 Características de los componentes de la tubería................................ 3.1 Generalidades...................................................................................... 3.2 Tubos de fundición dúctil....................................................................... 3.2.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación ........................ 3.2.2 Definiciones y clasificación......................................................... 3.2.3 Características técnicas .............................................................. 3.2.4 Dimensiones ............................................................................. 3.2.5 Uniones ................................................................................... 3.2.6 Revestimientos de la tubería ....................................................... 3.2.7 Identificación ............................................................................ 3.3 Tubos de acero.................................................................................... 3.3.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación ........................ 3.3.2 Definiciones y clasificación......................................................... 3.3.3 Características técnicas .............................................................. 3.3.4 Dimensiones ............................................................................. 3.3.5 Uniones ................................................................................... 3.3.6 Revestimientos de la tubería ....................................................... 3.3.7 Identificación ............................................................................

49 51 53 53 55 58 60 64 68 73 73 73 75 77 81 86 87 91

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3.4 Tubos de hormigón armado y pretensado.............................................. 3.4.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación ...................... 3.4.2 Definiciones y clasificación....................................................... 3.4.3 Características técnicas ............................................................ 3.4.4 Ejecución................................................................................ 3.4.5 Dimensiones ........................................................................... 3.4.6 Uniones ................................................................................. 3.4.7 Identificación .......................................................................... 3.5 Tubos de poli(cloruro de vinilo)no plastificado (PVC-U) ......................... 3.5.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación ...................... 3.5.2 Definiciones y clasificación....................................................... 3.5.3 Características técnicas ............................................................ 3.5.4 Dimensiones ........................................................................... 3.5.5 Uniones ................................................................................. 3.5.6 Identificación .......................................................................... 3.6 Tubos de polietileno (PE) .................................................................... 3.6.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación ....................... 3.6.2 Definiciones y clasificación........................................................ 3.6.3 Características técnicas ............................................................. 3.6.4 Dimensiones............................................................................ 3.6.5 Uniones .................................................................................. 3.6.6 Identificación ........................................................................... 3.7 Tubos de poli(cloruro de vinilo) con orientación molecular (PVC-O)........ 3.7.1 Generalidades. Normativa. Ámbito de aplicación ....................... 3.7.2 Definiciones y clasificación....................................................... 3.7.3 Características técnicas ............................................................ 3.7.4 Dimensiones. .......................................................................... 3.7.5 Uniones ................................................................................. 3.7.6 Identificación .......................................................................... 3.8 Tubos de poliester reforzado con fibras de vidrio (PRFV)....................... 3.8.1 Generalidades. Normativa. Ámbito de aplicación ....................... 3.8.2 Definiciones y clasificación....................................................... 3.8.3 Características técnicas ............................................................ 3.8.4 Dimensiones ........................................................................... 3.8.5 Uniones ................................................................................. 3.8.6 Identificación .......................................................................... 3.9 Válvulas y accesorios.......................................................................... 3.9.1 Generalidades. Normativa ........................................................ 3.9.2 Definiciones y clasificación....................................................... 3.9.3 Características técnicas ............................................................ 3.9.4 Válvulas.................................................................................. 3.9.5 Ventosas................................................................................. 3.9.6 Desagües................................................................................ 3.9.7 Protección de válvulas ............................................................. 3.9.8 Identificación ..........................................................................

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3.10 Síntesis 3.10.1 3.10.2 3.10.3 3.10.4 3.10.5

y resumen comparativo .......................................................... Ámbito de aplicación y normativa .......................................... Clasificación ......................................................................... Características físicas y mecánicas .......................................... Dimensiones ......................................................................... Uniones ...............................................................................

180 180 185 186 191 195

4 Dimensionamiento de la tubería ............................................................ 4.1 Cálculo hidráulico .............................................................................. 4.1.1 Consideraciones generales ....................................................... 4.1.2 Pérdidas de carga.................................................................... 4.1.3 Sobrepresiones debidas al golpe de ariete ................................. 4.1.4 Velocidad máxima del agua ...................................................... 4.2 Cálculo mecánico .............................................................................. 4.2.1 Consideraciones generales ....................................................... 4.2.2 Tubos de fundición .................................................................. 4.2.3 Tubos de acero ....................................................................... 4.2.4 Tubos de hormigón ................................................................. 4.2.5 Tubos de PVC-U..................................................................... 4.2.6 Tubos de PE ........................................................................... 4.2.7 Tubos de PVC-O..................................................................... 4.2.8 Tubos de PRFV.......................................................................

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5 Instalación de la tubería ......................................................................... 5.1 Normativa de aplicación..................................................................... 5.2 Transporte, almacenamiento y manipulación........................................ 5.2.1 Transporte.............................................................................. 5.2.2 Almacenamiento ..................................................................... 5.2.3 Manipulación .......................................................................... 5.3 Instalación de tubos enterrados ........................................................... 5.3.1 Zanjas para el alojamiento de la tubería .................................... 5.3.2 Montaje de la tubería............................................................... 5.3.3 Camas de apoyo ..................................................................... 5.3.4 Relleno de la zanja .................................................................. 5.3.5 Sistemas de protección catódica ............................................... 5.4 Instalación de tubos aéreos ................................................................. 5.5 Otras instalaciones ............................................................................. 5.6 Uniones ............................................................................................ 5.7 Macizos de anclaje ............................................................................. 5.8 Obras de fábrica ................................................................................ 5.9 Puesta en servicio de la tubería ........................................................... 5.10 Consideraciones medioambientales .....................................................

299 299 300 300 301 302 303 303 312 316 318 320 324 325 325 327 332 332 334

6 Aseguramiento de la calidad .................................................................. 6.1 Conceptos básicos ...............................................................................

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6.2 Control de calidad de la fabricación....................................................... 6.2.1 Tubos de fundición .................................................................... 6.2.2 Tubos de acero ......................................................................... 6.2.3 Tubos de hormigón ................................................................... 6.2.4 Tubos de PVC-U....................................................................... 6.2.5 Tubos de PE ............................................................................. 6.2.6 Tubos de PVC-O....................................................................... 6.2.7 Tubos de PRFV......................................................................... 6.2.8 Válvulas y ventosas.................................................................... 6.3 Control de calidad de la instalación ....................................................... 6.4 Prueba de la tubería instalada ............................................................... 6.4.1 Metodología general .................................................................. 6.4.2 Comparación con la metodología del PPTG de tuberías del MOPU de 1974 ...................................................................................

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7 Mantenimiento y rehabilitación de la tubería ....................................... 7.1 Introducción ........................................................................................ 7.2 Mantenimiento de la tubería ................................................................. 7.2.1 Inspección de la tubería ............................................................. 7.2.2 Limpieza de la tubería ............................................................... 7.2.3 Reparaciones puntuales ............................................................. 7.3 Rehabilitación de la tubería................................................................... 7.3.1 Rehabilitación global no estructural............................................. 7.3.2 Rehabilitación global estructural.................................................. 7.3.3 Rehabilitación parcial ................................................................ 7.4 Análisis de riesgos de averías. Frecuencia óptima de las operaciones de rehabilitación....................................................................................... 7.4.1 Deterioro de las redes. Riesgos de averías y pérdida de nivel de servicio ......................................................................................... 7.4.2 Frecuencia óptima para la inspección y la rehabilitación de las tuberías ..........................................................................................

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Abreviaturas y acrónimos ...........................................................................

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Simbología ...................................................................................................

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

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Normativa citada en el texto ...................................................................... Legislación nacional......................................................................................... Legislación de la Unión Europea ...................................................................... Normas UNE .................................................................................................. Normas UNE-EN............................................................................................. Proyectos de normas europeas prEN ................................................................ Normas API.................................................................................................... Normas ASME ................................................................................................

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381 381 382 383 385 385 386 387 388 390 390 391

Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas Normas

ASTM................................................................................................ ATV................................................................................................... AWWA............................................................................................... BS ..................................................................................................... DIN ................................................................................................... DVS .................................................................................................. F ....................................................................................................... ISO.................................................................................................... MR .................................................................................................... NBE .................................................................................................. NF..................................................................................................... NLT................................................................................................... RP..................................................................................................... SS ..................................................................................................... SSPC................................................................................................. UNI ................................................................................................... WIS ...................................................................................................

427 428 429 431 431 432 432 432 435 436 436 436 437 437 438 438 438

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1 INTRODUCCIÓN

Las tuberías para el transporte de agua a presión constituyen, sin duda, una de las infraestructuras hidráulicas más importantes. Incluso en un contexto más amplio, si bien fueron inicialmente concebidas para transportar agua, las tuberías en la actualidad no son una infraestructura exclusiva para la conducción de los recursos hídricos, sino que son utilizadas con profusión como modo genérico de transporte, especialmente como oleoductos y gasoductos. Estos últimos, oleoductos y gasoductos, no obstante, presentan diferencias importantes respecto a las clásicas tuberías para el transporte de agua (mayor peligrosidad y valor económico del fluido transportado, presiones hidráulicas superiores, distancias de transporte muy elevadas) que hacen que sean conducciones de muy avanzada tecnología que han incorporado las últimas innovaciones en materiales (plásticos, siderurgia, etc.), protección frente a la corrosión, construcción especializada, automatizada y en cadena, telecomunicaciones, regulación y control, etc. Frente a ellas, en las tuberías para la conducción de agua, todas estas innovaciones se incorporan de manera muy lenta y parcial, por lo que en ocasiones se siguen proyectando y construyendo de una forma un tanto tradicional. La trascendencia de las tuberías para el transporte de agua a presión es especialmente constatable en un país como España, en el que, debido al irregular régimen hídrico y al alto grado de utilización que se hace de los recursos hidráulicos (a causa sobre todo de la agricultura de regadío), transportar importantes volúmenes de agua a grandes distancias ha sido una constante a lo largo del tiempo. Así, el Libro Blanco del Agua en España (MIMAM, 2000), remitiéndose a un estudio previo del MOPT (1993), estimaba cautelarmente en casi 30.000 millones de euros (5 billones de pesetas) el valor económico de reposición del patrimonio hidráulico español, de los cuales corresponderían 12.000 millones a las presas de embalse, otros 12.000 millones para las conducciones de abastecimiento y riego, 4.200 millones para las obras de defensa contra inundaciones y 1.800 millones al resto. Aunque en el concepto de conducciones están englobadas también las redes de canales y acequias para el riego, la cifra en sí de 12.000 millones de euros para el total de las conducciones de abastecimiento y riego (el 40% del total aproximadamente) habla por sí misma de la importancia de las tuberías a presión en el ámbito de las obras hidráulicas.

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En lo que se refiere a las dimensiones de las redes de tuberías para el transporte de agua a presión existentes en la actualidad en nuestro país, si bien no hay muchos estudios al respecto, algunos especialistas establecen como ratios orientativos de las longitudes de las redes las cifras de 2 kilómetros por cada 1.000 habitantes y de 30 ó 40 metros por cada ha regada a presión (para el abastecimiento a poblaciones y el regadío, respectivamente, que son los dos principales usuarios de este tipo de conducciones) como indicadores de un buen desarrollo del servicio. Las encuestas que cada dos años viene realizando AEAS sobre el suministro de agua potable en España (que cubren más de la mitad de la población), arrojan, por ejemplo, unos índices de 1,52 ó 1,63 km de red por cada 1.000 habitantes en 1994 y 1996, respectivamente, para el universo de la encuesta. Todo lo anterior viene a indicar que las tuberías para el transporte de agua a presión, solo para abastecimiento de poblaciones y regadío, razonablemente, exceden en España la cifra de 100.000 kilómetros. Las redes de los oleoductos y gasoductos, por su parte, en España se estima que alcanzan la cifra de 4.000 y 20.000 kilómetros respectivamente (Cegarra, 1996), si bien son de desarrollo relativamente reciente, no habiendo alcanzado aún el nivel de desarrollo de los países más avanzados. Ya en el ámbito específico de las tuberías para el transporte de agua a presión, es fácil constatar que en ocasiones la tecnología ha ido muy por delante de la normalización, de manera que existen muchos componentes que no se encuentran suficientemente normalizados o que no tienen cabida en los Reglamentos Técnicos de las diferentes Administraciones. O incluso, al tratarse de tipologías de tuberías muy diferentes entre sí y normalizadas de forma independiente, la terminología empleada en unas y otras, los criterios de clasificación, etc. resultan diferentes en cada caso, lo que sin duda supone una dificultad para el usuario. Así, por ejemplo, existe una clara confusión en lo que se refiere a la terminología empleada llegando, incluso, en ocasiones, a la paradójica situación de que iguales términos se refieren a realidades diferentes en unos tubos o en otros. Es, por ejemplo, el caso de las tradicionales designaciones genéricas de presión nominal y de diámetro nominal, de las cuales la primera en unos casos puede incluir en su concepto las sobrepresiones debidas al golpe de ariete y en otros no, mientras que la segunda puede referirse bien al diámetro exterior o al interior según tipologías. Incluso a veces ocurre la situación contraria: las siglas empleadas para caracterizar iguales conceptos difieren de unos materiales a otros (DI e ID ó OD y DE para los diámetros interiores y exteriores, Pt ó MDP para la presión máxima de trabajo, etc.). O no deja de ser también fuente de confusión la existencia de términos de uso frecuente pero de incierta acepción (timbraje, por ejemplo) o la exclusividad en el uso de determinados conceptos por determinadas tipologías: el parámetro serie S solo se emplea en los materiales termoplásticos; la clase K únicamente es de aplicación en los de fundición; solo en los tubos de PRFV se habla de rigidez nominal, y así un largo etcétera. Incluso sin necesidad de llegar a los extremos anteriores, algo parecido ocurre con los criterios de clasificación o de dimensionamiento de las tuberías: mientras que unos tubos se clasifican por su diámetro nominal y su presión nominal, otros lo hacen, por ejemplo, por

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su diámetro nominal y por su espesor. O en el dimensionamiento estructural, tanto las hipótesis pésimas en las que calcular los tubos como los propios métodos de cálculo son también radicalmente diferentes de unos tubos a otros: método de Marston y Spangler en unos casos, método ATV en otros, etc. Todo lo anterior, además, se ve acentuado con las recientes realizaciones en materia de normalización que se están llevando a cabo en el seno de la Unión Europea, a las que España no puede ser ajena, las cuales introducen nuevos conceptos, o al menos modifican en parte los tradicionales. Así, por ejemplo, el término presión nominal varía respecto a su concepción tradicional en España; o en los tubos de hormigón, el concepto de presión de timbre, que en España ha gozado siempre de uso tradicional, es ignorado por las oportunas normas EN; o los tubos de materiales termoplásticos ahora son clasificados por toda una suerte de nuevos parámetros (MRS, LCL, etc.) introducidos también por las normas EN. Puede decirse sin excesivo equívoco que a la situación anterior se ha llegado, básicamente, por mor de lo diferente de cada material y porque cada tipo de tubo se ha normalizado de forma independiente de los demás. A este respecto, no es inoportuno recordar que las muy variadas tipologías existentes en el mercado de tuberías presentan entre sí enormes diferencias, en ocasiones casi podría decirse que más que aspectos comunes, ya que, al fin y a la postre, se trata de estructuras diferentes. Y es que poco o nada tiene que ver una tubería rígida (como las de hormigón) con una tubería flexible (acero, por ejemplo): distinta forma de resistir las cargas externas, diferente comportamiento en el largo plazo, distintas rugosidades y también distintos coeficientes de seguridad a adoptar. Incluso no sólo hay diferencias estructurales: unos tubos necesitan protecciones contra la corrosión y otros no, cada tipología requiere de un sistema de juntas diferente, etc. Todo ello, en cualquier caso (mismos términos para diferentes conceptos, diversidad de siglas para iguales realidades, criterios de clasificación exclusivos según tipologías o distintos métodos de dimensionamieno estructural), configura un escenario de clara complejidad y dificultad conceptual que demanda un serio ejercicio de ordenamiento, de reflexión que, respetando la identidad propia de cada tipo de tubo (no siendo posible por tanto materializar la quimérica idea de una normalización idéntica para los distintos materiales), clarifique conceptos y términos y suponga una ayuda al usuario de las tuberías en la aplicación de la abundante normativa al respecto. Así pues, con ese doble objetivo de ordenamiento del saber y conocimiento en torno a la ciencia de las tuberías, pero reconociendo y explicitando a la vez las importantes diferencias entre cada tipología, se ha redactado la presente Guía Técnica, la cual tiene por objeto el establecer unos criterios generales en lo que se refiere al proyecto, instalación y mantenimiento de tuberías para el transporte de agua a presión. Debe destacarse de forma importante como antecedente y motivación de fondo de este documento el hecho cierto de que, a causa de todo lo anterior, el Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de abastecimiento de agua de 1974 del MOPU, documento de obligado cumplimiento en la materia en las obras acometidas por la Administra-

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ción General del Estado, haya venido quedándose obsoleto, habida cuenta de los años transcurridos y por las novedades en la materia acaecidas en este periodo de tiempo. Dicho Pliego de 1974 (aprobado por Orden Ministerial el 28 de julio de 1974, BOE de 2 de octubre) era, a su vez, sustitutorio del Pliego general de condiciones facultativas de tuberías para abastecimientos de agua, aprobado en 1963. Consciente de la necesidad de actualizar el Pliego de 1974, el entonces Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente, MOPTMA, a través de su Comisión Permanente de Tuberías de Abastecimiento de Agua y Saneamiento de Poblaciones, trabajó activamente entre los años 1992-95 en la elaboración de un documento (Estudio Técnico de Base, 1995) que permitiera revisar y sustituir el citado Pliego de 1974, si bien, por distintas circunstancias y avatares, este documento no llegó a ver la luz. La Comisión Permanente de Tuberías de Abastecimiento de Agua y Saneamiento de Poblaciones fué creada por la misma Orden Ministerial de 28 de julio de 1974 que aprobó el citado Pliego de 1974, con las funciones de “redacción y revisión permanente de los pliegos de prescripciones técnicas generales de tuberías y la realización de todos aquellos estudios y trabajos relacionados con estos temas”. En la misma estaban representados, además del propio MOPU, el CEDEX (a través de su Centro de Estudios Hidrográficos y del Laboratorio Central de Estructuras y Materiales), el Canal de Isabel II o el Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento, entre otros. Como hito importante de los trabajos de la Comisión puede destacarse la elaboración en 1986 del Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de saneamiento de poblaciones, aprobado por Orden Ministerial el 15 de septiembre de 1986 (BOE de 23 de septiembre). En el campo específico de las tuberías para abastecimiento es preciso resaltar y reconocer expresamente el intenso trabajo realizado por la Comisión de Tuberías de Abastecimiento de Agua y Saneamiento de Poblaciones entre los años 1992-95, pues realizó una encomiable y rigurosa tarea de revisión y actualización del Pliego de Tuberías del MOPU de 1974 que cristalizó en el citado Estudio Técnico de Base de 1995. De esta forma, en ese periodo de tiempo, la Comisión amplió de forma importante el contenido originario del Pliego de 1974 (en materias como el cálculo hidráulico y mecánico de los tubos, el control de calidad, criterios de instalación, etc.), teniendo en cuenta el avance de la técnica, la normalización de la Unión Europea, las experiencias de otros países, etc. Todo ello, además, fue analizado pormenorizadamente con usuarios, fabricantes y, en general, afectados por la materia. Para dichas labores, la Comisión celebró periódicas reuniones y suscribió dos Convenios (en 1992 y 1994) con el CEDEX, quien le prestó la necesaria asistencia técnica. El actual Ministerio de Medio Ambiente, por su parte, decidió en el año 2000 la actualización del citado Estudio Técnico de Base, para lo que su Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas celebró un nuevo convenio con el CEDEX en octubre de 2000. El presente documento es el fruto de dicho Convenio. Arranca en el mencionado Estudio Técnico de Base de 1995, asimila su contenido técnico, a la vez que lo actualiza y

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amplia, y modifica el estilo del documento originario, haciendo que pase a ser de un proyecto de Pliego o Instrucción a unas recomendaciones técnicas, lo que supone la inclusión de numerosas explicaciones y comentarios a su contenido, en forma de ejemplos, figuras, tablas, etc., con el objetivo de lograr un carácter más descriptivo que facilite al usuario la aplicación de lo expuesto y de la numerosa normativa al respecto. Este documento no tiene, por tanto, carácter normativo. No es tampoco un libro de texto ni tan siquiera un manual en el sentido estricto de los términos. Simplemente pretende, como se ha indicado antes, ordenar el estado del arte en la materia y servir de guía al usuario de las tuberías para el transporte de agua a presión en la aplicación de la muy abundante e inconexa normativa al respecto. En lo relativo al ámbito de aplicación de este documento, se extiende, en principio, al de las tuberías para el transporte de agua a presión, independientemente de cuál sea su uso, bien sea para abastecimiento a poblaciones, regadío o cualquier otra finalidad (el citado Pliego de Tuberías del MOPU de 1974 tenía por objeto exclusivamente las conducciones para abastecimiento de agua potable). Quedan excluidos del objeto de este documento las impulsiones de aguas residuales y los emisarios submarinos, al entender que forman parte de las conducciones de aguas residuales, con unos condicionantes de diseño conceptualmente distintos de los anteriores. Las instalaciones singulares, como por ejemplo tuberías de grandes diámetros y/o sometidas a altas presiones u otras circunstancias particulares, requerirán una detallada consideración en cuanto a su proyecto y construcción que complementen lo indicado en el presente texto. Es el caso de las tuberías forzadas de las centrales hidroeléctricas o las impulsiones en las estaciones de bombeo, sobre las que se dan una serie de pautas generales en lo que se refiere a su diseño, instalación o mantenimiento, pero su completa definición requerirá de indicaciones complementarias a lo expuesto. En lo que se refiere a materiales considerados, se han contemplado todas las tipologías de tuberías de posible uso en España en la actualidad (acero, fundición, hormigón y plásticos), incluso nuevos materiales aparecidos en el mercado en los ultimos años, cuyo uso comienza a implantarse en España (el policloruro de vinilo orientado molecularmente o los nuevos tipos de polietilenos, por ejemplo). En este contexto, no se han incluido las tuberías de fibrocemento como posibles materiales para redes nuevas, pues la reciente OM del Ministerio de la Presidencia de 7 de diciembre de 2001 (en aplicación de la Directiva 99/77/CE de la Comisión) prohibe la fabricación e instalación de productos fabricados con amianto a lo largo del año 2002. Además, el presente documento no pretende ceñirse exclusivamente a la caracterización del propio tubo como elemento singular e independiente, sino que trata todos aquellos aspectos adicionales a ser tenidos en cuenta en una red de tuberías a presión, tales como el cálculo hidráulico o mecánico, los necesarios elementos complementarios de la tubería o la propia valvulería, la instalación de todo ello, el control de calidad tanto en fábrica como en la propia obra, la explotación y el mantenimiento de la red una vez puesta en servicio o incluso las técnicas habituales de reparación o rehabilitación de tuberías. A su vez, de dichos aspectos se analizan tanto las prácticas habituales recomendadas como la

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normativa vigente, ilustrando todo ello con numerosos ejemplos que faciliten al proyectista, o al usuario de la red en general, la, en ocasiones compleja, aplicación de la normativa propia de cada caso. De acuerdo con estas consideraciones se exponen en el capítulo 2 unos aspectos de índole general válidos para todos los tipos de conducciones, dedicando los siguientes capítulos a la caracterización de cada tipología de tubo en particular (capítulo 3), al dimensionamiento hidráulico y mecánico (capítulo 4), a los criterios de instalación (capítulo 5), al control de calidad de todo lo anterior (capítulo 6) y a la explotación y mantenimiento de las redes (capítulo 7).

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2 GENERALIDADES

En el presente capítulo se abordan una serie de aspectos genéricos válidos para cualquier tipología de tubería, independientemente del material de que se trate. De esta forma, tras establecer el ámbito de aplicación de esta Guía Técnica, se ha compilado, en primer lugar, la normativa y legislación que afecta a los proyectos de tuberías a presión, incluyendo unas explicaciones previas sobre los términos que habitualmente se emplean para ello (normalización, certificación, etc.). También se ha incluido en este capítulo un resumen de las unidades de medida empleadas en el presente documento (las del Sistema Internacional), así como un glosario con los términos o definiciones empleadas en este documento, y que son de aplicación para cualquier tipo de tubo. El contenido de esta Guía Técnica se ha estructurado en tres categorías: En primer lugar, en letra redonda, figura el cuerpo básico de las recomendaciones incluidas en esta Guía Técnica. Se trata, básicamente, tanto de definiciones como de especificaciones relativas a las características de los componentes, a la instalación o al mantenimiento de la tubería, a los criterios de cálculo mecánico o hidráulico o al aseguramiento de la calidad a seguir durante todo el proceso. En general todas estas recomendaciones son conformes a las respectivas normas UNE-EN vigentes o, en su defecto, otras normas internacionales de uso habitual en el sector.

Ejemplo

En segundo lugar, en letra cursiva, con fondo gris, todo un conjunto de explicaciones, justificaciones o, en general, comentarios aclaratorios sobre el anterior cuerpo básico de recomendaciones.

Por último, también en letra cursiva y con fondo blanco, y con el título “ejemplo” en vertical a la izquierda, distintos ejemplos, bien numéricos o conceptuales, que aclaren y ayuden al usuario a la aplicación de todo lo anterior.

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2.1 Ámbito de aplicación de esta Guía Técnica Como se ha indicado en el apartado anterior, este documento tiene por objeto el establecimiento de unas recomendaciones técnicas relativas a tuberías para el transporte de agua a presión, en lo relativo a la caracterización de los elementos constitutivos de la red (tubos, piezas especiales, accesorios, valvulería, etc.), a su cálculo hidráulico o mecánico, a la instalación en obra, al control de calidad tanto en fábrica como en la propia obra, a la explotación y al mantenimiento de la red una vez puesta en servicio e incluso a las técnicas habituales de reparación o rehabilitación de tuberías. El ámbito de aplicación de esta Guía Técnica (tuberías para el transporte de agua a presión) abarca, en principio, todas las aplicaciones posibles, independientemente de cual sea su uso final, bien sea para abastecimiento a poblaciones, regadío o cualquier otro. Como salvedad de lo anterior, quedan excluidos expresamente del objeto de este documento las impulsiones de aguas residuales y los emisarios submarinos, ya que ambas forman parte de las conducciones de aguas residuales, por lo que tienen unos condicionantes de diseño conceptualmente distintos. Debe precisarse que las instalaciones singulares (tuberías de grandes diámetros y/o sometidas a altas presiones, por ejemplo) requerirán un detallado análisis en cuanto a su proyecto y construcción que complementen lo indicado en este documento. Es el caso de las impulsiones en las estaciones de bombeo o de las tuberías forzadas de las centrales hidroeléctricas, en las que su completa definición requerirá de indicaciones complementarias a lo expuesto. En cuanto a los posibles materiales de los tubos considerados en el presente documento, éstos son los siguientes: – – – – – – –

fundición dúctil. acero. hormigón armado o pretensado. poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U). poli(cluroro de vinilo) orientado molecularmente (PVC-O). polietileno (PE). poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV).

Caso de emplearse materiales diferentes a los anteriores, deberá justificarse su comportamiento mediante las oportunas normas de producto, y deberán cumplir, en cualquier caso, con lo especificado en el apartado 3.1.

Entre los posibles materiales para nuevas redes de tuberías a presión en España, en la relación anterior no se ha incluido el fibrocemento, material de uso muy tradicional en España hasta la fecha. Ello es debido a que la Directiva de la Unión Europea 99/77/CE de la Comisión de 26 de Julio, prohibió a partir del año 2005 en toda la Unión Europea, la comer-

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cialización y utilización de todas las fibras de amianto y de los productos conteniendo estas fibras añadidas intencionadamente, permitiendo a cada Estado miembro adelantar voluntariamente dicha fecha de aplicación. Las disposiciones de esta Directiva fueron incorporadas a la legislación española por la OM del Ministerio de la Presidencia de 6 de julio de 2000 que modificaba el RD 1406/1989 de 10 de noviembre. En España, los Ministerios de Sanidad y Consumo y de Ciencia y Tecnología han hecho uso de la posibilidad de adelantar la fecha de prohibición mediante la OM del Ministerio de la Presidencia de 7 de diciembre de 2001, en la que se establece la siguiente regulación: – Prohibición de utilizar amianto en la producción a partir del 15 de junio de 2002 – Hasta el 15 de diciembre de 2002 se podrán comercializar e instalar productos con amianto fabricados antes del 15 de junio de 2002 – A partir del 15 de diciembre de 2002 prohibición de producir, comercializar e instalar amianto y productos que lo contengan – Los productos con amianto instalados o que se instalen hasta el 15 de diciembre de 2002, podrán mantenerse hasta el final de su vida útil Por ello, ante el inminente final de la instalación de tubos de fibrocemento en España, en la presente Guía Técnica se ha optado por no incluirlos en la misma, abarcando el ámbito de aplicación de este documento al resto de tipologías. No obstante lo anterior, en otros países no afectados por la legislación de la Unión Europea (incluso hasta el año 2005 en países de la propia Unión) sí pueden utilizarse tubos de fibrocemento. Incluso en la actualidad existe la norma UNE-EN 512:1995 que regula los tubos de fibrocemento para el transporte de agua a presión. En relación con los materiales utilizados en las redes de tuberías en España, en los últimos años, AEAS viene realizando una encuesta con periodicidad genérica bienal sobre el suministro de agua potable y saneamiento en España. De los resultados de la última encuesta publicada (la correspondiente a 2.000) se desprende que los materiales mayoritarios en las redes de abastecimiento son la fundición y el fibrocemento (40% cada uno), siendo el 20% de materiales diversos. Sobre la Fig 1 debe precisarse que el ámbito de las encuestas de AEAS es, básicamente, el de las redes de distribución en baja (diámetros pequeños), el cual, en términos absolutos de longitud, representa la mayor parte de las redes. En las conducciones de transporte de grandes diámetros, los materiales habituales son otros adicionales a los anteriores (acero, hormigón, PRFV, etc.).

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Encuesta AEAS 2000

Total

Fibrocemento

Áreas metropolitanas

Fundición Mayor de 100.000 hab

Hormigón Polietileno

De 50 a 100.000 hab PVC-U Otro

De 20 a 50.000 hab 0%

20%

40%

60%

80%

100%

Fig 1. Resultados de la encuesta de AEAS “Suministro de agua potable y saneamiento en España”(2000).

2.2 Normalización en el ámbito de las tuberías a presión 2.2.1 Conceptos básicos En el ámbito de la normalización deben distinguirse los siguientes conceptos: a) Normalización “Actividad por la que se unifican criterios respecto a determinadas materias y se posibilita la utilización de un lenguaje común en un campo de actividad concreto” (Ley de Industria, artículo 8). b) Norma “Especificación técnica de aplicación repetitiva o continuada, cuya observancia no es obligatoria, establecida con participación de todas las partes interesadas, que aprueba un Organismo reconocido, a nivel nacional o internacional, por su actividad normativa” (Ley de Industria, artículo 8). En el RD 1630/1992 por el que se dictan disposiciones para la libre circulación de productos de construcción, en aplicación de la Directiva 89/106/CEE, se distingue entre: – Norma armonizada: “la establecida por Organismos europeos de normalización de acuerdo con mandatos conferidos por la Comisión de las Comunidades Europeas con arreglo a los procedimientos establecidos en la Directiva 89/106/CEE”. – Norma transposición de norma armonizada: “aquella norma nacional de un Estado miembro de la Unión Europea que sea transposición de una norma armonizada”.

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– Documento de idoneidad técnica europeo (DITE): “evaluación técnica favorable de la aptitud de un producto para el uso asignado, concedida por alguno de los Organismos autorizados a tal efecto, fundamentada en el cumplimiento de los requisitos esenciales previstos para las obras en las que este producto se utiliza”. Los DITE pueden concederse bien a los productos para los que no exista ni una norma armonizada ni una norma nacional o bien para los productos que se aparten significativamente de las normas nacionales armonizadas o de las normas nacionales reconocidas. c) Reglamento Técnico “Especificación técnica relativa a productos, procesos o instalaciones industriales, establecida con carácter obligatorio a través de una disposición para su fabricación, comercialización o utilización” (Ley de Industria, artículo 8).

La normalización ofrece a la sociedad importantes beneficios al facilitar la adaptación de los productos, procesos y servicios a los fines a los que se destinan, protegiendo la salud y el medio ambiente, previniendo los obstáculos al comercio y facilitando la cooperación tecnológica. Es, pues, una actividad que aporta soluciones para aplicaciones repetitivas que se desarrollan, fundamentalmente, en las esferas de la ciencia, la técnica y la economía, con vistas a la obtención de un resultado óptimo. Se manifiesta, generalmente, por la elaboración, publicación y aplicación de normas. Las tuberías no son una excepción a esta regla general, por lo que la normalización de las mismas es una tarea fundamental en nuestros días. De lo dicho en el presente apartado se desprende que el cumplimiento de las normas es, en puridad, voluntario, a diferencia de las Reglamentaciones Técnicas, cuya observancia sí es obligatoria. Ambos documentos, en cualquier caso establecen los requisitos técnicos que deben cumplir los productos y los servicios, pero, mientras que los Reglamentos Técnicos están establecidos por las diferentes Administraciones públicas, y tienen por tanto carácter obligatorio, las normas tienen un carácter voluntario y se establecen por consenso implicando a los usuarios y a los productores de bienes y servicios. No debe concluirse de lo anterior en minusvalorar la validez o aplicabilidad de las normas, puesto que, al fin y a la postre, las Reglamentaciones técnicas de las Administraciones públicas suelen incorporar las normas UNE vigentes en cada materia, con lo que, automáticamente, pasan a tener carácter obligatorio.

d) Organismo de normalización Entidad con actividades reconocidas en el campo de la normalización y cuya función principal es, en consecuencia, la preparación, publicación y/o aprobación de normas.

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En España, la única entidad reconocida para la elaboración de normas en el campo de la calidad industrial es AENOR (www.aenor.es), conforme a lo establecido en el RD 2.200/1995. A efectos de la elaboración de las normas UNE, AENOR está dividida en diversos Comités Técnicos de Normalización (CTN), siendo los de mayor interés en el ámbito de las tuberías a presión los siguientes: CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN CTN

1 7 14 19 36 41 53 66 77 88 112 149

Normas generales Ensayos de materiales Soldadura y técnicas conexas Tuberías de fundición, grifería, valvulería y accesorios metálicos Siderurgia Construcción Plásticos y caucho Gestión de la calidad Medioambiente Productos de cemento reforzado con fibras Corrosión Ingeniería del Agua

A nivel europeo, el organismo de normalización es el CEN (Comité Europeo de Normalización), el cual, de manera análoga a AENOR, se divide en diversos Comités Técnicos (TC, Technicals Committes), siendo los más relevantes en el ámbito de las tuberías a presión los siguientes: TC TC TC TC TC TC TC TC

29 69 155 164 203 219 230 262

Steel tubes and fittings for steel tubes Industrial valves Plastics piping systems and ducting systems Water supply Cast iron pipes, fittings and their joints Cathodic protection Water analysis Corrosion

El CEN está integrado por los países miembros de la UE, los del EFTA (Asociación Europea de Libre Comercio) y la República Checa. Los Organimos de normalización de cada uno de ellos son los que se indican en la tabla adjunta, los cuales elaboran normas sobre todos los aspectos relativos a la calidad industrial, las tuberías entre ellos. Por último, respecto a los Organismos de normalización, es de destacar también la ISO (www.iso.ch), la cual es una agrupación mundial de Organismos de normalización nacionales (AENOR entre ellos), abarcando todos los campos de normalización, excepto la electricidad y la electrónica, del cual se ocupa la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI).

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Tabla 1. Organismos de normalización de los países miembros de CEN

Código normas

Página web

País

Organismo de normalización

Alemania Austria Bélgica Dinamarca España Francia Finlandia Grecia Holanda Irlanda Islandia Italia Luxemburgo Noruega Portugal Reino Unido Rep. Checa Suecia Suiza

Deutsches Institut für Normung DIN www.din.de Österreichisches Normungsinstitut (ON) ON www.on-norm.at Institut Belge de Normalisation (IBN/BIN) NBN www.ibn.be Denmark Danks Standard DS www.ds.dk Asociación Española de Normalización (AENOR) UNE www.aenor.es Association française de normalization (AFNOR) NF www.afnor.fr Finish Standars Association SFS www.sfs.fi Hellenic Organization for Standardization ELOT www.elot.gr Nederlands Normalisatie-instituut (NEN) NEN www.nen.nl National Standars Authority of Ireland NSAI www.nsai.ie Iceland Council for Standardization IST www.stadlar.is Ente Nazionale Italiano di Unificazione UNI www.uni.com Service de l’Energie de l’Etat (SEE) SEE www.etat.lu/see Norges Standardiseringsforbund NSF www.standard.no Instituto Português da Qualidade (IPQ) NP www.ipg.pt British Standards Institution (BSI) BS www.bsi-global.com Czech Standards Institute (CSNI) CSN www.csni.cz Swedish Standars Intitute SSI www.sis.se Schweizerische Normen-Vereinigung (SNV) SNV www.snv.ch

UE

Comité Europeo de Normalización (CEN)

EN

www.cenorm.be

e) Certificación “Actividad que permite establecer la conformidad de una determinada empresa, producto, proceso o servicio con los requisitos definidos en normas o especificaciones técnicas” (artículo 8 de la Ley de Industria). La certificación se manifiesta mediante la concesión de un Certificado de Conformidad o Marca de Calidad.

A diferencia de la normalización, para la certificación de productos conforme a normas UNE, hay autorizadas más instituciones que la propia AENOR. Esta última (AENOR), a efectos de la certificación de productos, está estructurada en distintos Comités Técnicos de Certificación (CTC), foros en los que están representados fabricantes, empresas explotadoras de servicios, consumidores, usuarios y la Administración, de modo que queda garantizada la impar-

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cialidad y transparencia del proceso de certificación. Además de las tareas de otorgamiento de las marcas de calidad, los CTC tienen otra importante labor en el proceso de seguimiento (habitualmente anual) de que las condiciones que se dieron para el otorgamiento inicial de la marca se siguen cumpliendo. En el sector de las tuberías, los principales CTC de AENOR son los siguientes: CTC CTC CTC CTC CTC CTC

001 003 015 017 036 046

CTC CTC CTC CTC CTC

048 049 051 059 061

Plásticos Grifería sanitaria y valvulería Cementos Productos de acero para hormigón Tubos de acero soldado y accesorios roscados de fundición maleable Perfiles y chapas de acero laminado en caliente para aplicaciones estructurales Personal relacionado con la soldadura Barras y perfiles comerciales de acero Aditivos para hormigones, morteros y pastas Áridos Hormigón preparado

Igualmente, para la certificación del sistema de calidad de una empresa determinada hay autorizadas más empresas que AENOR. De lo dicho en el presente apartado se desprende que debe distinguirse entre la certificación de un producto y la de una empresa. La primera se traduce en el otorgamiento de la correspondiente Marca o Certificado que acredita que un producto satisface los requisitos establecidos en determinadas normas (UNE habitualmente) relativos a seguridad y aptitud para la función. Con la segunda se certifica que el sistema de calidad de una empresa (tanto su estructura organizativa, como los productos, procesos y recursos necesarios para poner en práctica la gestión de la calidad) es conforme con el modelo definido en determinada norma, por ejemplo la UNE-EN 9001:2001. La certificación por parte de AENOR de que un producto determinado cumple con lo especificado por las normas UNE al respecto se materializa en la emisión de la oportuna Marca de Calidad o Certificado de Conformidad. La certificación es por tanto la acción llevada a cabo por una entidad reconocida como independiente de las partes interesadas mediante la que se manifiesta que se dispone de la confianza adecuada en que un producto, proceso o servicio debidamente identificado es conforme a una norma u otro documento normativo especificado. f) Acreditación “Reconocimiento formal de la competencia técnica de una entidad para certificar, inspeccionar o auditar la calidad, o un laboratorio de ensayo o de calibración industrial“ (artículo 8 de la Ley de Industria).

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La entidad encargada de estas actividades en España es la ENAC (Entidad Nacional de Acreditación, www.enac.es), la cual es una organización auspiciada y tutelada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología que se constituye con arreglo a lo dispuesto en la Ley de Industria y al RD 2200/95 por el que se aprueba el Reglamento para la Infraestructura de la Calidad y Seguridad Industrial. ENAC es una entidad privada, independiente y sin ánimo de lucro que coordina y dirige en el ámbito nacional un sistema de acreditación. La organización y procedimientos de actuación de ENAC se ajustan en todo momento a los criterios y normas establecidos por la UE (UNE-EN 45003:1995 y UNEEN 45010:1998). En ocasiones el término “acreditación” se utiliza como sinónimo de “certificación”, si bien lo cierto es que la acreditación es el procedimiento por el que un organismo tiene autoridad para reconocer formalmente que determinada institución es competente para efectuar las tareas de certificación descritas en el apartado anterior.

2.2.2 Normativa y Reglamentación básica en el ámbito de las tuberías a presión 2.2.2.1. Generalidades En los diferentes capítulos y apartados del presente documento se detalla la Reglamentación española y de la Unión Europea, así como aquellas normas nacionales o internacionales que sean de interés para cada tipo de tubo en particular o, en general, para otros aspectos tratados en este documento, tal como ensayos de control de calidad, cálculo hidráulico o mecánico, instalación y explotación de tuberías, etc. En particular las diferentes normas consideradas son las siguientes: – – – – – –

Normas españolas UNE de AENOR Normas europeas EN, de CEN Normas nacionales de otros países de la UE (NF, BSI, DIN, UNI, etc.). Normas norteamericanas: Básicamente AWWA y ASTM Normas internacionales: ISO Otras normas de interés en cada caso particular: API para tubos de acero, SSPC para los revestimientos de estos tubos, etc.

De la relación anterior, a los efectos de este documento, se han destacado de forma especial las normas europeas EN, así como las españolas UNE. En las normas que se citan en este documento se hace referencia, en general, a su código y a la fecha de edición de dichas normas. Dado el dinamismo del sector de la normalización, el mismo debería ser actualizado con la frecuencia necesaria para que pueda incorporar el contenido de las normas que vayan cambiando en futuras revisiones.

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Esta Guía Técnica recoge el contenido de una gran cantidad de normas relativas al diseño de tuberías (más de 300), empleándose una gran cantidad de siglas, acrónimos o en general tecnicismos que pueden no ser familiares al usuario del documento. Por ello, deben hacerse algunas aclaraciones al respecto. Por un lado, como ya se ha indicado, AENOR es la encargada de la elaboración de las normas UNE (Una Norma Española), las cuales pueden ser de diversos tipos. En primer lugar estarían las propias normas auspiciadas por los CTN de AENOR (que serían en rigor las conocidas como normas UNE). Pueden ser también trasposición directa de normas europeas EN (se denominan en este caso normas UNE-EN), si bien hay más posibilidades. Por ejemplo, una tipología específica de normas UNE son las normas experimentales (UNE-EX), las cuales tienen carácter provisional ya que “son normas que se establecen para su aplicación provisional en campos técnicos donde el grado de innovaciones es elevado o exista una urgente necesidad de orientación, en relación al tema que abarca la norma”. Otra posibilidad serían, por ejemplo, las normas referidas como PNE, los cuales son proyectos de normas UNE que, por la razón que sea, se decide sean publicados. O también AENOR elabora informes técnicos (que no normas), los cuales se editan con el código UNE-IN. En cuanto a las normas europeas EN, el Comité Europeo de Normalización (CEN) es el encargado de elaborarlas, para lo que cuenta con la colaboración de expertos acreditados de los diferentes países miembros. Este hecho provoca que, en ocasiones, su proceso de elaboración sea muy largo. El primer paso es la redacción de un documento de partida (un borrador) que, en muchas ocasiones, recoge esencialmente el contenido de normas nacionales e internacionales ISO en uso y que sirve de base para las discusiones encaminadas a un consenso provisional del TC que la estudia. Este primer borrador se define por una denominación provisional al que, una vez aprobado, se le asigna un número de proyecto de norma EN (prEN). Dicho borrador es sometido a encuesta pública y si, a su vez, es aprobado por la mayoría de los miembros del CEN, queda definitivamente como norma EN y se edita en inglés, francés y alemán. La publicación de una norma EN obliga a todos los países miembros del CEN a conferirle el estatuto de norma nacional y retirar todas aquellas otras que estén en contradicción en un tiempo establecido. En España en particular, AENOR es la encargada de traducir las normas EN y publicarlas como normas UNE-EN. En ocasiones, cuando los proyectos de normas europeas prEN se alargan en exceso, se publican normas UNE EX con el contenido de dichos proyectos con un plazo de validez de las mismas que expira cuando se publique definitivamente la norma europea EN en cuestión.

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Si la norma EN en cuestión hubiera sido tomada por consenso a partir de una norma ISO existente, la norma EN reflejaría su procedencia denominándose ENISO, y la correspondiente norma UNE sería UNE-EN-ISO. Las normas EN, a su vez, en muchas ocasiones están divididas en distintas partes.

Ejemplo 1

Por último CEN o ISO también elaboran documentos que no son estrictamente normas. Son por ejemplo los TR (Informes Técnicos, “Technical Report”), o las TS (Especificaciones técnicas, “Technical Specifications”, equivalentes, aproximadamente, a las normas experimentales).

La reciente norma UNE-EN 1452:2001 relativa a tubos de PVC-U tuvo su origen (en 1992) en el borrador denominado provisionalmente CEN/TC 155 wi019 (que quiere decir que era el documento número 19 de los elaborados por el TC 155), el cual en el año 1994 se aprobó como prEN 1452 (ya con el número que definitivamente tendría) y en 1999 como norma definitiva EN 1452. Por último en 2001 fue traspuesto por AENOR como la norma UNE-EN 1452, sustituyendo hasta la entonces vigente UNE 53112:1988. Dicha norma EN 1452 tiene un total de siete partes (de la EN 1452-1 a la EN 1452-7) O la también reciente norma UNE 53323:2001 EX, relativa a tubos de PRFV, se ha elaborado a partir del contenido del proyecto de norma europea prEN 1796, de manera que cuando éste sea aprobado definitivamente, AENOR lo adoptará integramente y anulará esta norma experimental sustituyéndola por la futura UNE-EN 1796

Como apéndice a este documento se relacionan, con su título completo, la totalidad de las normas referenciadas, así como una breve reseña con las principales características de cada uno de los Organismos normalizadores.

2.2.2.2. Normas de producto La UE, a través del CEN, viene realizando un importante esfuerzo de normalización en el ámbito de las tuberías a presión, de manera que en los últimos cinco o diez años se han publicado, o están en la fase final de su elaboración, normas EN relativas a la totalidad de las tipologías habituales de tuberías a presión (normas de producto), las cuales, a su vez, están siendo oportunamente traspuestas como normas UNE por AENOR. En particular, en la Tabla 2 se resumen las normas europeas, o proyectos (pr) en su caso, más significativos relativos a la materia.

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Tabla 2. Normas de producto EN y UNE-EN relativas a tuberías a presión Tipo de tubo

Norma

Fundición dúctil

UNE-EN 545:1995

Acero

prEN 10224:1998

THAsCCh

UNE-EN 639:1995 y UNE-EN 640:1995

THAcCCh

UNE-EN 639:1995 y UNE-EN 641:1995

THPcCCh

UNE-EN 639:1995 y UNE-EN 642:1995

THPsCCh

UNE-EN 639:1995 y UNE-EN 642:1995

PVC-U

UNE-EN 1452:2000

PE

prEN 12201:2000 y prEN 13224:1998 (UNE 53965:1999 EX y UNE 53966:2001 EX)

PVC-O

—-

PRFV

prEN 1796:2000 (UNE 53323:2001 EX)

Válvulas

UNE-EN 1074:2000, UNE-EN 736:1996 ó UNE-EN 1452-4:2001

– En los tubos de acero no hay en la actualidad ninguna norma UNE relativa a ellos –

Para los tubos de PE existen en la actualidad las normas UNE 53131:1990 y UNE 53490:1990 que, cuando sean publicadas las normas EN 12201 y EN 13224, serán oportunamente sustituidas. Entre tanto, las normas UNE 53965:1999 EX y 53966:2001 EX incorporan provisionalmente parte del contenido del prEN 12201:2000

–

Los tubos de PVC-O no disponen de norma EN alguna sobre ellos, si bien en la actulidad se está trabajando en la redacción de un proyecto de norma ISO (el prISO 16422-4:2000), a partir del que razonablemente se elaborará una noma EN con su contenido

–

La norma UNE 53323:2001 EX relativa a tubos de PRFV incorpora el contenido del prEN 1796:2000, de manera que cuando éste sea definitivo, la primera será derogada (en parte) dando lugar a la norma UNE-EN 1796.

2.2.2.3 Normativa y Reglamentación relativa al diseño general de la tubería En cada instalación en particular deben observarse las especificaciones propias del Organismo responsable (los Reglamentos Técnicos), así como las prescripciones que figuren en cada proyecto. Además, se recomienda seguir lo especificado por la reciente norma UNE-EN 805:2000, la cual recoge especificaciones generales para las redes de abastecimiento de agua, incluyendo prescripciones comunes para todos los tipos de tubos independientemente de su material, en aspectos tales como su instalación, pruebas de la tubería instalada, clasificación, denominación, etc., los cuales se han recogido en el presente documento.

28

2.2.2.4. Legislación sanitaria En el caso de que la red de tuberías tenga como destino un abastecimiento a poblaciones (agua potable) debe observarse también la vigente Reglamentación Técnico Sanitaria para Aguas Potables (RTSAP), la cual, en la actualidad, está desarrollada en el RD 140/2003 por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano. Dicho RD incorpora al derecho interno español el contenido de la Directiva 98/83/CE relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano (Drinking Water Directive). En este mismo ámbito del agua potable, deben también observarse las disposiciones que dictará el Grupo de Reguladores para los Productos de Construcción en contacto con Agua Potable (CIPC/GT4), el cual, al amparo de la futura trasposición de la Directiva 98/83/CE, elaborará en un futuro listas de elementos y sustancias permitidas en las redes de agua potable.

La reglamentación sanitaria ha vivido una época de transición reciente en España. Durante muchos años, la RTSAP vigente ha sido la establecida en el RD 1138/90 (que a su vez tuvo una primera versión en el año 1982, RD 1423/82), el cual trasponía lo especificado por la Directiva Europea 80/778/CEE, elaborada en los años 70. Dicha Directiva Europea fue sustituida en el año 1998 por la Directiva 98/83/CE, publicada en el DOCE el 5/12/98 (BOE 25/12/98) fecha a partir de la cual los Estados miembros de la UE disponían de dos años para adoptar las medidas legales, reglamentarias y administrativas para cumplir con ella, por lo que las trasposiciones deberían haber estado hechas antes del 25/12/00, si bien en España, por distintos avatares administrativos, no ha sido traspuesta hasta febrero de 2003. Por otro lado, la Comisión Interministerial para los Productos de Construcción (CICP) fue creada en el año 1995 al amparo del RD 1630/1992 como órgano de apoyo y coordinación para el desarrollo y aplicación de lo dispuesto en dicho RD y como cauce para las actuaciones en el seno del Comité Permanente de la Construcción creado por el artículo 19 de la Directiva 89/106/CEE, Dicha CICP constituyó en el año 2000 el Grupo de Reguladores para los Productos de Construcción en contacto con Agua Potable (CIPC/GT4), el cual se concibe como un “grupo espejo” de su homólogo europeo, el RG-CPDW (Regulators Group for Construction Products in contact with Drinking Water). En el CIPC/GT4 están presentes todos los sectores afectados: Administración del Estado (a través de los Ministerios de Fomento, de Medio Ambiente, de Sanidad y Consumo, de Ciencia y Tecnología o de otras instituciones públicas, tal como el Instituto de Salud Carlos III, el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja o el CEDEX), AENOR, consumidores, usuarios y fabricantes de productos.

29

Debe, en cualquier caso, observarse también la Directiva de la Unión Europea 76/769/CEE del Consejo de 27 de julio, relativa a la aproximación de las disposiciones de los estados miembros sobre sustancias y preparados peligrosos. En España, sobre la base de esta Directiva, se ha publicado el RD 1406/1989 de 10 de noviembre, el cual ha sufrido varias modificaciones en su Anexo I como consecuencia de la evolución de la normativa comunitaria en la materia y de la necesidad de incrementar los niveles de protección de la salud. Pueden citarse entre ellas, las OM del Ministerio de la Presidencia de 15 de diciembre de 1998 y de 6 de julio de 2000. También debe observarse lo previsto en las Directivas de la Unión Europea 83/478/CEE del Consejo (que prohibe el amianto azul y establece el etiquetado obligatorio de los productos con amianto) y 91/659/CEE de la Comisión (que prohibe amiantos anfíboles y limita la aplicación del crisotilo), si bien supeditadas a la Directiva 1999/77/CEE de la Comisión de 26 de julio y a la OM del Ministerio de la Presidencia del 7 de diciembre de 2001 (ver apartado 2.1).

2.2.2.5. Legislación medioambiental Conforme a lo establecido por la Ley 6/2001 de modificación del RD 1302/1986 de Evaluación de Impacto Ambiental, los proyectos de tuberías para el transporte de agua a presión han de someterse a la oportuna evaluación de impacto ambiental, en los casos y conforme al procedimiento previsto en dicha Ley. Complementariamente a lo anterior, debe también tenerse en cuenta la legislación desarrollada por las respectivas Comunidades Autónomas en materia de evaluación de impacto ambiental.

El anexo I de la Ley 6/2001 incluye una amplia relación de proyectos (públicos o privados) que deben ser sometidos a una evaluación de impacto ambiental en los términos previstos en dicha Ley. En el caso de las tuberías para el transporte de agua a presión las situaciones más frecuentes son las siguientes: “Grupo 1. Agricultura, silvicultura, acuicultura y ganadería d) Proyectos de gestión de recursos hídricos para la agricultura, con inclusión de proyectos de riego o de avenamiento de terrenos, cuando afecten a una superficie mayor de 100 hectáreas. No se incluyen los proyectos de consolidación y mejora de regadíos. Grupo 7. Proyectos de ingeniería hidráulica y de gestión del agua c) Proyectos para el trasvase de recursos hídricos entre cuencas fluviales, excluidos los trasvases de agua potable por tubería, en cualquiera de los siguientes casos:

30

1.° que el trasvase tenga por objeto evitar la posible escasez de agua y el volumen trasvasado sea superior a 100.000.000 de m3/año 2.° que el flujo medio plurianual de la cuenca de la extracción supere los 2.000.000.000 de m3/año y el volumen de agua trasvasada supere el 5% de dicho flujo 3.° en todos los demás casos, cuando alguna de las obras que constituyen el trasvase figure entre las comprendidas en este anexo I Grupo 9. Otros proyectos b) Los siguientes proyectos correspondientes a actividades listadas en el anexo I que, no alcanzando los valores de los umbrales establecidos en el mismo, se desarrollen en zonas especialmente sensibles, designadas en aplicación de la Directiva 79/409/CEE, del Consejo, de 2 de abril, relativa a la conservación de aves silvestres, y de la Directiva 92/43/CEE, del Consejo, de 21 de mayo, relativa a la conservación de hábitats naturales y de la fauna y flora silvestres, o en humedales incluidos en la lista del Convenio de Ramsar: 3.° proyectos de gestión de recursos hídricos para la agricultura, con inclusión de proyectos de riego o de aveniamiento de terrenos, cuando afecten a una superficie mayor de 10 hectáreas. c) Los proyectos que se citan a continuación, cuando se desarrollen en zonas especialmente sensibles, designadas en aplicación de la Directiva 79/409/CEE y 92/43/CEE o en humedales incluidos en la lista del Convenio de Ramsar: 1.° instalaciones para la producción de energía hidroeléctrica 8.° instalaciones para la conducción de agua a larga distancia, cuando la longitud sea mayor de 10 km y la capacidad máxima de la conducción sea superior a 5 m3/s” Conforme a la anterior Ley 6/2001, el órgano ambiental competente también podrá establecer, por decisión motivada y pública, que sea necesario la realización de la evaluación de impacto ambiental en los siguientes casos, incluidos en el anexo II de dicha Ley: “Grupo 1. Agricultura, silvicultura, acuicultura y ganadería d) Proyectos de gestión de recursos hídricos para la agricultura, con inclusión de proyectos de riego o de avenamiento de terrenos, cuando afecten a una superficie mayor de 10 hectáreas (proyectos no incluidos en el anexo I), o bien proyectos de consolidación y mejora de regadíos de más de 100 hectáreas.

31

Grupo 4. Industria energética c) Instalaciones para la producción de energía hidroeléctrica (cuando, según lo establecido en el anexo I, no lo exija cualquiera de las obras que constituyen la instalación) Grupo 8. Proyectos de ingeniería hidráulica y de gestión del agua b) Proyectos para el trasvase de recursos hídricos entre cuencas fluviales cuando el volumen de agua trasvasada sea superior a 5.000.000 de m3. Se exceptúan los trasvases de agua potable por tubería o la reutilización directa de las aguas depuradas (proyectos no incluidos en el anexo I) f) Instalación de conducciones de agua a larga distancia, cuando la longitud sea mayor de 40 kilómetros y la capacidad máxima de la conducción sea superior a 5 m3/s (proyectos no incluidos en el anexo I)” Por último, anteriormente, el RD 9/2000, que también modificó el RD 1302/1986 de impacto ambiental, exigía la necesaria evaluación de impacto ambiental en el siguiente caso: “Instalación de acueductos de larga distancia, cuando la longitud sea mayor de 10 kilómetros y la conducción cumpla alguno de los supuestos siguientes: 1.° Conducción en tubo, cuando el diámetro de éste sea superior a 1 metro 2.° Conducción mediante varios tubos, cuando la suma de los diámetros de todos sea superior a 1,2 m”. 2.2.2.6. Otra Reglamentación a tener en cuenta En su caso, debe observarse también lo previsto en la Ley 38/1999 de Ordenación de la Edificación, así como la Reglamentación vigente en materia de seguridad y salud en el trabajo y lo establecido, en su caso, en el Estudio de Seguridad y Salud del Proyecto y en el correspondiente Plan de Seguridad y Salud de Obra. En dicho contexto, es de aplicación lo establecido en la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales, la cual determina el cuerpo básico de garantías y responsabilidades para establecer un adecuado nivel de protección de la salud de los trabajadores frente a los riesgos derivados de las condiciones de trabajo. En particular, debe observarse lo establecido en el RD 1627/1997 por el que se establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción, el cual fue elaborado en desarrollo del artículo 6 de la anterior Ley y transpone lo establecido al respecto por la Directiva 92/57/CEE. Por último, el personal que trabaje en el abastecimiento en tareas en contacto directo con agua de consumo humano deberá cumplir los requisitos técnicos y sanitarios que dispone el RD 202/2000.

32

2.3 Sistema de unidades Las unidades adoptadas en el presente documento corresponden a las del Sistema Internacional de Unidades de Medidas (SI), cuyas unidades básicas son las siguientes: para para para para para para

resistencias fuerzas: fuerzas por fuerzas por fuerzas por momentos:

y tensiones: unidad de longitud: unidad de superficie: unidad de volumen:

N/mm2 = MPa kN kN/m kN/m2 ó N/mm2 kN/m3 kN x m

El Sistema Internacional de Unidades de Medidas (SI) es obligatorio en España desde la publicación del RD 1296/86, de 28 de junio, por el que, además, se derogó definitivamente el Sistema Métrico Decimal (o sistema MKS). En cualquier caso, el SI ya fue declarado de uso legal por la Ley 88/1967, de 8 de noviembre. Entre esas dos fechas fueron de uso compatible ambos, el Sistema Métrico Decimal y el Sistema Internacional. La correspondencia entre las unidades del Sistema Internacional (SI) y las del Sistema Metro-Kilopondio-Segundo (MKS) es la siguiente: 1 N = 0,102 kp 1 N/mm2 = 10,2 kp/cm2

e inversamente 1 kp = 9,8 N e inversamente 1kp/cm2 = 0,098N/mm2

En las tablas adjuntas se indican las equivalencias entre otras unidades que pueden ser frecuentes en el ámbito de las tuberías a presión, así como los prefijos empleados en el SI para los múltiplos y submúltiplos de las unidades básicas.

Tabla 3. Factores de conversión Para convertir Medidas de longitud

en

Debe multiplicarse por

mm

Pulgadas

0,0394

m

Pies

3,2808

m

Yardas

1,0936

m

Brazas

0,5468

m

Millas tierra

0,6214

km

Millas mar (USA)

0,5399

km

Millas mar (UK)

0,5396

33

Tabla 3 (Cont.). Factores de conversión Para convertir

Medidas de superficie

mm2

0,001550

m

Pies cuadrados

10,7369

m2

Yardas cuadradas

1,1960

km

Medidas de peso

Medidas de densidad

Debe multiplicarse por

Pulgadas cuadradas

2

Medidas de volumen

en

2

Acres

247,105

km2

Millas cuadradas

0,3861

Hectáreas

Acres

2,4710

3

cm

Pulgadas cúbicas

0,0610

m3

Pies cúbicos

35,3145

m3

Yardas cúbicas

m3

Acre-pie

m3

Galones (USA)

264,178

m3

Galones (UK)

219,979

kg

Libras

Toneladas métricas

Toneladas (USA)

1,1023

Toneladas métricas

Toneladas (UK)

0,9842

kg/m3

Libra/pie

3

1,3079 8,107 x 10-4

2,2046

3

0,06243 3

3,613 x 10-5

kg/m

Libra/pulgada

Medidas de caudal

m3/s

Pie3/min

2.118,6

Medidas de velocidad

km/h

Millas hora (mph)

0,6214

km/h

cm/s

27,78

km/h

Pie/minuto

54,68

km/h

Nudo

0,5396

kg/cm2

Atmósferas

1,033

kg/cm2

Bares

1,000

2

2

T/m

10

kg/cm2

MPa

0,10

Atmósferas

Metros columna de agua

Medidas de presión

kg/cm

kg/cm

34

2

2

10,33

Libras/pulgada (psi)

14,22

2

2.048,0

kg/cm2

Libra/pie

kg/cm2

Toneladas/pie 2 (tsf)

0,9140

Tabla 4. Prefijos para múltiplos y submúltiplos del SI Factor 10-1 10

-2

10-3 10

-6

10

-9

10

-12

10-15

Prefijo

Símbolo

Factor

d

10

centi

c

2

mili

m m

deci

micro nano

n

Prefijo

Símbolo

deca

da

10

hecto

h

103

kilo

k

6

mega

M

9

giga

G

12

10 10

pico

p

10

tera

T

femto

f

10-18

atto

A

2.4 Glosario de términos A continuación se definen una serie de términos de índole general de aplicación para todos los tipos de tubos y demás elementos constitutivos de la tubería, figurando en los respectivos apartados del documento aquellas otras definiciones de carácter específico. a) Tubo Elemento de sección transversal interior uniforme en forma de corona circular y que en sentido longitudinal es generalmente recto. El elemento de unión que se disponga en cada caso se entiende que forma parte del tubo como tal.

Se ha indicado que los tubos son “generalmente” rectos en sentido longitudinal, porque hay algunas tipologías (PE, PVC-U o el propio acero), que admiten cierta curvatura. Las piezas conocidas en el mercado como “brida-liso” y “manguitos”, aun cumpliendo la definición anterior, no tienen la consideración de tubos, sino de piezas especiales.

b) Pieza especial Elemento que, intercalado entre los tubos, permite cambios de dirección o de diámetro, derivaciones, empalmes, obturaciones, etc.

35

Esta definición es concordante con el contenido de la norma UNE-EN 805:2000, la cual distingue entre “piezas especiales” y “accesorios”, en los términos expuestos en el presente Documento. No obstante lo anterior, lo cierto es que muchas normas de producto (fundición o materiales plásticos, por ejemplo) identifican ambos conceptos y utilizan exclusivamente el término “accesorios”. Las “piezas especiales” son, en cualquier caso, los “fittings” o “raccords” en la denominación inglesa o francesa, respectivamente.

c) Válvula Elemento hidromecánico que, instalado entre los tubos, permite controlar el paso del agua, evitar su retroceso, reducir su presión, dar seguridad a la red, etc.

Abundando en lo anterior, algunas normas incluyen definiciones específicas para las válvulas que ofrecen ejemplos de las funciones antes señaladas. Por ejemplo, en UNE-EN 736-1:2000 (ver apartado 3.9.2.1) se define el término válvula como el “componente de las tuberías que permite actuar sobre el fluido por apertura, cierre u obstrucción parcial de la zona de paso del mismo o por desvío o mezcla del fluido”. O la norma UNE-EN 805:2000 define a la válvula como el “componente que permite cortar o regular el caudal y la presión, por ejemplo: válvula de aislamiento, válvula de regulación, dispositivo reductor de presión, purgador, válvula anti-retorno, hidrantes y bocas de riego”. La norma UNE EN 805:2000 amplía el contenido del concepto “válvulas” a los purgadores, a los que, en esta Guía Técnica, se les ha considerado como “accesorios”.

d) Elemento complementario de la tubería Es cualquier estructura, fundamentalmente obras de fábrica –macizos de anclaje, arquetas, cámaras de válvulas y otros dispositivos–, que intercalada en la tubería, permite y facilita su explotación. e) Unión Es el dispositivo que hace posible enlazar de forma estanca dos elementos consecutivos de la tubería. Los sistemas de unión suelen clasificarse de la siguiente manera: – Uniones flexibles: si permiten una desviación angular significativa, tanto durante como después de la instalación, y un ligero desplazamiento diferencial entre ejes.

36

– Uniones rígidas: si no permiten desviación angular significativa ni durante ni después de la puesta en obra – Uniones ajustables: si solamente permiten una desviación angular significativa en el momento de la instalación, pero no posteriormente Otra clasificación habitual de los sistemas de unión sería la siguiente: – Uniones autotrabadas o resistentes a la tracción: si son capaces de resistir el empuje longitudinal producido por la presión interna y, cuando se de el caso, también por las fluctuaciones de temperatura y contracción de Poisson de la tubería bajo presión interna – Uniones no autotrabadas o no resistentes a la tracción: las que tienen un juego axial adecuado para acomodar el movimiento axial del extremo liso inducido por fluctuaciones térmicas y contracción de Poisson de la tubería bajo presión interna, además de la desviación angular especificada. Es preciso distinguir entre la propia “unión” como tal (el sistema que permite conectar dos elementos consecutivos de la tubería) y los elementos que la componen, que según sea su tipología serán unos u otros: anillo elastomérico, guarnición de junta, manguitos, bridas, etc. f) Accesorio “Elemento distinto a los tubos, piezas especiales, válvulas, uniones o elementos complementarios de la red, pero que forman también parte de la tubería, como por ejemplo contra-bridas, tornillos y juntas para uniones acerrojadas, dispositivos para toma en carga, etc.” (UNE-EN 805:2000). A los efectos de este documento, las ventosas y los contadores han sido considerados como accesorios. Como se ha indicado anteriormente, muchas normas de producto (fundición o materiales plásticos) utilizan el término “accesorio” para referirse a las “piezas especiales”. En este Documento, no obstante, se ha optado por seguir el criterio de UNE-EN 805:2000, distinguiendo ambos conceptos en los términos expuestos. g) Componente Es cualquiera de los elementos antes definidos, los cuales constituyen la tubería (tubos, piezas especiales, uniones, elementos complementarios, accesorios, etc.). h) Tubería Es la sucesión de tubos unidos, con la intercalación de las piezas especiales, de las válvulas, de los accesorios necesarios y de los elementos complementarios que la red requiera, formando un conducto estanco no permeable que conserve las calidades del agua para su suministro y que permita una explotación fácil y económica.

37

i) Dimensión nominal Valor numérico convencional que se adopta para caracterizar dimensionalmente a los distintos componentes de la tubería, y se refieren a los diámetros, a las longitudes, a los espesores, etc. y sobre ellos se establecen las tolerancias y desviaciones admisibles.

Ejemplo 2

En el ámbito específico de determinadas tipologías de tuberías (en concreto en las de fundición), es preciso distinguir el concepto de “tolerancia” frente al de “desviación”. Las normas de producto establecen unas dimensiones nominales respecto a las que, en ocasiones, admiten definir también como aceptables otras cercanas a éstas, denominadas desviaciones. Sobre ambas (valores nominales y desviaciones) se establecen las tolerancias. Para los tubos de fundición, la norma UNE-EN 545:1995 establece como dimensión nominal de la longitud de un tubo de fundición de diámetro 1.500 mm y de unión flexible, el valor de 8,15 metros, admitiendo una desviación de +/- 150 mm y una tolerancia de +/- 30 mm. Ello quiere decir que el fabricante puede suministrar el tubo de una longitud comprendida en el intervalo de 8 a 8,30 metros, aplicando sobre el valor declarado la tolerancia de +/- 30 mm.

j) Diámetros – Diámetro interior (ID). La norma UNE-EN 805:2000 lo define como “el diámetro interior medio de la caña del tubo en una sección cualquiera”. – Diámetro exterior (OD). Análogamente, la norma UNE-EN 805:2000 lo define como “el diámetro exterior medio de la caña del tubo en una sección cualquiera”. – Diámetro nominal (DN). Valor tomado de una serie de números convencionales que se adopta para caracterizar dimensionalmente a los diámetros, y que coincide aproximadamente, en general, con su valor real en milímetros. Se puede referir tanto a los diámetros interiores (diámetro nominal interior, DN/ID), como a los exteriores (diámetro exterior nominal, DN/OD). Cuando no se especifique a cual de ellos se refiere (y se hable, en consecuencia, simplemente de diámetro nominal, DN) debe tenerse en cuenta que en unos tubos se refiere al interior (DN=DN/ID; fundición, hormigón y PRFV) mientras que en otros es al exterior (DN=DN/OD; acero, PVC-U, PVC-O y PE), conforme a lo indicado en cada uno de los apartados de este documento. En la norma UNE-EN 805:2000, la serie de números convencionales que determinan los posibles valores normalizados de los DN son los siguientes, según DN se refiera a OD o a ID: DN/ID: 20, 30, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.100, 2.200, 2.400, 2.500, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.500, 4.000

38

DN/OD: 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 ,125, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.100, 2.200, 2.400, 2.500, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.500, 4.000

El DN es, por tanto, el valor teórico del diámetro y coincide, aproximadamente, habida cuenta de las tolerancias, con el valor real del mismo, pudiendo referirse bien al interior (diámetro nominal interior) o al exterior (diámetro nominal exterior), si bien en genérico en ocasiones se utiliza exclusivamente el término diámetro nominal, entendiendo que se trata en unos casos del interior y en otros del exterior. Con todo ello, lo más habitual, no obstante, es referirse bien al diámetro interior (ID), al exterior (OD) o al nominal (DN). Los acrónimos empleados en este documento para la designación de los diámetros ID u OD (del inglés,”Internal Diameter” y “Outside Diameter” respectivamente) son los utilizados en UNEEN 805:2000. Por otro lado, la anterior definición de DN es, aproximadamente, la que figura en la norma UNE-EN 805:2000 (“designación numérica del diámetro de un componente mediante un número entero aproximadamente igual a la dimensión real, en milímetros. Esto se aplica tanto al diámetro interior como el diámetro exterior”) o en la UNE-EN-ISO 6708:1996 (“designación alfanumérica de dimensión de los componentes de un sistema de canalización, que se utiliza con fines de referencia. Comprende las letras DN seguidas de un número entero adimensional que está relacionado indirectamente con las dimensiones reales, en milímetros, del taladro o del diámetro exterior en los extremos de las conexiones”). En relación con los valores normalizados del DN, otras normas, no obstante, establecen series algo diferentes a la especificada de UNE-EN 805:2000. Por ejemplo, la antes citada norma UNE-EN ISO 6708:1996, cuyo objeto es expresamente la definición del DN, establece los siguientes valores preferentes del DN: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.200, 2.400, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.400, 3.600, 3.800, 4.000 Otras normas particulares de cada producto prevén valores específicos para cada uno. Por ejemplo, la norma ISO 4065:1996 (relativa a las dimensiones de los tubos de materiales termoplásticos) prevé el DN 140, el cual ha sido incluido en las respectivas normas de PVC-U, PVC-O o de PE, y es muy utilizado en la práctica.

39

k) Ovalación Diferencia entre la forma real y la teórica de la sección transversal de los tubos. Su cálculo y sus valores admisibles se indican en el correspondiente capítulo del presente documento, según el tipo de tubo de que se trate.

La ovalación no debe entenderse como una tolerancia de fabricación, sino como el estado de deformación admisible de una conducción una vez instalada, durante su vida útil, ante la acción de las solicitaciones a las que vaya a estar sometida.

l) Presiones Los términos empleados para referirse a las distintas presiones hidráulicas de un sistema de tuberías son variados según la fuente que se consulte, lo que ha contribuido, sin duda, a crear una cierta confusión terminológica, tal como se hacía referencia al comienzo de este documento. En la presente Guía Técnica se ha tratado de ordenar las ideas existentes al respecto, optándose por adoptar básicamente (allá donde existan) los términos y siglas que, en general, emplea la reciente norma UNE-EN 805:2000 al respecto (por la validez intrínseca de una norma de estas características), entendiendo que, aunque se trata de un documento joven y en consecuencia poco divulgado y utilizado por los usuarios, el tiempo, razonablemente, irá haciendo que dichos términos vayan implantándose. No obstante, debe recordarse e insistir en que no existe un patrón único para esta terminología y simbología, de forma que no debe extrañar al usuario de este documento el constatar que muchas publicaciones, artículos técnicos, foros de debate o las propias normas UNE (incluso en las más recientes) no sigan lo aquí establecido.

Es preciso distinguir, en cualquier caso, entre las presiones hidráulicas que solicitan a la tubería, y las presiones que cada componente es capaz de resistir individualmente. – Presiones hidráulicas que solicitan a la tubería o a la red. – Presión estática. – Presión de diseño (DP). – Presión máxima de diseño (MDP). – Presión de prueba de la red (STP). – Presión de funcionamiento (OP). – Presión de servicio (SP).

40

– Presiones relativas a los componentes. – Presión nominal (PN). – Presión de funcionamiento admisible (PFA). – Presión máxima admisible (PMA). – Presión de prueba en obra admisible (PEA). – Presión de prueba en fábrica. – Presión de rotura (Pr). Los acrónimos empleados para definir la presión de diseño (DP), máxima de diseño (MDP), de prueba de la red (STP), de funcionamiento (OP) y de servicio (SP) son los utilizados en UNE-EN 805:2000 y corresponden a las iniciales en inglés de “Design Pressure”, “Maximum Design Pressure”, ”System Test Pressure”, “Operating Pressure” y “Service Pressure”. Por su parte, los acrónimos PFA, PMA y PEA corresponden, respectivamente, a las iniciales en francés de “Presión de Fonctionnement Admisible”, “Presión Maximale Admisible” y “Presión d´Épreuve Admisible sur chantier”. Las siglas PN y Pr utilizadas para referirse a la presión nominal y a la de rotura, respectivamente, eran las empleadas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Agua del MOPU de 1974, y para el resto de presiones, no habiendo referencia alguna oficial para las mismas, se ha optado por no adoptar ninguna, con el objeto de no crear confusiones adicionales.

l.1)

Presiones hidráulicas que solicitan a la tubería o a la red – Presión estática. Es la presión en una sección de la tubería cuando, estando en carga, se encuentra el agua en reposo. Este concepto, aunque obvio, no se encuentra definido ni en la norma UNE-EN 805:2000 ni en el Pliego de Tuberías MOPU 1974 (en este último documento, sólo era citado indirectamente, pero no definido expresamente). – Presión de diseño (DP). Es la mayor de la presión estática o la presión máxima de funcionamiento en régimen permanente en una sección de la tubería, excluyendo, por tanto, el golpe de ariete.

Al igual que el caso anterior, este concepto no figuraba definido expresamente en el Pliego de Tuberías MOPU 1974. Dicho Documento hablaba indirectamente de la “presión de servicio” para referirse a la máxima presión en funcionamiento, excluyendo, por tanto, el golpe de ariete.

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El término “presión de diseño” y sus siglas DP son las adoptadas en UNE-EN 805:2000 (donde se define como la “presión máxima de funcionamiento, en régimen permanente, de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones, pero excluyendo el golpe de ariete”). Es diferente el caso de una impulsión que el de una tubería por gravedad; en el primer caso, en el funcionamiento normal, la presión en la tubería será mayor que la estática, siendo la presión de diseño, por tanto, la máxima de funcionamiento, mientras que en el caso de una tubería por gravedad, la presión en funcionamiento es menor que la estática, coincidiendo ésta en este caso, por tanto, con la presión de diseño. No debe llamar a engaño la denominación “presión de diseño”, pues ésta no es para la que realmente se diseña la tubería, ya que no considera la sobrepresión debida al golpe de ariete (ver siguiente definición).

– Presión máxima de diseño (MDP). Es la presión máxima que puede alcanzarse en una sección de la tubería en servicio, considerando las fluctuaciones producidas por un posible golpe de ariete. Este concepto, de gran importancia, sí figuraba definido expresamente en el Pliego del MOPU 74 como “presión máxima de trabajo” y lo representaba con las siglas Pt. Al igual que en el caso anterior, el término “presión máxima de diseño” y sus siglas MDP son las adoptadas en UNE-EN 805:2000 (donde se define como la “presión máxima de funcionamiento, en régimen permanente, de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones, e incluyendo el golpe de ariete”). Esta presion máxima de diseño es para la que realmente se diseña la tubería.

– Presión de prueba de la red (STP). Es la presión hidráulica interior a la que se prueba la tubería una vez instalada y previo a la Recepción para comprobar su estanquidad.

El Pliego de Tuberías MOPU 74 entendía que había dos presiones diferentes para esta finalidad: la “presión de prueba en zanja” y la “presión de prueba de estanquidad”, si bien no utilizaba sigla alguna para referirse a ellas.

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Al igual que en los casos anteriores, el término “presión de prueba de la red” y sus siglas STP son las adoptadas en UNE-EN 805:2000 (donde se define como la “presión hidrostática aplicada a una conducción recientemente instalada de forma que se asegure su integridad y estanquidad”).

Además de las anteriores presiones, la norma UNE-EN 805:2000 distingue entre la presión de funcionamiento, OP, como la “presión interna que aparece en un instante dado en un punto determinado de la red de abastecimiento de agua”, y la presión de servicio, SP, esto es, la “presión interna en el punto de conexión a la instalación del consumidor, con caudal nulo en la acometida”. Por último, en la Tabla 5, para una mayor claridad, se relaciona la terminología empleada en UNE-EN 805:2000 y el Pliego de Tuberías del MOPU de 1974 para referirse a las distintas presiones que solicitan a la tubería.

Tabla 5. Denominaciones empleadas para referirse a las presiones hidráulicas que solicitan a la tubería Norma UNE-EN 805:2000

Pliego MOPU 1974

Concepto Denominación Presión solicitante cuando, estando en carga, se encuentra el agua en reposo Presión máxima en funcionamiento en régimen permanente Presión máxima que puede alcanzarse considerando las fluctuaciones debidas al golpe de ariete Presión a la que se prueba la tubería una vez instalada y previo a la Recepción

Presión de diseño (la mayor de ambas)

Siglas

Denominación

Siglas

Presión estática DP Presión de servicio

Presión máxima de diseño

Presión de prueba de la red

MDP

Presión máxima de trabajo

Pt

Presión de prueba en zanja STP

Presión de prueba de estanquidad

De los conceptos incluidos en la Tabla 5, los términos “Presión estática”,“Presión de servicio”, “Presión de prueba en zanja”, y “Presión de prueba de estanquidad” (en cursiva en la tabla) utilizados en el Pliego de Tuberías del MOPU de 1974, no figuraban definidos expresamente en él, sino simplemente citados auxiliarmente, por lo que no se les asignó sigla alguna para su representación.

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Ejemplo 3

La relación entre las presiones que solicitan a la tubería es tal como se muestra, a título de ejemplo, en la Fig 2.

Si la presión estática que va a solicitar una tubería es de 0,5 N/mm2, la presión de diseño (DP) será también 0,5 N/mm2 si se trata de una conducción por gravedad, o algo mayor (0,75 N/mm2, por ejemplo), si es el caso de una impulsión. La MDP, al considerar las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, será, a su vez, mayor (1 N/mm2, por ejemplo), y la STP tendrá un valor algo superior a la MDP (1,25 N/mm2, por ejemplo). 1,50

Presiones (N/mm 2)

1,25

1,00

0,75

0,50

0,25

0,00 Presión estática

DP (gravedad)

DP (impulsión)

MDP

STP

Fig 2. Relaciones entre las presiones que solicitan a la tubería.

l.2) Presiones relativas a los componentes – Presión nominal (PN). A efectos de esta Guía Técnica, se define la presión nominal, PN (sólo para cuando haya lugar, tal como se establece en los siguientes párrafos), como un valor numérico de una serie convencional que se adopta, a efectos de referencia, para caracterizar los tubos, las piezas especiales y los demás elementos de la tubería en relación con la presión hidráulica interior (en kp/cm2) que son capaces de resistir en ausencia de cargas externas. A igualdad de DN, las características geométricas de los elementos de unión (bridas y otros) de una misma serie de PN serán tales que permitan la conexión entre ellos. La relación entre los valores de la PN y de la presión hidráulica interior depende del tipo de material, de la temperatura, de la concepción del elemento de que se trate (utilización a largo o a corto plazo) y del coeficiente de seguridad aplicado y su naturaleza, de acuerdo con lo indicado en los correspondientes capítulos de este documento. A modo de resumen, la utilización del concepto de PN es de aplicación para las válvulas y para los tubos de materiales plásticos (PVC-U, PVC-O, PE y PRFV) no empleándose, en general, ni en los tubos de hormigón ni en los metálicos. En

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estos últimos (tubos metálicos; acero y fundición), cuando se unan mediante bridas, sí se emplea también el concepto de PN para caracterizar a las bridas en relación con la presión interior. Simplificadamente, y a modo de síntesis, en la actualidad, en los anteriores componentes en los que se emplea este concepto de PN, se entiende que ésta es la presión que dicho elemento es capaz de aguantar en servicio sin considerar el golpe de ariete (presión de diseño, DP) y en ausencia de cargas externas. Las normas UNE-EN 1333:1996 e ISO 7268:1983, cuyo objeto es expresamente la definición del concepto presión nominal prevén las siguientes series normalizadas como posibles valores de PN (en kp/cm2): UNE-EN 1333:1996:

2,5 – 6 – 10 – 16 – 25 – 40 – 63 – 100

ISO 7268:1983:

2,5 – 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 40 – 50 – 100 – 150 – 250 – 420

La PN es un concepto de gran tradición en el ámbito de las tuberías a presión, el cual no figura recogido en la norma UNE-EN 805:2000, si bien sí se considera en muchas de las normas UNE específicas de producto (incluso recientes). Ya el Pliego de 1974 hablaba de “presión normalizada, Pn”, para los tubos fabricados en serie, definiéndola como “aquélla con arreglo a la cual se clasifican y timbran los tubos”. Como muestra de la complejidad terminológica del sector de las tuberías, puede resultar paradójico que este concepto de PN (de uso generalizado en el sector) lo ignore dicha norma UNE-EN 805:2000, pero sin embargo exista otra norma europea vigente, la UNE-EN 1333:1996, destinada expresamente a definir este término (“designación alfanumérica que se utiliza con fines de referencia relativa a una combinación de características mecánicas y dimensionales de un componente de una red de tuberías”), siguiendo a su vez las pautas de la norma ISO 7268:1983 (“designación numérica expresada por un número redondeado con fines de referencia”), además de estar considerado en numerosas normas UNE-EN de producto. Por todo ello, en la presente Guía Técnica se ha optado por recoger este concepto, ya que es de gran utilidad para todos los usuarios de tuberías. Es preciso también resaltar que si bien en la actualidad la PN se identifica con la máxima DP que un componente es capaz de resistir, en los tubos de materiales termoplásticos hasta hace relativamente poco tiempo se ha venido entendiendo que se refería a la máxima MDP (incluyendo las sobrepresiones debidas al golpe de ariete). Debe también precisarse que aunque la PN se refiera a la máxima DP que el componente es capaz de resistir, ello no quiere decir que dicho componente no sea capaz de soportar las sobrepresiones debidas al golpe de arie-

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te, sino que existen las relaciones entre dichas sobrepresiones y PN que se indican en la Tabla 63 para cada tipología. Hay que destacar también, por último, que aunque el sistema de unidades adoptadas en el presente Documento es el Sistema Internacional de Unidades de Medida (SI), los valores de las presiones nominales (por tradición y herencia) vienen normalizados en todas las normas de producto (incluso en las más recientes) en las unidades del Sistema Métrico Decimal (MKS).

– Presión de funcionamiento admisible (PFA), presión máxima admisible (PMA) y presión de prueba en obra admisible (PEA). La norma UNE-EN 805:2000 introduce como novedosos estos términos, equivalentes de algún modo al concepto anterior de presión nominal. • Presión de funcionamiento admisible (PFA). “Presión máxima que un componente es capaz de resistir de forma permanente en servicio” (UNE-EN 805:2000). • Presión máxima admisible (PMA). “Presión máxima, incluido el golpe de ariete, que un componente es capaz de soportar en servicio” (UNE-EN 805:2000). • Presión de prueba en obra admisible (PEA). “Presión hidrostática máxima que un componente recién instalado es capaz de soportar, durante un periodo de tiempo relativamente corto, con objeto de asegurar la integridad y estanquidad de la conducción” (UNE-EN 805:2000).

De las anteriores definiciones, es fácil ver que PFA equivale aproximadamente al concepto clásico de PN. Puede también concluirse de ello que en el espíritu de la norma UNE-EN 805:2000 está el eliminar el tradicional concepto de PN y dividirlo en tres, PFA, PMA y PEA. Tras la aprobación de la norma EN 805, los distintos Comités Técnicos de CEN (CTN) acordaron modificar sus normas de producto para establecer la equivalencia entre el valor de las presiones que asocian en sus normas actuales a la PN y las presiones PMA, PFA y PEA. En la actualidad, las únicas que han hecho esta trasposición completa han sido la UNE-EN 545:1995 (tubos de fundición) y la UNE-EN 1074:2000 (válvulas), elaboradas ambas por el CTN 19 de AENOR. En otros materiales (PVC-U y PE, por ejemplo), las respectivas normas de producto no han hecho más que una trasposición parcial (relación de PN con PFA y PEA, por ejemplo, o solo con PFA). Todo ello conforme se detalla en los respectivos apartados de este documento y a modo de resumen para todos los materiales en la Tabla 63.

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– Presión de prueba en fábrica. Es la presión hidráulica interior a la que se prueban los tubos previo al suministro para comprobar su estanquidad.

Casi la totalidad de los tubos, piezas especiales y uniones incluidos en el presente documento son probados en fábrica individualmente según especifican las correspondientes normas de producto, a efectos de comprobar su estanquidad. El valor de dicha presión de prueba suele ser algo superior a la anteriormente definida STP. Esta presión, al igual que en casos anteriores, no figura definida ni en la norma UNE-EN 805:2000 ni expresamente en el Pliego de Tuberías de 1974, si bien este documento se refería a ella indirectamente como la “presión máxima de prueba de estanquidad”, término que llama a la confusión pues es prácticamente idéntico a la denominación que dicho Pliego empleaba para la presión de prueba de la red (“presión de estanquidad”). En cualquier caso, no existe sigla alguna reconocida para referirse a ella.

– Presión de rotura (Pr). Es la presión hidrostática interior que, en ausencia de cargas externas, deja fuera de servicio al material constitutivo de la tubería. En los tubos de material homogéneo, esta presión se relaciona con la resistencia mínima a la tracción (Rm) del material (la que agota su capacidad resistente, no teniendo necesariamente porque romperle), mediante la expresión:

Pr = Pr e ID Rm

2e Rm ID

presión de rotura, en N/mm2 espesor de la pared del tubo, en mm diámetro interior, en mm resistencia mínima a la tracción del material, en N/mm2

El concepto de Rm es variable de unos materiales a otros, si bien en cualquier caso subyace como concepto el de aquel valor que deja fuera de servicio a la tubería para seguir resistiendo solicitaciones. En los tubos de acero y fundición, puede distinguirse entre el límite elástico mínimo, Le,min (el valor que produce una deformación permanente del 0,2%) y la propia resistencia a la tracción del material, Rm (el valor que produce la rotura, es decir la fragmentación de los cristales. No es la rotura física del material, ya que, rotos los cristales, la tensión necesaria para separar en dos el material es menor –sería la conocida como tensión última–). En los tubos de PVC-U, PVC-O y PE, Rm se corresponde, aproximadamente, con el concepto de LCL (la tensión que a 20°C y a 50 años resiste el material con un nivel de confianza no menor del 97,5%). En los tubos de PRFV, Rm se refiere a

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la resistencia a tracción circunferencial de la parte estructural del tubo a largo plazo, σr,50. En los tubos de hormigón, dada su heterogeneidad, este concepto pierde su interés práctico.

Ejemplo 4

Este concepto de presión de rotura ya figuraba recogido en el Pliego de Tuberías MOPU 74 (representado también por las siglas Pr) no estando recogido, sin embargo, en la norma UNE-EN 805: 2000. Lo cierto es que en la actualidad es un concepto poco utilizado por casi ningún material

A título orientativo, en la figura adjunta se representan las relaciones entre las presiones de las componentes y de la red antes definidas, para, por ejemplo, el caso de una impulsión. 2,50 2,25

Presiones de los componentes

2,00

Presiones en la tubería

Presiones (N/mm 2 )

1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25

Presión de rotura

Posible presión de prueba en fábrica

mínimo valor de PEA

STP

mínimo valor de PMA

MDP

mínimo valor de PFA

DP

Presión estática

0,00

Fig. 3. Relaciones entre las presiones de los componentes y las que solicitan a la tubería Por ejemplo, en una impulsión solicitada por una presión estática de 0,50 N/mm2, una DP de 0,75 N/mm2 y una MDP de 1 N/mm2, y en la que la STP sea de 1,25 N/mm2, los tubos a instalar deberán tener una PFA una PMA y una PEA mínimas, respectivamente, iguales a los valores de DP, MDP Y STP, esto es, de 0,75, 1 y 1,25 N/mm2. En su caso (en los materiales plásticos, no, por ejemplo), los tubos se habrán probado individualmente en fábrica a una presión de prueba de, por ejemplo, 1,5 N/mm2 y la P, de los mismos será, también por ejemplo, 2,2 N/mm2.

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3. CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES DE LA TUBERÍA Este capítulo tiene por objeto la descripción de las principales características de los componentes que forman parte de una red de tuberías, básicamente los propios tubos. Se refiere a características específicas del producto como tal (dimensiones, tipos de uniones, revestimientos, etc.), quedando para otros capítulos aspectos tales como el dimensionamiento hidráulico o mecánico, las condiciones de instalación, o el necesario control de calidad. Por su propia condición es el capítulo más prolijo de la presente Guía Técnica y se ha dividido en diferentes apartados, uno para cada uno de los tipos de tubos habitualmente empleados en las redes de tuberías a presión, además de uno genérico (de carácter comparativo) para todos ellos y otros específicos para las válvulas y los accesorios. El alcance del contenido de cada uno de dichos apartados, es, resumidamente, el siguiente: – Análisis de la normativa nacional e internacional que debe cumplir cada producto y breve descripción de las características más singulares, procedimientos de fabricación o ámbito normal de uso. De la relación de normas citadas en este primer subapartado, debe destacarse que hay que entenderlas como relativas al propio tubo como tal (lo que se conoce como"normas de producto"). Las normas sobre otros aspectos (dimensionamiento mecánico, instalación, ensayos de control de calidad, materiales, revestimientos, etc.) figuran en los respectivos apartados del presente documento. En este apartado se dan explicaciones, a modo de comentario, sobre las utilizaciones que en la práctica se hacen de cada tipología de tubo, ya que es absolutamente frecuente que las dimensiones normalizadas sean muy superiores a los rangos de uso habitual. Es preciso resaltar que dichas utilizaciones habituales se refieren al momento actual (año 2003) y al caso específico de España, por lo que no debe extrañar ver, en otros ámbitos, empleos de tuberías diferentes a los comentados en este documento.

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Además, debe tenerse muy en cuenta que las tuberías son una tecnología en permanente desarrollo, de manera que es perfectamente posible esperar que en un futuro no lejano se empleen los mismos materiales (convenientemente evolucionados) en diámetros o presiones superiores.

– Definiciones de índole específica, complementarias a las genéricas expuestas en el apartado 2.4, propias de cada tipología, así como descripción de los parámetros de clasificación de cada tipología. Esta clasificación es desde el punto de vista hidráulico y mecánico, por lo que, con carácter general, y adicionalmente a dichos parámetros, su total definición requerirá, según los casos, especificaciones complementarias relativas a la longitud de los tubos, tipos de uniones, revestimientos, disposiciones constructivas, etc.

Cada uno de los tubos incluidos en esta Guía Técnica admite ser fabricado en distintas series o gamas de dimensiones (diámetros, espesores, longitudes, etc.) e incluso con características mecánicas diferentes (por ejemplo los tubos de acero no se fabrican con un tipo único de acero sino que son muchos los posibles) por lo que en cada caso se requiere especificar determinados parámetros para poder clasificar cada tipo de tubo (por ejemplo DN y PN ó DN y espesor, etc.). La clasificación de los tubos así entendida sería el conjunto de parámetros que el usuario de una tubería debería especificar al fabricante de la misma para su suministro, de manera que quede unívocamente determinada, en lo que se refiere a sus características hidráulicas y mecánicas. Lo singular de las tuberías es que no hay prácticamente dos tipologías que se clasifiquen por los mismos parámetros, sino que cada una requiere una clasificación específica (ver Tabla 64).

– Principales características técnicas (físicas, químicas y mecánicas), tanto de la materia prima que constituye el tubo como del propio tubo como tal. – Dimensiones normalizadas de los tubos y rango habitual de utilización. – Sistemas de unión más usuales. – Otras recomendaciones específicas en determinados tipos de tubos, como por ejemplo revestimientos en los tubos metálicos (acero y fundición). El análisis anterior de cada tipología de tubería se concluye con un resumen comparativo general en lo referente a sus características y posibilidades de utilización (apartado 3.10).

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3.1 Generalidades Todos los componentes (tubos, piezas especiales, etc.) empleados en las redes de tuberías a presión deben ser tales que garanticen, al menos, una vida útil de la red de 50 años (norma UNE-EN 805:2000, artículo 5.2). Para ello deben ser conformes a las respectivas normas nacionales de producto recomendadas en los respectivos capítulos de este documento. La EHE establece que "se entiende por vida útil de una estructura el periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, durante el que debe mantener unas condiciones de seguridad, funcionalidad y aspecto aceptables. Durante ese periodo de tiempo requerirá una conservación normal, adecuada, pero no requerirá operaciones de rehabilitación. La vida útil de proyecto es una magnitud que debe fijar la Propiedad previamente al inicio del proyecto". Así las cosas, el valor de 50 años recomendado para la vida útil de los componentes que intervengan en las redes de tuberías a presión (recogido de la norma UNE-EN 805:2000) es razonable en el contexto de las obras públicas. Son, en cualquier caso, absolutamente inadmisibles previsiones de vidas útiles inferiores a 50 años para infraestructuras de estas características. Dicha cifra debe ser, por tanto, un límite inferior de la durabilidad esperada de la tubería, pues hay materiales que sobrepasan de lejos dicha vida. Así, es un hecho absolutamente corriente encontrar en la práctica instalaciones que exceden con creces dichos valores. Por ejemplo, el abastecimiento de la ciudad de Berlín tiene más de 150 años; o, como ejemplo notable en nuestro país, pueden destacarse las conducciones de abastecimiento para las fuentes del Palacio de La Granja de San Ildefonso en Segovia, que tras más de 250 años desde su instalación aún se encuentran en un estado aceptable. O, a más a más, hay también conducciones en funcionamiento en el palacio de Versalles en Francia colocadas en 1685.

En el caso particular de redes de agua potable, ninguno de los elementos de la tubería debe poder producir alteración alguna en las características físicas, químicas, bacteriológicas y organolépticas de las aguas, aún teniendo en cuenta el tiempo y los tratamientos físico-químicos a que éstas hayan podido ser sometidas, siendo de aplicación lo especificado por la vigente RTSA (RD 140/2003). En concreto, las autorizaciones para el uso e instalación de cualquier producto de construcción en contacto con el agua de consumo humano estarán sujetas a las disposiciones que regulará la Comisión Interministerial de Productos de Construcción (CIPC) y, en su caso, por lo dispuesto en los RD 363/1995 y 1078/1993. En cualquier caso, en general, debe prestarse atención a la calidad de las aguas transportadas (especialmente en el caso del regadío), de manera que no se perjudiquen las propiedades de la tubería.

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Debe cuidarse que todos los tubos y demás elementos de la tubería estén bien acabados, con espesores uniformes y cuidadosamente trabajados, de manera que las paredes exteriores, y especialmente las interiores, queden regulares, lisas, exentas de rebabas, fisuras, oquedades, incrustaciones u otros defectos que puedan afectar a sus características hidráulicas o mecánicas. Todos los componentes deben, igualmente, presentar una distribución uniforme de color, densidad y demás propiedades, debiendo ser su sección circular, con sus extremos cortados perpendicularmente a su eje, no debiendo tener otros defectos que los de carácter accidental o local que queden dentro de las tolerancias admisibles. En particular, en las válvulas, las superficies de rodadura, de fricción o contacto, las guías, anillos, ejes, piñones, engranajes, etc., deben estar convenientemente trazadas, ejecutadas e instaladas, de forma que aseguren de modo perfecto la posición y estanquidad de los órganos móviles o fijos, y que posean, al mismo tiempo, un funcionamiento suave, preciso, sensible y sin fallo de los aparatos. Las piezas constitutivas de elementos hidromecánicos deben, para un mismo DN y PN, poder ser intercambiables. En lo que se refiere a las uniones, en los respectivos apartados de este documento se especifican los sistemas habituales de unión de cada tipo de tubo. En cualquier caso, si se emplean uniones con junta de elastómero o uniones con bridas, deben ser conformes, respectivamente, con lo especificado por las normas UNE-EN 681:1996 y UNE-EN 1092:1998, independientemente del tipo de tubo a unir. Para las uniones entre componentes de la tubería de diferentes materiales existen algunas normas sobre los diseños de las mismas, como por ejemplo la UNE-EN 12842:2001 (para accesorios de fundición dúctil en tuberías de PVC-U o de PE) o el documento CEN/TC203 wi015:2001 (futuro prEN y más adelante norma UNE-EN, relativo a adaptadores de fundición dúctil en tuberías de fundición dúctil, gris, acero, PVC-U, PE o fibrocemento). También en relación con las uniones, en el caso particular de los tubos flexibles o los semirigidos (en general, aquellos que son susceptibles de deformarse por la acción de las cargas verticales, ver apartado 4.2.1.1), debe tenerse en cuenta que si se dispone de un sistema de unión que no admita deformaciones (bridas, por ejemplo) se creará una zona de transición y ajuste de tensiones en el extremo del tubo que debe ser tenida en cuenta en el dimensionamiento. Además, todos los elementos deben permitir el correcto acoplamiento del sistema de uniones empleado, de forma que éstas sean estancas, a cuyo fin, los extremos de cualquier elemento deben estar perfectamente acabados, sin defectos que repercutan en el ajuste y montaje de las mismas, evitando tener que forzarlas. Por último, dentro de las características generales de los componentes de una red de tuberías, debe notarse que los materiales a emplear en los elementos complementarios de la tubería (arquetas, macizos de anclaje, etc.) se recomienda sean conformes a lo que seguidamente se expone, si bien se pueden emplear otros materiales, pero dicho empleo debería estar oportunamente justificado e ir acompañado de la realización de los ensayos necesarios para determinar el correcto funcionamiento, las características del material y

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su comportamiento en el futuro, sometidos a las acciones de toda clase que puedan soportar, incluso la agresión química. En estos casos en el correspondiente proyecto se deben fijar las condiciones para la recepción de los mencionados materiales. – Cemento. Debe cumplir con lo especificado por la vigente RC. En la elección del tipo de cemento se debe tener especialmente en cuenta la agresividad del agua y del terreno. – Agua, áridos, acero para armaduras y hormigones. Deben cumplir las condiciones exigidas en la vigente EHE. – Fundición. La fundición que se emplee en elementos tales como tapas de registro, rejillas, etc. debe ser conforme a la norma UNE EN 124:1995. La fundición debe presentar en su fractura grano fino, regular, homogéneo y compacto, así como ser dulce, tenaz y dura, pudiendo, sin embargo, trabajarse a la lima y al buril, y susceptible de ser cortada y taladrada fácilmente. En su moldeo no debe presentar poros, sopladuras, bolsas de aire o huecos, gotas frías, grietas, manchas, pelos ni otros defectos debidos a impurezas que perjudiquen a la resistencia o a la continuidad del material y al buen aspecto de la superficie del producto obtenido. Las paredes interiores y exteriores de las piezas deben estar cuidadosamente acabadas y limpiadas. – Acero. El acero empleado en los elementos complementarios de la tubería (ver apartado 2.4) debe cumplir con lo especificado en las siguientes normas: acero laminado acero estructural en chapas y perfiles acero inoxidable

NBE-MV-102 y NBE-MV-104 UNE-EN 10025:1994 UNE-EN 10088:1996

– Aleaciones de cobre. Deben cumplir con lo especificado por las normas UNE-EN 1982:1999 y UNE-EN 12165:1999. – Ladrillos. Deben cumplir las especificaciones de la vigente RL.

3.2 Tubos de fundición dúctil 3.2.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación Los tubos de fundición dúctil tienen la condición de metálicos y sus diámetros nominales están normalizados por UNE-EN hasta el valor de 2.000 mm. La fundición dúctil, conocida también como fundición nodular o de grafito esferoidal, es aquélla en la que el grafito se presenta principalmente en forma de esferas, según lo indicado en el epígrafe 3.2.3. La fundición gris, de menor resistencia a la tracción, no debe ser utilizada ni en los tubos ni en las piezas especiales en las redes de abastecimiento. Los procedimientos de fabricación usuales de los tubos y de las piezas especiales son los que se indican a continuación.

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a) Tubos Colada Colada Colada Colada

por centrifugación en molde metálico, revestido o no. por centrifugación en molde de arena. en molde de arena. en molde metálico.

b) Piezas especiales Colada en molde de arena Colada en molde metálico Tras la colada, los tubos y las piezas especiales pueden ser sometidos, si es necesario, a un tratamiento térmico para conseguir las características mecánicas exigidas en el epígrafe 3.2.3. Respecto a la normativa de aplicación, los tubos y las piezas especiales de fundición para el transporte de agua a presión deben cumplir, con carácter general, con lo especificado por la norma: UNE-EN 545:1995

Tubos, uniones y accesorios en fundición dúctil y sus uniones para canalización de agua. Prescripciones y métodos de ensayo.

Esta norma UNE-EN 545:1995 (elaborada por el CTN 19 de AENOR) recoge lo especificado por la equivalente norma europea EN 545 de CEN (desarrollada por su TC 203) y sustituyó a la antigua norma UNE 19021:1991 "Tubos y piezas especiales y accesorios de fundición dúctil para canalizaciones con presión" vigente hasta el año 1995. Su contenido está basado en el de la norma ISO 2531:1998. En cualquier caso, recientemente (31/03/2002), CEN ha revisado dicha norma europea EN 545 (EN 545:2002), habiéndose publicado por AENOR el 30 de diciembre de 2002 la norma UNE-EN 545:2002, traducción de la anterior norma CEN. El contenido de la presente Guía Técnica ya estaba finalizado en dicha fecha, por lo que la norma referenciada es siempre la UNE-EN 545:1995 y no la nueva norma UNE-EN 545:2002, si bien las principales novedades que incorpora la versión de 2002 han sido tenidas en cuenta. En Estados Unidos, que no en Europa, son de referencia para el dimensionamiento de estos tubos las siguientes normas – AWWA C 110-98, C 115-99, C 150-96, C 151-96 ó C 153-00 – ASTM A 377-99 Los tubos de fundición dúctil son utilizados en Europa desde el año 1948. Desplazaron a la antigua fundición gris (de menor resistencia y susceptible de sufrir roturas frágiles), la cual era empleada desde mucho más antiguo (siglo XVIII).

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Entre las ventajas de los tubos de fundición dúctil debe destacarse, en primer lugar, el excelente comportamiento de los mismos ante la presión hidráulica interior y la acción de las cargas externas, lo que hace que su campo de aplicación abarque tanto los diámetros pequeños, como los medianos y los grandes (hay experiencias de hasta 1.400 mm o 1.600 mm en España y de hasta 2.600 mm en Japón), con presiones máximas de 3 ó 4 N/mm2, según diámetros, habiendo disponible, además, una gran gama de piezas especiales en este material. Por otro lado, estos tubos van provistos de revestimientos tanto interiores como interiores (ya que por su condición de metálicos requieren de algún tipo de protección, ver apartado 3.2.6), cuya elección depende de las características del agua a transportar y del medio en el que se instalen. En la instalación de los mismos, al ser un tubo flexible en diámetros grandes (y por tanto resistir las solicitaciones deformándose y contando con la ayuda del empuje pasivo del relleno), las características y grado de compactación de los materiales a colocar alrededor de la tubería adquieren gran importancia, lo que obliga a una cuidadosa ejecución en obra. En diámetros pequeños, el comportamiento del tubo es rígido, por lo que las condiciones de instalación no tienen porque ser exigentes. La instalación, por su parte, se ve facilitada en tanto en cuanto los tubos son fácilmente mecanizables en obra (se pueden cortar, taladrar, roscar, etc.) y porque el tipo de unión habitualmente empleado (flexible, de enchufe y campana) es de fácil colocación.

3.2.2 Definiciones y clasificación 3.2.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones del apartado 2.4, en los tubos de fundición son de aplicación las siguientes: – Diámetro nominal En los tubos de fundición el diámetro nominal (DN) es, aproximadamente, el diámetro interior (ID). Para un mismo diámetro nominal (DN) los tubos admiten ser fabricados en distintas gamas de espesores, de modo que para una misma capacidad hidráulica, la resistencia mecánica del tubo sea variable. En estos tubos, por consideraciones de fabricación, para un determinado diámetro nominal (DN), el diámetro exterior (OD) es siempre fijo, independientemente del espesor, de manera que el aumento o reducción de espesor debe ser obtenido por modificación del diámetro interior real (ID).

55

Ejemplo 5

Por tanto, para un valor del diámetro nominal (DN), el diámetro exterior (OD) es fijo y el diámetro interior (ID) es variable (dependiendo del espesor de la fundición, del revestimiento empleado y de las tolerancias), aproximadamente coincidente con el DN.

En esta figura se ha querido representar, sobre una sección genérica de un cuadrante de una tubería, como se relacionan entre sí los distintos diámetros al variar el espesor del tubo. A efectos de simplificar al máximo la figura no se han tenido en cuenta ni los revestimientos (se ha supuesto la fundición desnuda) ni las tolerancias. Así, por ejemplo, conforme puede verse en la Tabla 8, un tubo de diámetro nominal (DN) 600 quiere decir que su Fig. 4. Diámetros en los tubos de fundición diámetro exterior (OD) es (sin tener en cuenta los revestimientos) siempre 635 mm, salvo las tolerancias, pero el interior real (ID) no es exactamente 600, sino que es variable, teniendo en cuenta el espesor (que será uno u otro según la clase K), el revestimiento empleado y las tolerancias.

– Clase de espesor (K) Para definir el espesor se utiliza un parámetro (la clase de espesor, K) que lo relaciona con el diámetro, y que sirve para clasificar los tubos, de acuerdo con lo indicado en el apartado 3.2.2.2. Habitualmente es un número tomado de la serie .., 8, 9, 10, 11, 12,... (hablándose entonces de clase K8, K9, K10, K11 ó K12), de forma que el espesor del tubo viene dado por la fórmula (e y DN en mm): e = K (0,5+0,001DN) Los valores más frecuentes son: K= 9 K = 9, 10, 12, 14 K = 12 y 14

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para los tubos con unión flexible para los tubos con bridas para las piezas especiales

La inminente revisión de la norma UNE-EN 545:1995 introduce una nueva clase posible (la clase 40), de forma que el espesor de los tubos de dicha clase no se calcula mediante la expresión anterior, sino que es un valor tal que garantiza que el tubo resista una PFA de 4 N/mm2 con un coeficiente de seguridad de, como mínimo, 3 (con un valor mínimo del espesor de 4,8 mm y redondeando los espesores de los tubos de DN 150, 200 y 250 para que la serie de espesores sea coherente con la de la clase K9, ver apartado 3.2.4). – Ovalación Se calcula, en tanto por ciento, mediante la siguiente expresión (UNE-EN 545:1995; Dmax y Dmin son los diámetros exteriores mayor y menor de la sección del tubo).

100

D max – D min D max + D min

– Presión nominal (PN) El concepto de presión nominal en los tubos de fundición solo se emplea en el caso de que se unan con bridas, en cuyo caso el valor de PN corresponde a las presiones que se indican en la Tabla 6. Tabla 6. PFA, PMA y PEA (en N/mm2) en función de PN en los tubos de fundición con bridas (UNE-EN 545:1995)

PN 10

PN 16

PN 25

PN 40

DN PFA PMA PEA

PFA PMA PEA

PFA PMA

40 a 50

ver PN 40

ver PN 40

60 a 80

ver PN 16

1,6

2,0

2,5

100 a 150

ver PN 16

1,6

2,0

2,5

2,5

3,0

PEA

PFA PMA PEA

ver PN 40 4,0

4,8

5,3

ver PN 40 40

4,8

5,3

3,5

4,0 4,8

5,3

4,0 4,8

5,3

200 a 600

1,0

1,2

1,7

1,6

2,0

2,5

2,5

3,0

3,5

700 a 1.200

1,0

1,2

1,7

1,6

2,0

2,5

2,5

3,0

3,5

–

–

–

1.400 a 2.000 1,0

1,2

1,7

1,6

2,0

2,5

–

–

–

–

–

–

Como lo más habitual es que estos tubos se instalen con uniones de enchufe y extremo liso (y no con bridas), en los tubos de fundición, habitualmente, no se utiliza el concepto de PN, sustituyéndose por la clase de espesor según se expone en el apartado 3.2.2.2. Debe recordarse, además, que en estos tubos con bridas, el componente "tubo" como tal sería capaz de soportar presiones muy superiores al valor de la propia PN, siendo el elemento de unión (las bridas) el que determina la máxima presión a la que puede utilizarse (ver Fig 68).

57

3.2.2.2. Clasificación Los tubos de fundición se fabrican bajo determinadas clases (ver 3.2.2.1), de manera que el espesor del tubo queda determinado en función del DN y de la clase de que se trate. Además, los tubos de fundición dúctil pueden estar unidos mediante unión flexible con anillo elastomérico o rígida con bridas, siendo diferentes los parámetros de clasificación en ambos casos. – Tubos de unión flexible.Se clasifican por su DN y la clase de espesor de que se trate. – Tubos con bridas. Se clasifican por su DN y por la PN de las bridas. A su vez, para cada PN, y según las bridas sean roscadas, incorporadas o soldadas, los tubos serán, en general, de una clase de espesor K9, K10 ó K12, conforme puede verse en la Fig 5 (solo en el caso de que las bridas sean incorporadas puede haber más de una clase de espesor posible para una combinación de DN y PN, debiendo especificarse en esos casos la clase de que se trata como un parámetro más de clasificación).

Ejemplo 6

Las posibles clases y los valores normalizados de DN y PN son los que se representan en la Fig 5. La clasificación de un tubo con unión flexible de DN 1.000 requiere, además del valor del DN, la clase de espesor de que se trate, que será K9 ó K10. Mientras, la clasificación de un tubo con bridas de, por ejemplo, DN 500, requerirá la PN de que se trate (PN 10, 16, 25 ó 40). Según las bridas sean soldadas, incorporadas o roscadas, la clase de espesor del tubo será una u otra conforme puede verse en la Fig 5. Sólo en el caso de que las bridas sean incorporadas habrá más de una posibilidad (K9 ó K10), debiendo especificarse, en ese caso, de cuál se trata para su correcta clasificación. 3.2.3 Características técnicas La composición química de la fundición debe ser la adecuada para que con ella se alcancen las características mecánicas establecidas en la presente Guía Técnica. De las características físicas y mecánicas de los tubos de fundición, debe destacarse, en primer lugar, que éstos tienen que poder ser cortados, taladrados y mecanizados con facilidad, si bien la dureza no debe exceder los valores indicados en la Tabla 7. El material no ha de presentar poros, sopladuras, burbujas, grietas, ni ningún otro defecto que pueda perjudicar su resistencia, continuidad y buen aspecto y su fractura tiene que ser de grano fino y homogéneo. Cuando sea necesario, los tubos pueden ser reparados con el fin de corregir las imperfecciones superficiales y defectos localizados que no afecten a la totalidad de espesor de la pared, siempre que los tubos reparados cumplan con las características mecánicas especificadas en la norma UNE-EN 545:1995.

58

DN

Tubos con unión flexible

Unión con bridas soldadas

Unión con bridas incorporadas

Unión con bridas roscadas

PN10 PN16 PN25 PN40 PN10 PN16 PN25 PN40 PN10 PN16 PN25 PN40

40 50 60 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000

Clase 40

Clase K9

Clase K10

Clase K12

Fig 5.Clasificación de los tubos de fundición (elaborada a partir del contenido de la norma UNE-EN 545:1995)

Las características mecánicas de la fundición dúctil empleada en los tubos y en las piezas especiales deben cumplir con lo especificado en la Tabla 7. Para la densidad del material se adopta, en general, el valor de 7.050 kg/m3 y para el módulo de elasticidad, 1,7 x 105 N/mm2.

59

Tabla 7. Características mecánicas de la fundición dúctil para tubos y piezas especiales (UNE-EN 545:1995) Tipo de pieza

Tubos centrifugados Tubos colados en moldes de arena o metálicos Piezas especiales 1) El límite elástico mínimo L e,min debe ser:

Resistencia mínima a la tracción Rm (N/mm2)

Alargamiento mínimo en rotura Amin (%)

Dureza Brinell Máxima HB

DN 40 a 2.000

DN 40 a 1.000

DN > 1.000

420

10

7

230

420 420

5 5

5 5

230 250

L e,min > 270 N/mm2 para 40 < DN < 1.000 cuando Amin > 12% L e,min > 270 N/mm2 para DN > 1.000 cuando Amin >10% L e,min > 300 N/mm2 en los demás casos

2) En los tubos centrifugados con clase K superior a 12, el alargamiento mínimo en rotura, Amin es del 7% 3) Si los tubos o piezas especiales son fabricados a partir de elementos soldados, se puede admitir una dureza local más elevada en las soldaduras.

3.2.4 Dimensiones En la Tabla 8 y en la Fig. 7 se resumen las principales dimensiones de los tubos de fundición (conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 545:1995).

Fig. 6. Dimensiones de los tubos de fundición ductil (unión flexible o con bridas).

60

61

OD

56 66 77 82 98 118 144 170 222 274 326 378 429 480 532 635 738 842 945 1.048 1.152 1.255 1.462 1.565 1.668 1.875 2.082

DN

40 50 60 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000

Diámetros (mm) Valor

-10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -11 -12 -14 -15 -16 -18 -20

DN +1/-1,2 +1/-1,2 +1/-1,2 +1/-1,2 +1/-2,7 +1/-2,8 +1/-2,8 +1/-2,9 +1/-3,0 +1/-3,1 +1/-3,3 +1/-3,4 +1/-3,5 +1/-3,6 +1/-3,8 +1/-4,0 +1/-4,3 +1/-4,5 +1/-4,8 +1/-5,0 +1/-6,0 +1/-5,8 +1/-6,6 +1/-7,0 +1/-7,4 +1/-8,2 +1/-9,0

OD

Tolerancias

4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 5,0 5,4 5,8 6,2 7,0 7,8

clase 40 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,3 6,8 7,2 7,7 8,1 8,6 9,0 9,9 10,8 11,7 12,6 13,5 14,4 15,3 17,1 18,0 18,9 20,7 22,5

clase K9 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,3 6,5 7,0 7,5 8.0 8,5 9,0 9,5 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 19,0 20,0 21,0 23,0 25,0

clase K10

Espesores (mm) Valor nominal

-1,3 -1,3 -1,3 -1,3 -1,3 -1,3 -1,3 -1,3 -1,5 -1,6 -1,6 -1,7 -1,7 -1,8 -1,8 -1,9 -2,0 -2,1 -2,2 -2,3 -2,4 -2,5 -2,7 -2,8 -2,9 -3,1 -3,3

Tolerancia 3 3 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5-5,5-6 5,5-6-7 5,5-6-7 6-7-8,15 6-7-8,15 6-7-8,15 6-7-8,15 6-7-8,15 8,15 8,15 8,15 8,15

Tubos con enchufe

Longitudes Valor nominal (m) Tubos con Tubos con bridas bridas soldadas incorporadas roscadas 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5 0,5-1-2-3 2-3-4-5-6 0,5-1-2-3 2-3-4-5-6 0,5-1-2-3 2-3-4-5-6 0,5-1-2-3 2-3-4-5-6 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7 0,5-1-2-3 4-5-6-7

Tabla 8. Dimensiones de los tubos de fundición dúctil (elaborada a partir de UNE-EN 545:1995)

+30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30 +30/-30

Tubos con enchufe

+10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10 +10/-10

Tubos con bridas

Tolerancias (mm)

Existen muchas posibles piezas especiales normalizadas de fundición dúctil (codos, tés, conos de reducción, etc.), cuyas dimensiones figuran en la norma UNE-EN 545:1995. En materia de piezas especiales, son también de interés las normas UNE-EN 12842:2001 o el documento CEN/TC203 wi015:2001 (futuro prEN y más adelante norma UNE-EN) relativas a accesorios de unión de tuberías de fundición dúctil con otras de otros materiales (PVC-U o PE, el primero, o fundición gris, acero, PVC-U, PE o fibrocemento, el segundo). Sobre el contenido de la Tabla 8 cabe hacer las siguientes observaciones (UNE-EN 545:1995): – Las desviaciones admisibles sobre las longitudes normalizadas son de +/-150 mm (para la longitud nominal de 8,15 metros) y +/-100 mm (para otras longitudes nominales) – Sobre los valores de la longitud nominal son aceptables hasta un 10% del número total de tubos de cada diámetro con longitudes inferiores a las normalizadas. Las longitudes, además, admiten unas disminuciones máximas de 2,0 metros para DN<700 y de 3,0 metros para DN>700 – Las tolerancias en las longitudes de los tubos y piezas especiales con bridas se pueden reducir hasta ±3 mm para DN<600 y hasta ±4 mm para DN>600. Los tubos deben ser rectos, admitiéndose un defecto en su rectitud no mayor que el 0,125% de su longitud – La serie completa de diámetros de la tabla anterior es solo de aplicación para los tubos con unión flexible y para los de bridas con PN10 y PN16; los tubos con bridas de PN25 y PN40 tienen limitado el DN a un valor máximo de, respectivamente, 1.600 y 600 mm

Ejemplo 7

– La tolerancia para la ovalación del extremo liso de los tubos y de las piezas especiales debe permanecer dentro de las tolerancias del OD (para DN<200), ser menor del 1% (para 250600)

62

En la Fig 7 puede verse como un tubo de fundición de unión flexible de DN 1.000, puede fabricarse en longitudes de 6, 7 u 8,15 metros y tendrá un espesor de 12,5 ó 15 mm según se trate de la clase K9 o la K10.

12

tubos con unión flexible

25

10

20

8

15

6

10

4

Longitud (m)

espesor (mm)

30

2

5 DN

0

0 0

100

200

300

400

500

600

700

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

L=7m L=3m

L=8,15 L=5

30

L=6m espesor serie K9

L=5,5m espesor serie K10

12

tubos con bridas soldadas o roscadas

25

10

20

8

15

6

10

4

5

Longitud (m)

espesor (mm)

800

2 DN

0

0 100 200 300

400 500

600 700

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

L=7m L=4m espesor serie K9

L=6m L=3m espesor serie K10

espesor (mm)

30

L=5m L=2m espesor serie K12

12

tubos con unión flexible

25

10

20

8

15

6

10

4

5

Longitud (m)

0

2 DN

0

0 0

100

200

300

L=8,15 L=5

400

500

600

700

L=7m L=3m

800

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

L=6m espesor serie K9

L=5,5m espesor serie K10

Fig. 7. Dimensiones de los tubos de fundición (elaboradas a partir de UNE-EN 545:1995).

63

Respecto a los diámetros, si bien, como se ha indicado, el valor normalizado por UNE- EN 545:1995 alcanza 2.000 mm para uniones flexibles y con bridas PN10 y PN16 (y 1.600 y 600 mm para uniones con bridas de PN 25 y PN40 respectivamente), no es normal en España exceder los valores que se indican en la Fig 8. No obstante, otras normas (ISO 2531:1998 por ejemplo, ver Fig. 8), normalizan diámetros de hasta 2.600 mm, de manera que en otros países de Europa sí se emplean diámetros superiores a los instalados en España. Diámetros normalizados en otras normas de uso infrecuente Diámetros normalizados en UNE-EN de uso infrecuente Diámetros normalizados en UNE-EN de uso habitual

2.800 2.600 2.400 2.200 2.000 1.800

DN

1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 Junta flexible

Bridas PN10

Bridas PN16

Bridas PN25

Bridas PN40

Fig 8. Diámetros de uso habitual en los tubos de fundición en España.

3.2.5 Uniones Los tipos de uniones habituales en los tubos de fundición son las siguientes (ver Fig 9): a) Uniones flexibles. Pueden, a su vez, ser de los siguientes tipos: – Unión de enchufe y extremo liso. Obtiene la estanquidad por la simple compresión de un anillo elastomérico. – Unión mecánica. Los tubos a unir también están provistos de enchufe y extremo liso, si bien en este caso la estanquidad se logra por la compresión del anillo elastomérico mediante una contrabrida apretada con bulones que se apoyan en el collarín externo del enchufe.

64

– Unión acerrojada. Similar a la anterior, para los casos en los que se prevea que el tubo haya de trabajar a tracción. b) Uniones rígidas: unión de bridas. Los dos tubos a unir estarán acabados en extremo liso. Las bridas pueden ser móviles (soldadas o roscadas) o fijas (incorporadas). Las uniones, sea cual sea su tipología, deben ser conformes con lo especificado para las mismas en la norma UNE-EN 545:1995. En particular, en las uniones flexibles, la desviación angular admisible no debe ser inferior a los valores indicados en la Tabla 9. En cualquier caso, las uniones deben cumplir las siguientes condiciones (UNE-EN 545:1995): – Resistir, permanentemente y sin fugas, la MDP del tramo de tubería correspondiente a la unión, en la hipótesis de máximos desplazamientos angulares, radiales y axiales admisibles de la unión – Ser estancas a una presión hidráulica interior negativa (depresión) de 0,09 N/mm2 – Resistir, sin entrada de agua, una presión hidrostática exterior de 0,2 N/mm2, cuando esté previsto su uso a profundidades mayores de 5 metros bajo el agua

Unión de enchufe y extremo liso

Unión mecánica

Unión acerrojada

Unión con bridas (móviles)

Fig 9. Tipos de uniones en los tubos de fundición

65

Complementariamente a las especificaciones de UNE-EN 545:1995, las siguientes normas de AFNOR son también habitualmente empleadas para normalizar estos elementos (no obstante, existen también normas similares de otros organismos normalizadores, tales como BSI ó DIN en el Reino Unido y Alemania, respectivamente): NF NF NF NF

A A A A

48-863:1981 48-842:1981 48-860:1981 48-870:1981

Uniones con enchufe Uniones con bridas Unión mecánica Unión acerrojada

Tabla 9. Uniones flexibles. Desviación angular admisible. Valores mínimos (UNE-EN 545:1995)

DN

DN < 300 350 < DN < 600 700 < DN < 2.000

Tipo de unión Sin acerrojar Acerrojadas 3° 30' 2° 30' 1° 30'

1° 45' 1° 15' 45'

Las desviaciones admisibles de las uniones permiten a la canalización acomodarse a los asentamientos del terreno y/o a los efectos térmicos sin sufrir tensiones adicionales. En particular, las uniones acerrojadas deben ser diseñadas para ser como mínimo semiflexibles, por lo que la desviación angular admisible declarada por el fabricante no debería ser inferior a la mitad del valor indicado en la Tabla 9. En cada instalación en particular, el proyecto debe especificar los tipos de juntas que sean de aplicación. Caso de no hacerlo suelen emplearse tubos con uniones enchufables. En este caso (uniones enchufables), unas dimensiones habituales de las mismas son las que se indican en la tabla adjunta. Las uniones acerrojadas (al resistir esfuerzos de tracción) son especialmente recomendables en los casos de fuertes pendientes longitudinales o cuando se necesite obviar la colocación de macizos de anclaje en los quiebros de la conducción (ver apartado 5.7). Las uniones mecánicas se emplean mucho en las conexiones con accesorios, mientras que las bridas se suelen utilizar en montajes que requieran gran precisión o cuando sea previsible que hayan de ser desmontados. En cualquier caso, un campo habitual de aplicación de cada tipo de unión en función del DN es como se muestra en la Fig. 10.

66

Tabla 10. Dimensiones habituales de las uniones enchufables

DN 60 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000

B (mm) C (mm) 145 168 189 216 243 296 353 410 465 517 575 630 739 863 974 1.082 1.191 1.300 1.412 1.592 1.710 1.816 2.032 2.265

80 101 121 147 173 225 277 329 381 432 483 535 638 741 845 948 1.051 1.154 1.258 1.465 1.568 1.671 1.878 2.085

P (mm) 87 90 92 95 98 104 404 105 108 110 113 115 120 145 145 145 155 160 165 245 265 265 275 290

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DN

Enchufe y extremo liso

Mecánica

Acerrojada

Bridas PN10

Bridas PN16

Bridas PN25

Bridas PN40

40 50 60 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 Fig. 10. Tipos de uniones de uso habitual en función del DN

3.2.6 Revestimientos de la tubería Todos los tubos y las piezas especiales se deben proteger contra la corrosión mediante algún procedimiento adecuado. En general, se recomienda seguir lo especificado en el "Manual de corrosión y protección de tuberías" de AEAS (2001). Los revestimientos deben recubrir uniformemente la totalidad de los contornos de los tubos y de las piezas especiales, constituyendo superficies lisas y regulares, exentos de defectos tales como cavidades o burbujas. Han de estar bien adheridos a la fundición, no

68

Los posibles sistemas de protección de tuberías metálicas contra la corrosión son, básicamente, bien el recubrimiento mediante revestimientos o bien la protección catódica. La protección catódica (ver apartado 5.3.5) se basa en garantizar que la tubería sea eléctricamente contínua, por lo que si se instalan uniones flexibles, como el anillo elastomérico rompe dicha continuidad eléctrica, deberían disponerse en las uniones sistemas que eviten dichas discontinuidades, como puentes, elementos mecánicos o, en general, accesorios que garantizasen la continuidad eléctrica de la conducción. La protección mediante revestimientos, por el contrario, no requiere de la continuidad eléctrica de la conducción, pudiendo emplearse con cualquier sistema de unión. La elección entre un sistema u otro de protección es, por tanto, una cuestión económica que dependerá de las circunstancias particulares de cada instalación. En las tuberías de fundición, habitualmente unidas mediante unión elástica, la protección catódica no suele emplearse, protegiéndose contra la corrosión exclusivamente mediante revestimientos o mangas de polietileno. En el presente apartado se exponen los revestimientos usualmente utilizados en los tubos de fundición, reservándose el apartado 5.3.5 para cuando, excepcionalmente, se empleen sistemas de protección catódica complementariamente a estas protecciones. No obstante, de alguna manera, el revestimiento de cinc metálico o el de cinc-aluminio 80/15 (ver Tabla 12) son en sí mismos una protección catódica de cada tubo individualmente considerado (garantizando un potencial de polarización obviamente inferior al logrado en una protección contínua de toda la conducción).

descascarillándose, ni exfoliándose, y secando en un tiempo rápido. Se aplican después de efectuadas las pruebas de presión interna, previa comprobación de que los tubos o piezas especiales se encuentran secos y exentos de óxido, arena, escoria y demás impurezas, debiendo efectuarse en caso contrario una cuidadosa limpieza. Los revestimientos se deben aplicar siempre en fábrica, excepto la manga de polietileno que se coloca en la propia obra. Los posibles revestimientos previstos para los tubos y las piezas especiales en la norma UNE-EN 545:1995 son los que se indican en la Tabla 12. Deben cumplir con lo que, en general, se establece para ellos en dicha norma UNE-EN 545:1995, indicándose en la propia Tabla 12 otra normativa adicional específica para ellos (debe destacarse que en la actualidad se están desarrollando normas europeas para los revestimientos de polietileno, poliuretano y epoxy). En cualquier caso, los revestimientos más usuales son los resumidos en la Tabla 11.

69

Tabla 11. Revestimientos habituales en los tubos y piezas de fundición (UNE-EN 545:1995)

Tubos

Revestimiento exterior

Revestimiento interior

Cinc metálico con capa de acabado

Mortero de cemento Cinc/Aluminio (85/15)

Piezas especiales Enchufes

Pintura

Pintura

Cinc metálico con capa de acabado

Pintura

Cinc/Aluminio (85/15) Bridas

Pintura

––

Tabla 12. Tipos de revestimientos en los tubos de fundición dúctil Tipo de revestimiento Cinc con capa bituminosa de acabado Pintura rica en cinc con capa de acabado Cinc reforzado con capa de acabado Cinc-Aluminio (85/15) con capa de acabado Polietileno extruido

Aplicaciones posibles

Normativa complementaria a UNE-EN 545:1995

Espesor mínimo erv

Exterior de los tubos

ISO 8179:1995

70 µm

DIN 30674-1:1982 ISO 8180:1995 AWWAC105-99 ASTM A74-98

1,8 y 3 mm

Exterior de los tubos Ext. piezas especiales Exterior de los tubos Exterior de los tubos Exterior de los tubos

Manga de polietileno

Exterior de los tubos Ext. piezas especiales

Mortero de cemento reforzado con fibras

Exterior de los tubos

5 mm

Exterior de los tubos Ext.r piezas especiales Exterior/interior tubos Ext./int. enchufes Ext./int. piezas espec. Interior de los tubos Int. piezas especiales Int. de los enchufes

1,6 mm (solape del 50%)

Bandas adhesivas Poliuretano

Mortero de cemento

70

200µm (DN<1.200) 400µm (DN>1.200)

Otras características Riqueza cinc: 130 g/m2 Riqueza cinc: 150 g/m2 Riqueza cinc: 200 g/m2 Riqueza cinc-aluminio: 400 g/m2

Res. a la tracción: 8,3 N/mm2

NF A48-851:1995

700µm (mínimo) 900µm (medio)

ISO 4179:1985 AWWA C104-95 DIN 30674-2/92 BS 7892:2000 NF A48-902:1985

3,5 mm (DN<300) Res. a compresión: 5 mm (3001.200) Densidad:2.200 kg/m3

Tabla 12 (Cont.). Tipos de revestimientos en los tubos de fundición dúctil Tipo de revestimiento Aplicaciones posibles

Normativa complementaria a UNE-EN 545:1995

Espesor mínimo erv

AWWA C116-98

70 µm

Otras características

Mortero de cemento Int. de los tubos con seal coat (sellado) Int. piezas especiales Pintura bituminosa

Int. de los tubos

Pintura

Ext./int. piezas espec.

Pinturas epoxy

Ext./int. enchufes Ext./int. piezas espec.

Electrodepositados

Ext./int. piezas espec.

Esmaltado

Int. piezas espec.

50 µm

Unos criterios para la elección de unos u otros tipos de revestimientos en función de la agresividad del terreno o de las aguas transportadas son los indicados en las tablas adjuntas.

Tabla 13. Criterios de selección de los revestimientos exteriores en tubos de fundición según la agresividad del terreno Agresividad del terreno

Tipo de revestimiento exterior de los tubos

Terrenos poco corrosivos

Cinc metálico y pintura bituminosa de acabado

Terrenos muy corrosivos

Cinc metálico, pintura bituminosa de acabado, manga de polietileno o zinc-aluminio y pintura de acabado

Terrenos sumamente corrosivos

Poliuretano; cinc metálico; polietileno extruido o bandas adhesivas

Tabla 14. Criterios de selección de los revestimientos interiores en tubos de fundición según la agresividad del agua transportada Agresividad del agua transportada

Tipo de revestimiento interior de los tubos

Aguas no agresivas

Mortero de cemento portland

Aguas agresivas

Mortero de cemento resistente a los sulfatos (incluyendo cementos de alto horno)

Aguas sumamente agresivas

Mortero de cemento aluminosoPoliuretano

La división entre suelos corrosivos y no corrosivos no es, en lo más absoluto, nítida.

71

Por ejemplo la norma UNE-EN 545:1995 (anexo D) entiende por suelos muy corrosivos los que tienen una resistividad muy baja (menor de 1500 ohm.cm. si es una instalación por encima del nivel freático o 2.500 ohm.cm si es bajo la capa freática), o un pH menor de 6, o si tienen un alto contenido de sulfatos, cloruros o sulfuros, o si hay peligro de contaminación por vertidos orgánicos o industriales o si existen corrientes vagabundas, etc. Mientras tanto, otras referencias norteamericanas (Steel Plate Fabricators Association, 1970 o AWWA, 1985) clasifican a los suelos por su probabilidad de corrosión en función de su resistividad, tal como se indica en la Tabla 15. Análogamente, aguas agresivas son, para la norma UNE-EN 545:1995 (anexo E), las que se indican en la Tabla 16.

Tabla 15. Resistencia de los suelos ante la corrosión (Steel Plate Fabricators Association y Manual M11 de AWWA) Steel Plate Fabricators Association

AWWA

Resistividad (ohm/cm3)

Probabilidad de corrosión

Resistividad (ohm/cm3)

Resistencia ante la corrosión

0 a 1.000

Muy alta

0 a 2.000

Baja

1.000 a 2.000

Alta

2.000 a 4.500

Media

2.000 a 5.000

Media

4.500 a 6.000

Buena

5.000 a 10.000

Baja

6.000 a 10.0000

Excelente

Más de 10.000

Muy baja

Tabla 16. Clasificación de las aguas por su agresividad (UNE-EN 545:1995) Aguas no agresivas

Aguas agresivas

Aguas sumamente agresivas

Valor mínimo de pH

6

5,5

4

Contenido máximo (mg/l) en: CO2 agresivo

7

15

No limitado

Sulfatos (SO4 )

400

3000

No limitado

Magnesio (Mg++)

100

500

No limitado

30

30

No limitado

Característica

–

+

Amonio (NH4 )

72

3.2.7 Identificación Todos los tubos y piezas especiales deben ir marcados, de forma fácilmente legible y durable, con las siguientes identificaciones como mínimo: a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Nombre o marca del fabricante Fecha de fabricación (año) Especificación de que la pieza es de fundición dúctil Diámetro nominal (DN) Presión nominal (PN), en el caso de la existencia de bridas Identificación de la aptitud para el contacto con agua potable, cuando sea el caso Marca de calidad y/o Organismo de certificación, en su caso Clase de espesor de los tubos, cuando ésta no sea K=9 Referencia a la norma UNE EN 545:1995

Las cinco primeras identificaciones deben ser realizadas en el molde de fundición o irán punzonadas en frío, pudiéndose aceptar que las otras demás marcas sean ejecutadas con pintura, siempre que quede garantizada su durabilidad, o que vayan adheridas al embalaje. 3.3 Tubos de acero 3.3.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación Los tubos de acero tienen la condición de metálicos. Son de aplicación, especialmente, en los casos de altas presiones y cubren la gama de diámetros desde 168 mm hasta 2.540 mm. El acero empleado en su fabricación debe ser del tipo no aleado y completamente calmado, según lo indicado en la norma UNE 36004:1989, pudiendo ser sometido a tratamiento térmico. En cualquier caso las características mecánicas han de ser, como mínimo, las indicadas en el epígrafe 3.3.3. En general, los tubos pueden ser de los siguientes tipos: a) Tubos sin soldadura Obtenidos por extrusión de un producto macizo (lingote, palanquilla o barra) y posterior laminado o estirado, en caliente o en frío. También pueden obtenerse por colada centrifugada. En general, el diámetro exterior de estos tubos es inferior a 200 mm. b) Tubos soldados Son los obtenidos por conformación, de un producto plano laminado en caliente o en frío, hasta conseguir una sección circular y posterior soldado de sus bordes. Según el procedimiento de soldadura empleado los tubos pueden ser: – Soldados a tope por presión – Soldados por inducción o resistencia eléctrica – Soldados por arco sumergido.

73

La soldadura, en el caso de los tubos soldados a tope por presión, es siempre longitudinal, mientras que en los soldados por inducción o arco sumergido puede utilizarse también la soldadura helicoidal. El acero de estos tubos debe tener una aptitud garantizada al soldeo, según lo indicado en la norma UNE-EN 10025:1994. Se recomienda, además, que las bobinas de chapa laminada empleadas en la obtención de los tubos soldados estén constituidas por una única pieza, no debiendo admitirse que estén formadas por trozos soldados, excepto en los tubos con soldadura helicoidal por arco sumergido en los que si son aceptables las soldaduras de empalmes de bobinas, siempre que dichas soldaduras hayan sido realizadas por el mismo proceso y sometidas a iguales controles que las del propio tubo.

Lo más habitual es que los tubos de acero para el transporte de agua a presión sean soldados helicoidalmente, bien por inducción o por arco sumergido. En general, las piezas especiales se suelen obtener por soldadura a partir de trozos de tubo o de chapas de acero iguales a las utilizadas en los tubos.

Respecto a la normativa de aplicación, hay que destacar que no existe en la actualidad ninguna norma española UNE relativa a tubos de acero para transporte de agua a presión. En el ámbito de la UE existe el siguiente proyecto de norma: prEN 10224:1998

Steel pipes, joints and fittings for the conveyance of aqueous liquid including potable water

Esta norma está siendo desarrollada por el CEN/TC 29 y, cuando sea aprobada, será convenientemente traspuesta como norma UNE. No obstante, algunos organismos de normalización europeos (DIN ó BSI, por ejemplo) han publicado normas provisionales con el contenido de dicho proyecto (DIN EN 10224 ó BS EN 10224 respectivamente). En esta Guía Técnica, habida cuenta de la importancia que dicho prEN tiene, se han seguido los contenidos principales del mismo. Ante esta situación, en ausencia de normativa nacional y/o europea al respecto, lo habitual es dimensionar los tubos de acero helicoidal soldado de acuerdo con lo especificado por algunas de las normas internacionales sobre los mismos, algunas de las cuales se indican a continuación (si bien también existen normas al respecto BSI y AFNOR en el Reino Unido y Francia respectivamente). a) b) c) d)

74

Normas ISO 4200:1992 o ISO 559:1991 Norma API 5L:2000 Norma AWWA C200-97 Normas DIN 1615:1984, 1626:1984, 1628:1998, 2448:1981, 2413:1993, 2458:1981 ó 2460:1992

Para las piezas especiales puede seguirse lo especificado por la norma AWWA C208-96. En lo que se refiere a la normalización del material, en la mayoría de los casos, se recomienda que el acero a emplear esté conforme con algunas de las normas especificadas en el apartado 3.3.3. El procedimiento de soldadura de los tubos está regulado por alguna de las siguientes normas: a) Normas UNE 14011:1957, UNE 14040:1972, UNE 14606:1975, UNE 14607:1979, UNE 14610:1979, UNE 14612:1980 y UNE 14613:1979 b) Normas UNE-EN 287-1:1992 y UNE-EN 288:1993 (partes 1, 2 y 3) c) Otras normas, tales como ASME IX:2001(parte C) ó API 5L:2000

Los tubos de acero para el transporte de agua se han utilizado desde antiguo (en los Estados Unidos hay referencias desde los años 1850), si bien la tecnología actual de soldadura helicoidal se desarrolló hacia 1930. El excelente comportamiento de estos tubos ante la presión hidráulica interior (por lo elevado de su módulo de elasticidad y de su resistencia a la tracción) hace que su campo habitual de aplicación sea el de los tubos de diámetros medios y grandes (por encima de 500 mm y hasta 2.500 mm) y para elevadas presiones interiores (hasta incluso cerca de 10 N/mm2 en tubos de diámetro inferior a 1.000 mm, dependiendo del acero utilizado), empleándose habitualmente tubos soldados helicoidalmente bien por inducción o por arco sumergido. Habida cuenta de la variabilidad existente de tipos de acero y el gran escalonamiento posible de espesores, es fácil adaptar estos tubos a las exigencias concretas de cada red, sin necesidad de sobredimensionamientos excesivos. Por su condición de tubos metálicos requieren de protección frente a la corrosión mediante revestimientos (o incluso protección catódica). En cuanto a la instalación, como tubos flexibles que son, exigen una cuidadosa compactación de los rellenos de las zanjas. Además, las uniones empleadas suelen ser soldadas, lo que siempre es una operación que requiere de controles adicionales.

3.3.2 Definiciones y clasificación 3.3.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones del apartado 2.4, en estos tubos son de aplicación las siguientes:

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– Diámetros nominales En los tubos de acero el diámetro nominal (DN) se refiere al diámetro exterior (OD). Para un mismo diámetro nominal (DN) los tubos admiten ser fabricados en distintas gamas de espesores, de modo que para una misma capacidad hidráulica, la resistencia mecánica del tubo sea variable.

Ejemplo 8

Dichas variaciones de espesor se obtienen por aumento o disminución del diámetro interior (ID), manteniendo constante el valor del diámetro exterior (OD=DN). En esta figura se ha querido representar, sobre una sección genérica de un cuadrante de una tubería, como se relacionan entre sí los distintos diámetros al variar el espesor del tubo. A efectos de simplificar al máximo la figura no se han tenido en cuenta ni los revestimientos (se ha supuesto el acero desnudo) ni las tolerancias. Por ejemplo, un tubo de diámetro nominal (DN) 1.016 quiere decir que su diámetro Fig. 11. Diámetros en los tubos de acero exterior (OD) es de 1.016 mm (sin tener en cuenta los revestimientos). (ver Tabla 24), salvo las tolerancias admisibles, pero el interior (ID) es variable, teniendo en cuenta el espesor (que será variable) y las tolerancias.

– Ovalación Se calcula, en tanto por ciento, mediante la siguiente expresión (prEN 10224:1998; Dmax y Dmin son los diámetros exteriores mayor y menor de la sección del tubo).

100

D max – D min DN

– Presión nominal (PN) El concepto de presión nominal en los tubos de acero solo se emplea en el caso de que se unan con bridas, en cuyo caso, el valor de PN corresponde a la máxima DP que el tubo puede resistir.

76

Como lo más habitual es que estos tubos se instalen con uniones soldadas (y no con bridas), en los tubos de acero, habitualmente, no se utiliza el concepto de PN. Debe recordarse, además, que en estos tubos, el componente "tubo" como tal sería capaz de soportar presiones muy superiores al valor de la propia PN, siendo el elemento de unión (las bridas) el que determina la máxima presión a la que puede utilizarse. Por otro lado, el proyecto de norma prEN 10224:1998 no establece relación alguna entre PN y PFA, PMA y PEA.

3.3.2.2 Clasificación Los tubos de acero se clasifican por el diámetro nominal (DN), por el espesor nominal (e) y por el tipo de acero empleado (por el valor de su límite elástico).

Ejemplo 9

La serie de diámetros nominales (DN) y espesores nominales (e) normalizados son los indicados en el apartado 3.3.4 y el tipo de acero empleado debe cumplir con lo especificado en el epígrafe 3.3.3.

Si la norma de referencia que se está empleando para el dimensionamiento de una tubería de acero fuera la API 5L:2000, dicha tubería quedaría clasificada indicando, por ejemplo, que fuera de acero X60 (ver Tabla 21), de DN 660 mm y de espesor 8,7 mm (ver Tabla 23). Si, por el contrario, se emplea el proyecto de norma prEN 10224:1998 como norma de producto, para clasificar una tubería habría que especificar que la misma fuera, por ejemplo de acero L 275 (ver Tabla 19), de DN 660 mm y espesor 8,8 mm (ver Tabla 24).

3.3.3 Características técnicas Según la norma de referencia que se se esté empleando, la composición química de la colada en los aceros usados en la fabricación de los tubos debe cumplir con lo especificado en la la Tabla 17 (prEN 10224:1998) o en la Tabla 18 (API 5L:2000). No obstante, es también frecuente emplear aceros diferentes de los anteriores, tales como los previstos por las normas UNE 10025:1994 o en las antiguas UNE 36080:1992 ó DIN 17100:1980, debiendo cumplir, en dichos casos, lo especificado por las respectivas normas.

77

Las normas UNE 36080:1992 y DIN 17800:1980 están, en la actualidad, anuladas, pero lo cierto es que los aceros previstos en ellas se siguen empleando habitualmente en el sector, por lo que se han incluido en el presente documento.

Tabla 17. Composición química de la colada del acero (prEN 10224:1998) Tipo Acero

C% Max.

Si % Max.

Mn % Max.

P% Max.

S% Max.

L235

0,16

0,35

1,20

0,030

0,025

L275

0,20

0,40

1,40

0,030

0,025

L355

0,22

0,55

1,60

0,030

0,025

En general, no se debe añadir ningún otro componente al acero, excepto elementos empleados para la desoxidación (tales como aluminio añadido a la colada). El niobio, vanadio y titanio pueden añadirse según lo indicado en UNE 36004:1989 y UNE-EN 10025:199 Por cada reducción de 0,01% de C, el contenido de Mn se puede incrementar un 0,05% hasta un máximo de 1,60% Para producto terminado, las tolerancias sobre los valores de esta tabla son las siguientes: C, + 0,03%; Si, + 0,05%; Mn, + 0,10%; P, + 0,005%; S, + 0,005%

Tabla 18. Composición química de la colada del acero (API 5L:2000) Tipo Acero

C% Max.

Mn % Max.

P% Max.

S% Max.

A25

0,21

0,60

0,030

0,030

A

0,22

0,90

0,030

0,030

B

0,26

1,20

0,030

0,030

X42

0,26

1,30

0,030

0,030

0,26

1,40

0,030

0,030

X60

0,26

1,40

0,030

0,030

X65

0,26

1,45

0,030

0,030

X70

0,26

1,65

0,030

0,030

X46, X52, X56

Análogamente, según la norma utilizada, las características mecánicas de los aceros empleados en la fabricación de los tubos serán las indicadas en la Tabla 19 (prEN 10224:1998), en la Tabla 20 (UNE-EN 10025:1994 y UNE 36080:1992) o en la Tabla 21 (API 5L:2000 ó DIN 17100:1980). Además, la resiliencia debe ser la indicada en la Tabla 6 de la norma UNE-EN 10025:1994.

78

79

UNE EN 10025

S 185 S 235 S 275 S 355 E 295 E 335 E 360

UNE 36080

A 310 AE 235 AE 275 AE 355 A 490 A 590 A 690

Tipo de acero

360 a 500 430 a 570 500 a 650

L 235 L 275 L 355

235 275 355

225 265 345

Limite elástico mínimo Lemin (N/mm2) (e, mm) e ≤ 16 16 < e < 40 25 21 21

Longitudinal

310 a 540 360 a 510 430 a 580 510 a 680 490 a 660 590 a 770 690 a 900

e≤3 290 a 510 340 a 470 410 a 560 490 a 630 470 a 610 570 a 710 670 a 830

3
Resistencia mín. a la tracción Rm (N/mm2)

185 235 275 355 295 335 360

e≤16 175 225 265 345 285 325 355

16
Límite elástico mínimo Lemin (N/mm2)

10 (L)8 (T) 17 (L)18 (T) 14 (L)12 (T) 14 (L)12 (T) 12 (L)10 (T) 8 (L)6 (T) 4 (L)3 (T)

e≤1

11 (L)9 (T) 18 (L)16 (T) 15 (L)13 (T) 15 (L)13 (T) 13 (L)11 (T) 9 (L)7 (T) 5 (L)4 (T)

1
12 (L)10 (T) 19 (L)17 (T) 16 (L)14 (T) 16 (L)14 (T) 14 (L)12 (T) 10 (L)8 (T) 6 (L)5 (T)

1,5
13 (L)11 (T) 20 (L)18 (T) 17 (L)15 (T) 17 (L)15 (T) 15 (L)13 (T) 11 (L)9 (T) 7 (L)6 (T)

2
14 (L)12 (T) 21 (L)19 (T) 18 (L)16 (T) 18 (L)16 (T) 16 (L)14 (T) 12 (L)10 (T) 8 (L)7 (T)

2,5
Alargamiento en la rotura Amin (%) L (longitudinal) y T (transversal) 3
23 19 19

Transversal

Alargamiento minimo en la rotura Amin (%)

Tabla 20. Características mecánicas del acero (UNE EN 10025:1994 y UNE 36080:1992)

Resistencia mínima a la tracción Rm (N/mm2)

Tipo de acero

Tabla 19. Características mecánicas del acero (prEN 10224: 1998)

Tabla 21. Características mecánicas del acero (normas DIN 17100:1980 y API 5L:2000)

Norma

Resistencia mín. a la tracción Rm (N/mm2)

Tipo de acero

ST ST ST ST ST

DIN 17100:1980

33 37 42 44 52

290 340 a 470 410 a 490 410 a 540 490 a 630

185 235 255 275 355

16 24 22 20 20

310 331 414 414 434 455 490 517 531 565

172 207 241 290 317 359 386 414 448 483

Ver norma API 5L:2000

A25 A B X 42 X 46 X 52 X 56 X 60 X 65 X 70

API 5L:2000

Límite elástico Alargamiento mínimo Lemin en la rotura (N/mm2) (Amin %)

A efectos comparativos de equivalencias entre aceros, en la Fig 12 y en la Tabla 22 se han representado las características mecánicas de los distintos tipos de aceros recogidos en las normas más habituales antes citadas. prEN 10224 (Le, min)

prEN 10224 (Rm)

UNE 36080 (Le, min)

UNE 36080 (Rm)

DIN 17100 (Le, min)

DIN 17100 (Rm)

API 5L (Le, min)

API 5L (Rm)

900

800

Le, min ó R m (N/mm2 )

700

600

500

400

300

200

100

X 70

X 65

X 60

X 56

X 52

X 46

B

X 42

A

A 25

ST 52

ST 44

ST 42

ST 37

ST 33

E 360

E 335

S 355

E 295

S 275

S 235

S 185

L 355

L 275

L 235

0

Fig. 12. Equivalencias entre los aceros previstos en las diferentes normas de producto

80

Tabla 22. Equivalencias aproximadas entre los aceros previstos en las diferentes normas de producto (elaborada a partir de AEAS, 2001)

API 5L:2000 A25 A B X42 X 46 X 52 X 56 X 60 X 65 X 70

pr EN 10224:1998

L235

UNE EN 10025:1994

DIN 17100:1980

UNE 36080:1992

S 185

ST 33

A 310

S 235

ST 37 ST 42 ST 44

AE 235

L 275 L 355

S 275 S 355

ST 52

AE 275 AE 355

Otras características técnicas de interés relativas a estos tubos serían los valores de la densidad y del módulo de elasticidad, los cuales suelen ser, respectivamente, 7.850 kg/m3 y 2,1 x 105 N/mm2.

3.3.4 Dimensiones Las dimensiones normalizadas en los tubos de acero (básicamente diámetros y espesores) son variables según la norma de producto que se esté utilizando. A continuación se adjuntan los valores previstos en prEN 10224:1998 (Tabla 24), en API 5L:2000 (Tabla 23) o en normas DIN (Tabla 25).

Fig. 13. Dimensiones en los tubos de acero.

81

En relación con las piezas especiales, sus dimensiones no suelen estar normalizadas, sino que se determinan en función de las necesidades de cada proyecto. No obstante lo anterior, en prEN 10224:1998 se establecen unos valores para algunas tipologías específicas de piezas especiales.

Tabla 23. Diámetros y espesores nominales habituales para los tubos de acero (API 5L:2000)

Espesor nominal, e (mm) DN 168,3 219,1 273,1 323,9 355,6 406,4 457,0 508,0 559,0 610,0 660,0 711,0 762,0 813,0 864,0 914,0 1.016,0 1.067,0 1.118,0 1.168,0 1.219,0 1.270,0 1.321,0 1.422,0 1.524,0 1.626,0 1.727,0 1.829,0 1.930,0 2.032,0

82

3,2

3,6

4,0

4,4

4,8

5,2

5,6

6,4

7,1

7,9

8,7

9,5

10,3

11,1

11,9 12,7

14,3 15,9 17,5

Tabla 24. Diámetros y espesores nominales de los tubos de acero (prEN 10224:1998)

25,0

22,2

20,0

16,0

17,5

14,2

11,0

12,5

10,0

8,0

8,8

6,3

7,1

5,6

5,4

5,0

4,5

3,2

4,0

2,9

2,3

Espesor nominal, e (mm) Serie 3

2,6

Serie 2

2,0

DN Serie 1 26,9 30,0 31,8 32,0 33,7 35,0 38,0 40,0 42,4 44,5 48,3 51,0 54,0 57,0 60,3 63,5 70,0 73,0 76,1 82,5 88,9 101,6 108,0 114,3 127,0 133,0 139,7 141,3 152,4 159,0 168,3 177,8 193,7 219,1 244,5 273,0 323,9 355,6 406,4 457,0 508,0 559,0 610 660 711 762 813 864 914 1.016 1.067 1.118 1.168 1.219 1.321 1.422 1.524 1.626 1.727 1.829 1.930 2.032 2.134 2.235 2.337 2.438 2.540 2.642 2.743

Serie 1: Diámetros para los que las piezas especiales necesarias están normalizadas Serie 2: Diámetros para los que las piezas especiales necesarias no están normalizadas Serie 3: Diámetros para aplicaciones especiales para los que existen muy pocas piezas especiales normalizadas

83

Tabla 25. Diámetros y espesores nominales de los tubos de acero (norma DIN 2458:1981) Espesor nominal, e (mm) DN 3,2

3,6

4,0

4,5

5,0

5,6

6,3

7,1

8,0

8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5

168,3 219,1 273,0 323,9 355,6 406,4 457,0 508,0 559,0 610,0 660,0 711,0 762,0 813,0 864,0 914,0 1.016,0 1.220,0 1.420,0 1.620,0 1.820,0 2.020,0

Los valores de la Tabla 24 (prEN 10224:1998) proceden a su vez (excepto los DN 2.642 y 2.743) de la norma UNE ENV 10220:1995. Si bien todos ellos están normalizados lo usual en los tubos de acero en España, en la actualidad, es emplear la horquilla de valores comprendidos entre 508 y 2.540 mm. Algunas otras normas internacionales (AWWA o la propia API 5L:2000) normalizan, además, diámetros superiores a los anteriores, si bien son de escasa utilización en España (en la Tabla 23 solo se han representado la fracción de dimensiones incluidas en API 5L:2000 de uso habitual, pero la serie normalizada completa es mayor). Todo ello se resume en la figura adjunta.

84

Diámetros normalizados en prEN de uso habitual Diámetros normalizados en prEN de uso infrecuente Diámetros normalizados en otras normas de uso infrecuente

DN 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

Fig. 14. Dimensiones normalizadas y de uso habitual en los tubos de acero

Cuando la relación DN/e sea menor o igual que 100, la tolerancia en la ovalación deberá ser inferior al 2%, mientras que, caso contrario, deberá ser acordada entre fabricante y cliente (prEN 10224:1998). Unos valores habituales para las tolerancias en los diámetros y en los espesores son los que se indican en la Tabla 26 (prEN 10224:1998). Tabla 26. Tolerancias en diámetros y espesores en los tubos de acero (prEN 10224:1998) Tolerancias sobre OD (mm) DN (mm)

Tolerancias en el espesor (%) Sin soldadura

en fuste Sin soldar

Arco Otra Arco e/OD 0,025 e/OD sumegido soldadura sumergido ≤ 0,025 ≤0,050 ≤0,10

+/– 1% OD +/– 0,75% con un OD con mínimo de un máx de +/– 1% OD +/– 0,5 mm +/– 6 mm con un 219,12.032 con el fabricante

Otra soldadura

el mayor de +/– 12,5% ó 4 mm

< 219,1

+/– 7.5%

+/–20%

+/–15%

+/–12,5%

el mayor de +/– 10% ó +/–0,3 mm

+/–10%

Respecto a las longitudes, éstas pueden ser de los siguientes tipos: a) Longitudes aleatorias. Son aquellas comprendidas dentro de los intervalos de longitudes adoptados por la DO o que figuren en el correspondiente proyecto, según se indica en la Tabla 27, y de forma que la longitud media resultante del total de los tubos sea, como mínimo, la indicada en dicha tabla (prEN 10224:1998).

85

Tabla 27. Longitudes aleatorias de los tubos (prEN 10224:1998) Intervalo de longitudes (m)

Longitud media mínima del total de los tubos (m)

3a8 4 a 12 5,5 a 14 6,5 a 16,5 7,5 a 18,0

6 8 11 13 14,5

b) Longitudes aproximadas. Aquellas cuyo valor es fijado por la DO o en el correspondiente proyecto, admitiéndose una desviación sobre ellas de 500 mm. c) Longitudes fijas. Aquellas cuyo valor es fijado por la DO o por el proyecto. Si la longitud del tubo es menor de 6 metros, se admite una tolerancia de +10 mm, y de +15 mm en caso contrario. Habitualmente las longitudes de los tubos son aleatorias, con unos valores mínimos y máximos de, respectivamente, 4,5 y 13,5 metros (éste último por limitaciones de transporte). En cualquier caso, las longitudes deben determinarse de mutuo acuerdo entre el fabricante y el cliente. Salvo que se trate de tubos curvados (ver apartado 5.3.2), los tubos han de ser rectos, admitiéndose un defecto en su rectitud no mayor que el 0,20 % de su longitud. Cuando la relación e/OD sea menor de 100, la ovalización deberá ser menor del 2%; caso contrario, deberá acordarse entre fabricante y cliente (prEN 10224:1998).

3.3.5 Uniones Los tubos de acero pueden estar provistos con diferentes tipos de uniones, siendo las más habituales las siguientes: a) Uniones rígidas: – Uniones soldadas. La preparación y soldeo de las uniones debe realizarse según lo indicado en las normas UNE-EN 288-1-2-3:1993, por soldadores cualificados de acuerdo con lo indicado en la norma UNE-EN 287-1:1992. Según como sea la soldadura, estas juntas pueden, a su vez, ser de los siguientes tipos: A tope Mediante manguito Con embocadura (junta abocardada) – Uniones con bridas b) Uniones flexibles: Uniones con enchufe y anillo elastomérico

86

Pueden, no obstante, emplearse otros tipos de uniones, tales como juntas con manguito o juntas de expansión y contracción.

Fig. 15. Detalle de unión abocardada (izquierda) o soldada a tope (derecha) en tubos de acero

En cada instalación en particular, el respectivo proyecto debe especificar los tipos de juntas que sean de aplicación. Caso de no hacerlo, lo habitual es utilizar uniones soldadas a tope. En cualquier caso, en diámetros grandes son muy utilizadas tanto la unión soldada a tope como la abocardada (ya que esta última facilita mucho la correcta alineación de los tubos). La longitud L de solape en esta tipología suele ser de unos 150 mm para cualquier diámetro (ver Fig 15). La junta con bridas solo se emplea en diámetros pequeños (por debajo de 400 mm). La unión flexible con enchufe y anillo elastomérico tiene muy poco empleo en la práctica. 3.3.6 Revestimientos de la tubería Todos los tubos y piezas especiales de acero deben contar con un sistema de protección contra la corrosión, tanto exterior como interior, que asegure la adecuada protección frente al medio en que se encuentre. Estos sistemas de protección se clasifican en dos grupos: a) Protección catódica (ver apartado 5.3.5) b) Protección mediante revestimientos En cada instalación en particular, el proyecto correspondiente debe indicar el sistema de protección que sea de aplicación. En cualquier caso, se recomienda siempre al menos una protección mediante revestimientos, debiendo disponerse además, cuando sean previsibles problemas de corrosión significativos (especialmente en el caso de grandes diámetros), sistemas de protección catódica. En cualquier caso, en general, para todo lo anterior, se recomienda seguir lo especificado en el "Manual de corrosión y protección de tuberías" de AEAS (2001).

87

Por tanto, todos los tubos y piezas especiales deben protegerse con revestimientos exterior e interiormente, los cuales han de recubrir uniformemente la totalidad de sus contornos, constituyendo superficies lisas y regulares, exentas de defectos tales como cavidades o burbujas. Han de estar bien adheridos al acero, no descascarillándose ni exfoliándose, y siendo de secado rápido. Cualquiera que sean los revestimientos utilizados deben reunir, entre otras, las siguientes condiciones: a) b) c) d) e)

Protección del acero contra el medio corrosivo en que esté situado Impermeabilidad al medio corrosivo Buena adherencia a la superficie de la tubería a proteger Resistencia a la abrasión, choques, variaciones de temperatura, etc. Baja rugosidad, en el caso de protecciones interiores

Además, el revestimiento interior no debe contener ningún elemento que pueda ser soluble en el agua, ni otros que puedan darle sabor u olor o que puedan modificar sus características. En el caso particular de los abastecimientos a poblaciones, será de aplicación lo especificado por la vigente RTSAP. Previo a la aplicación de cualquier revestimiento las superficies de los tubos y piezas especiales, tanto interiores como exteriores, deben ser cuidadosamente limpiadas al objeto de eliminar contaminantes grasos, restos de barro, calamina, óxidos, perlitas de soldadura y/o elementos extraños en general. Dicha limpieza puede ser realizada por alguno de los procedimientos siguientes: a) Limpieza por disolventes b) Limpieza manual c) Limpieza mecánica La metodología a seguir en las operaciones de limpieza de las superficies puede ser, a título orientativo, la recogida en las normas SSPC-SP1 (Limpieza con disolventes), SSPCSP2 (Limpieza manual) ó SSPC-SP3 (Limpieza mecánica). Tras la limpieza de las superficies (de ser necesaria dicha operación), éstas se deben preparar por medio de proyección de abrasivos al objeto de conseguir el perfil de rugosidad y el grado de preparación requerido por la protección anticorrosiva a aplicar. Los posibles grados de preparación son los siguientes: a) Grado Sa 2. Limpieza o chorreado intenso: Examinada sin aumentos, la superficie debe estar exenta de aceite, grasa y suciedad visibles, así como de la mayor parte de la cascarilla, óxido, capas de pintura y materias extrañas. Las posibles impurezas residuales deben estar firmemente adheridas. b) Grado Sa 2 1/2. Limpieza o chorreado a fondo: Examinada sin aumentos, la superficie debe estar exenta de aceite, grasa y suciedad visibles, así como de cascarilla, óxido, capas de pintura y materias extrañas. Posibles trazas remanentes de contaminación deben presentarse sólo como ligeras manchas a modo de puntos o franjas.

88

c) Grado Sa 3. Limpieza o chorreado hasta dejar el acero visualmente limpio: Examinada sin aumentos, la superficie debe estar exenta de aceite, grasa y suciedad visibles, así como estar exenta de cascarilla, óxido, capas de pintura y materias extrañas. Debe tener un color metálico uniforme. Los grados de preparación de las superficies Sa 2, Sa 2 1/2 y Sa 3 están definidos según lo indicado en la norma ISO 8501-1:1998 y equivalen a los descritos en la norma SS 055900:1998 y en las SSPC-SP6 (Chorreado Comercial), SSPC-SP10 (Chorreado a metal casi blanco) y SSPC-SP5 (Chorreado a metal blanco) respectivamente. En general, el perfil de rugosidad medio Ra se recomienda tenga un valor de entre 15 y 18 micras y el grado de preparación sea el Sa 2 1/2 ó Sa 3. Preferentemente el abrasivo a emplear debe ser granalla metálica de acero, si bien alternativamente pueden ser utilizados otros abrasivos tales como corindón, aluminio electrofundido triturado, etc. Solo excepcionalmente, y siempre y cuando la DO lo admita expresamente, se recomienda el empleo de arena de cuarzo. El tipo y la granulometría del abrasivo debe ser el adecuado para obtener el perfil de rugosidad y el grado de preparación exigido. Es conveniente que el acero empleado como abrasivo sea del tipo SAE-J444, de acuerdo con lo indicado en las normas SSPC, volumen 1, capítulo 2.2. No se debe realizar la limpieza por proyección cuando la humedad relativa del aire supere el 80%, ni cuando la temperatura sea menor de 10°C o cuando la temperatura del acero esté por debajo de 2 ó 3°C sobre la de rocío. En general, no deberían de transcurrir más de unas cuatro horas entre el granallado y la aplicación de la primera capa del revestimiento, debiendo las superficies a revestir no presentar trazas de sombras o inicios de oxidación. Caso de observarse tales defectos, las superficies deben volver a ser granalladas, aplicándose, en este caso, de inmediato el revestimiento. Una vez preparada la superficie hasta el grado requerido puede procederse a aplicar los revestimientos correspondientes, los cuales, en este caso, salvo situaciones excepcionales, se deben aplicar siempre en fábrica después de efectuadas las pruebas de presión interna del tubo en fábrica. Por tanto, habitualmente, los tubos de acero llegan a obra, con sus revestimientos definitivos, si bien, no obstante, y cuando así figure en el proyecto correspondiente o lo admita expresamente la DO, la tubería puede llegar protegida parcialmente o incluso, excepcionalmente, sin ninguna protección. En obra, una vez realizadas las soldaduras, se deben proteger las uniones con el mismo tipo de revestimiento que tenga el tubo u otro compatible que apruebe la DO, confirmando que antes de aplicar el revestimiento el grado de preparación de las superficies es el exigido por la protección en cuestión; caso contrario, debe realizarse la preparación en obra hasta alcanzar el grado deseado.

89

90 Sa 2 1/2 Sa 2 1/2

Polietileno

Poliuretano

Poliolefinas

AWWAC216-89

DIN 30672:2000

Sa 2

Sa 2 1/2

Epoxy sin disolvente

Cintas plásticas

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

Sa 3

Grado de preparación requerido de la superficie

Epoxy reforzado con fibra de vidrio

Epoxy líquido Epoxy en polvo

Galvanizado

Metalización (cincado)

Revestimiento de mortero de cemento

Revestimientos a base de materiales plásticos

Revestimientos a base de resinas epoxy

Revestimientos metálicos

Tipo de revestimiento

AWWAC205-00

AWWAC217-90 MR0274:1995 RP0185:1996

AWWAC215-88

DIN 30670:1991 DIN 30671:1992 prEN 10290:2001 AWWAC203-91 AWWAC209-90 AWWAC214-00

Interior o exterior Interior o exterior Interior o exterior Interior o exterior No apto para agua potable

UNE 37501:1988 UNE 37508:1988 AWWAC210-97 prEN10289:2001 AWWAC213-96 prEN 10310:2001

Interior o exterior

Exterior

Exterior

Exterior

Exterior

Interior o exterior

Interior oexterior

Aplicabilidad

UNE-EN 22063:1994

Normativa de aplicación

Tabla 28. Revestimientos habituales en los tubos de acero

6 mm (DN≤250) 8 mm (250900)

1.150 micras

800 micras

1,8 a 5 mm

200 micras

300 micras

380 micras (int) 300 micras (ext)

200 micras

120 micras

Espesor mínimo erv

Res tracción: 3,7 N/m ancho

Res tracción: 2,5 a 3,0 N/mm2

Res tracción: 3,7 N/mm2

Res tracción: 2,7 N/mm2 Res tracción: 20,6 N/mm2

Riqueza en zinc: 1200 gr/m2

Otras Características

Cuando excepcionalmente los tubos lleguen a obra sin ninguna protección, los trabajos a efectuar in situ deben abarcar tanto la limpieza y la preparación de las superficies como la aplicación de los propios recubrimientos. Estos trabajos se pueden realizar bien en el parque de almacenamiento, en paralelo con el montaje de los tubos, debiendo seguir, en cualquier caso, lo que indique la DO. En cualquier caso, para la preparación de las superficies y la aplicación de los revestimientos mediante pintura se recomienda seguir lo especificado al respecto en la norma ISO 12944:1998. En la Tabla 28 se resumen los revestimientos más usualmente empleados en este tipo de tubos, con la normativa de aplicación y sus características técnicas principales.

3.3.7 Identificación Todos los tubos y piezas especiales deben ir marcados, de forma fácilmente legible y durable, con las siguientes identificaciones como mínimo: a) b) c) d) e)

Nombre del suministrador, fabricante o razón comercial Tipo de acero empleado Diámetro nominal (DN) Espesor nominal (e) Marca de calidad, en su caso

Estas indicaciones deben ser ejecutadas mediante pintura o eventualmente por otros procedimientos que garanticen su fácil lectura y durabilidad, realizándose en un extremo del tubo a una distancia inferior a 0,30 metros de su final. En ocasiones, por indicación de cada proyecto en particular, deberá de realizarse un marcado adicional con referencia a la normativa específica seguida para la fabricación de los tubos.

3.4 Tubos de hormigón armado y pretensado 3.4.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación Los tubos de hormigón son utilizados en el caso de diámetros grandes (están normalizados en UNE-EN hasta diámetros de 4.000 mm) y en presiones medias y elevadas. Pueden ser, en general, de los siguientes tipos: a) b) c) d) e)

Tubos Tubos Tubos Tubos Tubos

de de de de de

hormigón hormigón hormigón hormigón hormigón

armado sin camisa de chapa (THAsCCh) con armadura difusa, sin camisa de chapa (THD) armado con camisa de chapa (THAcCCh) pretensados sin camisa de chapa (THPsCCh) pretensados con camisa de chapa (THPcCCh)

Las piezas especiales a intercalar en tuberías de hormigón armado y/o pretensado suelen ser, en general, de hormigón armado, con camisa de chapa, de acero o, excepcionalmente, de otros materiales de acuerdo con lo indicado en el proyecto. No están, en

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general, normalizadas sus dimensiones en ninguna norma, sino que deben dimensionarse para cada aplicación en particular. Para su diseño puede seguirse lo especificado en la norma AWWA C 208-01. Los procedimientos de fabricación para estos tubos son los que se indican a continuación, si bien también pueden emplearse combinaciones de ellos, siempre que se garantice la homogeneidad y calidad del producto acabado. – – – – –

Centrifugación Compactación por compresión radial Vertido en moldes verticales y vibración Regla vibrante Proyección

Respecto a la normativa de aplicación, los tubos de hormigón deben cumplir, con carácter general, con lo especificado por las normas: UNE-EN 639:1995 UNE-EN 640:1995

UNE-EN 641:1995 UNE-EN 642:1995

Prescripciones comunes para tubos de presión de hormigón incluyendo juntas y accesorios. Tubos de presión de hormigón armado y tubos de presión de hormigón con armadura difusa (sin camisa de chapa), incluyendo juntas y accesorios. Tubos de presión de hormigón armado, con camisa de chapa, incluyendo juntas y accesorios. Tubos de presión de hormigón pretensado, con y sin camisa de chapa, incluyendo juntas, accesorios y prescripciones particulares relativos al acero de pretensar para tubos.

En el caso de los THAsCCh, su utilización debe limitarse a presiones interiores inferiores a 0,5 N/mm2 (UNE-EN 640:1995) y los THD a 2 N/mm2 (UNE-EN 640:1995)

Debido a la escasa resistencia a la tracción del hormigón, no se pueden utilizar tubos de hormigón en masa para transporte de agua a presión, siendo necesario recurrir al hormigón armado (bien con armaduras activas o pasivas) para poder resistir los esfuerzos de tracción. Además, en los THAsCCh, en el caso de niveles freáticos altos y/o en terrenos contaminados por vertidos, puede producirse entrada de agua externa y de contaminación, por lo que son inadmisibles en el caso de agua potable. Su utilización más adecuada es, por lo tanto, en conducciones en lámina libre o en regadío, y con presiones inferiores a las máximas permitidas por UNE EN 640:1995, a lo sumo, habitualmente, de 0,1 N/mm2. Los THD, por su parte, son de muy rara utilización en España y los de THPsCCh están en desuso. Por lo tanto, las recomendaciones incluidas en el presente capítulo son básicamente de aplicación para los THAcCCh y THPcCCh ("hormigón postensado", estos últimos).

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En puridad, el pretensado (Instrucción EHE) es la aplicación controlada de una tensión al hormigón mediante el tesado de tendones de acero. En función del momento del tesado respecto al hormigonado de la estructura, el pretensado puede ser "con armaduras pretesas"(si es que el hormigonado se efectúa después del tesado de las armaduras activas) o "con armaduras postesas" (cuando, al contrario, el hormigonado se realiza antes del tesado). Así las cosas, los "tubos de hormigón pretensados" antes citados, independientemente de que tengan o no camisa de chapa, serían siempre estructuras pretensadas con armaduras postesas. De hecho, a los THPcCCh (tipología e) se les suele denominar "tubos postensados" (curiosamente, hace años era al revés y esta denominación de "tubos postensados" se empleaba para los THPsCCh, los de la tipología d, ahora en desuso). Las normas UNE-EN antes citadas son la más reciente aportación en materia de normativa nacional sobre tubos de hormigón para presión. Vienen a cubrir un importante vacío, en tanto en cuanto, a diferencia del resto de tipologías de tuberías para presión, las de hormigón no contaban con normas UNE al respecto. Transcriben las respectivas normas EN elaboradas por el grupo de trabajo n.° 5 (Concrete pipes and fittings) del TC 164 de CEN y constituyen el marco normativo de la UE para este tipo de tubos. Hasta su aparición la IET-80 ha sido la normativa habitualmente empleada en España para el diseño, fabricación e instalación de este tipo de tubos. Es preciso destacar que numerosos términos acuñados por la IET-80 (presión de timbre, presión de fisuración, ensayos de fisuración o de agotamiento, primario, etc.), y por tanto, de gran tradición en el ámbito de las tuberías de hormigón en España, no figuran recogidos en las normas UNE-EN. Existe también una iniciativa española en lo que se refiere a la normalización de los tubos de hormigón, que es el proyecto de "Norma de Prefabricados de Hormigón Estrucutural", auspiciado por la el antiguo Grupo Español del Hormigón (GEHO), hoy Asociación Científico-técnica del Hormigón Estructural (ACHE), de la cual el capítulo 9 es referente a tubos y galerías de hormigón, y que es previsible esté finalizado en breves fechas.

En cualquier caso, además de las normas UNE-EN antes citadas, otras normas de interés relativas a tubos de hormigón son las siguientes: a) Instrucción del Instituto Eduardo Torroja para tubos de hormigón armado o pretensado, IET-80 (1980), b) Norma DIN 4035:1995 c) Norma BS 4625:1970 d) Normas AWWA C300-97, C301-99, C302-95, C303-97 y C304-99 e) Normas ASTM C 361-99 o C 118-99

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Los tubos de hormigón han sido utilizados desde antiguo para el transporte de agua, tanto en abastecimientos como en saneamientos. Por ejemplo, al respecto de estos últimos, hay muchas referencias de instalaciones ya en el siglo XIX (Paris, 1850; Viena, 1860; San Francisco, 1870; Atlanta, 1895, y muchísimas más). Los tubos de hormigón armado y/o pretensado para el transporte de agua a presión se desarrollaron con posterioridad, hacia los años 1940, originariamente en los Estados Unidos. En España, en particular, los tubos de hormigón armado y/o pretensado tienen un empleo muy tradicional, especialmente en diámetros grandes, acciones ovalizantes importantes y elevadas presiones interiores, sobre todo en estas últimas circunstancias, los de hormigón pretensado, (algo que, por la lógica tradición, también ocurre, por ejemplo, en los Estados Unidos, pero no en otros países de la UE). En particular, en diámetros por encima de 2.500 mm, prácticamente no tienen competencia. Y es que en nuestro país (como también en ciertas partes de los Estados Unidos o en Australia, donde también son usados con profusión estos tubos), hay una permanente necesidad de transportar volúmenes importantes de agua a grandes distancias, habida cuenta del desequilibrio hídrico de nuestro territorio, de la escasez de recursos hídricos en grandes zonas del país o del elevado uso del agua que se hace (básicamente por el regadío). Todo ello ha hecho que el uso de tuberías de grandes diámetros y en longitudes importantes (como las de hormigón) sea una práctica habitual en España al contrario de lo que ocurre en la mayoría de los países de la UE (salvo quizás Italia y Portugal), donde al disponer de más recursos hídricos, mejor distribuidos espacial y temporalmente y menores demandas de agua es raro instalar tuberías de diámetros mayores de 2.500 mm. Entre sus ventajas hay que destacar, además, que al no fabricarse bajo determinadas series normalizadas (como por ejemplo la fundición, o los plásticos) permite una gran adaptación a las necesidades de cada proyecto, sin excesivos sobredimensionamientos (algo que también ocurría con los tubos de acero), si bien, esta fabricación menos estandarizada hace que haya que proyectar en detalle cada tubería en particular (disposición de armaduras, cuantías, espesores de la camisa de chapa, etc.) y que el proceso de fabricación pueda resultar menos industrializado que los tubos realizados bajo series normalizadas. Por otro lado, por su condición de tubo rígido, el propio tubo es quien resiste las solicitaciones sin contar con la ayuda del relleno, de manera que no se producen deformaciones ni roturas frágiles. En cambio, cobra especial importancia el problema de la fisuración, debiendo limitarse los valores admisibles. Por todo ello, las condiciones de instalación son más sencillas que en los tubos flexibles, especialmente en lo que se refiere a las exigencias de los rellenos de las zanjas.

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No obstante, la instalación de estos tubos puede verse dificultada por el elevado peso de los mismos o por la tipología de las uniones, que, cuando son soldadas, requieren de una cuidadosa ejecución y control de calidad, además del mayor número de ellas que hay que realizar, frente a otras alternativas, habida cuenta de la menor longitud de los tubos debido a su elevado peso. Debe destacarse también en estos tubos el que tienen una rugosidad mayor que otros materiales y que prácticamente no requieren mantenimiento (por ejemplo, apenas tienen problemas de corrosión).

3.4.2 Definiciones y clasificación 3.4.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones de 2.4, en estos tubos son de aplicación las siguientes: – Tubo de hormigón armado, sin camisa de chapa (THAsCCh) Es el formado por una pared de hormigón, que le confiere estanquidad, y que contiene una o dos capas de armadura transversal. También puede disponerse transversalmente una armadura elíptica, única, o como refuerzo de la armadura interior en la zona de base y de clave, y de la armadura exterior en la zona de riñones. – Tubo de hormigón armado con armadura difusa (THD) Es el formado por una pared de hormigón, que le confiere estanquidad, con una o más capas de armadura transversal y longitudinal, formadas por alambres menores de 2 mm de diámetro. – Tubo de hormigón armado, con camisa de chapa (THAcCCh) Es el formado por una pared de hormigón y una armadura transversal, compuesta por una o más jaulas cilíndricas y una camisa de chapa de acero soldada, que, además, es la encargada de garantizar la estanquidad. Normalmente la camisa de chapa está situada más próxima al paramento interior que las armaduras y entre este paramento y la camisa pueden disponerse armaduras transversales y longitudinales o bien un mallazo, dependiendo del diámetro del tubo. Cuando la armadura transversal esté sometida a baja tensión y se disponga arrollada directamente sobre la camisa, la norma UNE-EN 641:1995 los denomina tubos de hormigón armado con camisa de chapa pretensionado (THAcCChP).

La armadura interior puede estar constituida bien exclusivamente por la camisa de chapa o bien por ésta más un refuerzo de espiras circunferenciales.

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Los tubos de hormigón armado con camisa de chapa pretensionado (THAcCChP), en España no tienen prácticamente empleo, no así en Estados Unidos donde sí son utilizados habitualmente. Son los conocidos como "pretensioned concrete pressure pipe" (norma AWWA C303) a diferencia de los "prestressed concrete pressure pipe" que serían los tubos de hormigón pretensados con o sin camisa de chapa utilizados en España. Por tanto, en estos tubos de hormigón pretensionado la armadura se compone de redondos y la tensión es muy baja, mientras que en los pretensados, la armadura consiste en alambres y la tensión es muy alta.

-

Tubo de hormigón pretensado con camisa de chapa (THPcCCh, tubo de hormigón postensado) Es el formado por un núcleo de hormigón que contiene una camisa cilíndrica de chapa, que le confiere estanquidad, un alambre de acero de alta resistencia que se enrolla helicoidalmente alrededor del núcleo, postesado a una tensión previamente fijada, que se designa "tensión de zunchado", y un revestimiento exterior, de espesor y naturaleza variables, cuya misión principal es la protección del alambre. El núcleo zunchado, sin el revestimiento exterior, se denomina primario. Estos tubos podrán ser de camisa embebida o de camisa revestida, según que la camisa de chapa del núcleo esté revestida de hormigón por ambos lados o bien únicamente por el interior.

– Tubo de hormigón pretensado sin camisa de chapa (THPsCCh) Es el formado por un núcleo de hormigón que le confiere estanquidad, que contiene armaduras activas o pasivas longitudinales, un alambre de acero de alta resistencia que se enrolla helicoidalmente alrededor del núcleo, pretesado a una tensión previamente fijada, que se designa "tensión de zunchado", y un revestimiento exterior, de espesor y naturaleza variables, cuya misión principal es la protección del alambre. El núcleo zunchado, sin el revestimiento exterior, se denomina primario. Cuando el núcleo sea exclusivamente de hormigón pretensado longitudinalmente y disponga de generatrices de acero de alta resistencia, puestas en tensión y embebidas en la pared del tubo, hormigonado en una sola operación, la norma UNE-EN 642:1995 los denomina tubos de hormigón pretensado monolítico (THPM). – Diámetros nominales En los tubos de hormigón la designación genérica DN se refiere al diámetro interior (ID). Para un mismo DN los tubos admiten ser fabricados con distintos espesores, de manera que para una misma capacidad hidráulica, la resistencia mecánica del tubo sea variable. Para un valor del DN, las variaciones anteriores de espesor se logran por aumento o disminución del diámetro exterior (OD), manteniendo fijo el interior (ID).

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Ejemplo 10

En esta figura representativa de un cuarto de sección de tubería se han representado, las relaciones entre los diámetros en los tubos de hormigón. Por ejemplo, en un tubo de hormigón pretensado con camisa de chapa de DN 1.100, su ID será también 1.100 mm, mientras que su OD será 1.240 mm si es que el espesor fuera el mínimo recomendado por las normas UNE-EN (ver Tabla 33). Fig. 16. Diámetros en los tubos de hormigón

– Ovalación Se calcula como la diferencia entre el diámetro interior máximo y mínimo en una misma sección recta del tubo. Durante muchos años, en el ámbito específico de las tuberías de hormigón en España, se ha venido utilizando el concepto de "presión de timbre" (el cual fue introducido en su momento por la IET-80), entendiéndose como tal a la presión interior que, en ausencia de cargas externas, debe soportar el tubo con los criterios tensionales que a continuación se indican: – THAsCCh. La tensión de tracción en el hormigón sea inferior a la admisible considerada en el cálculo: fct/C; fct es la resistencia a tracción del hormigón y C un coeficiente de minoración. – THAcCCh: La tensión en las armaduras sea la admisible considerada en el cálculo: 130 N/mm2. – THPcCh: La tensión de compresión en la fibra interior del primario sea igual a la admisible considerada en el cálculo que, como mínimo, será 0,5 N/mm2. – THPsCCh: La tensión de tracción en la fibra interior del primario sea igual a la admisible considerada en el cálculo que ascenderá a 1,00 N/mm2. No obstante, este concepto, si bien técnicamente indiscutible, es constatable que crea una cierta confusión en el sector, lo que ha hecho que en la actualidad se encuentre claramente en desuso, de manera que, por ejemplo, incluso en las recientes normas UNE-EN antes citadas relativas a estos tubos, no se contempla este término. Por ello, en esta Guía Técnica se ha optado por obviarlo.

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3.4.2.2 Clasificación La clasificación de los tubos se realiza en base al tipo de tubo de que se trate, a su DN y a la presión máxima de diseño (MDP) que resistan, debiendo, en cualquier caso figurar en el proyecto planos de detalle y prescripciones técnicas relativas a la disposición de las armaduras, espesor de hormigón y mortero de revestimiento, características de los materiales, proceso de ejecución y cuanta otra información sea necesaria para la completa y unívoca definición del tubo. La serie de DN será la indicada en el apartado 3.4.5, las posibles tipologías se describen en el apartado 3.4.2.1 y para estos tubos no hay normalizada serie alguna de presiones de trabajo.

En cualquier caso, como se indicó en el apartado anterior, los tubos de hormigón armado o pretensado no quedan unívocamente clasificados con el diámetro nominal y la presión máxima de diseño que soportan, puesto que para un mismo tubo podrían variar parámetros tales como el espesor, disposición de armaduras, cuantía, etc. Por ello, la total y completa definición de estos tubos deberá quedar reflejada en los planos y demás documentos del proyecto. En los tubos de hormigón, por tanto, la clasificación de los mismos es completamente diferente a como se hace en el resto de materiales. Una forma de simplificar lo anterior sería, para cada proyecto de tubería en particular, hacer un número pequeño (no más de 3 ó 4) de diseños o "clases" para cada diámetro, estableciendo los intervalos de validez para combinaciones de presiones hidráulicas interiores y cargas externas de cada una de ellas, de forma que los tubos pasarían a clasificarse por su diámetro y la" clase" de que se tratase, parecido a cómo se hace con el resto de las tuberías.

3.4.3 Características técnicas Los materiales a emplear en los tubos de hormigón armado y pretensado - cemento, agua, áridos, aditivos, adiciones, acero para armaduras pasivas y activas y chapas de acero - deben cumplir con lo especificado por la vigente EHE, así como con lo que complementariamente se expone a continuación. – Cemento. El cemento a emplear debe cumplir con lo especificado por la vigente RC. En ningún caso se deberá utilizar cemento aluminoso ni se deberán poner en contacto hormigones fabricados con diferentes tipos de cementos que sean incompatibles entre sí. – Agua. En general se pueden utilizar todas las aguas sancionadas como aceptables por la práctica.

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Ejemplo 11

En un proyecto muy complejo podrían, por ejemplo, preverse un total de diez "clases" o diseños (de la A a la L), de manera que cada uno de ellos tenga una definición geométrica perfectamente establecida (cuantías, separaciones entre armaduras, espesores, etc.). Los intervalos de aplicabilidad de cada "clase" (resultado del oportuno cálculo mecánico) podrían ser como se muestran en la tabla adjunta. En esas condiciones, la clasificación de los tubos de hormigón se haría por el diámetro y la clase de que se tratase.

Tabla 29. Ejemplo de clasificación de los tubos de hormigón

Presión interior (N/mm2)

Carga de aplastamiento( kN//m) 10

20

30

40

50

60

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

A A B C D E F G H I J

A A B C D E F G H I J

A A B D D E F G H I J

A A C D E F G H I J K

A B C D E F G I I J K

B C D E F G I I J K L

– Áridos. El tamaño máximo de árido a emplear no debe exceder de los siguientes valores (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995): THAsCCh: un tercio del espesor de la pared con un máximo de 32 mm. THAcCCh: un tercio del espesor de hormigón de cada lado de la camisa con un máximo de 32 mm. THPsCCh: un tercio del espesor del núcleo de hormigón o el espesor del revestimiento exterior de hormigón o mortero con un máximo de 32 mm. THPcCCh: un tercio del espesor de hormigón de cada lado de la camisa o el espesor del revestimiento exterior de hormigón o mortero con un máximo de 32 mm. – Aditivos. No se deben utilizar aditivos que contengan cloruros, debiéndose utilizar únicamente aquellos aditivos cuyas características, y especialmente su comportamiento al emplearlos en las proporciones previstas, vengan garantizadas por el fabricante, y sean aceptados por DO.

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– Adiciones. No deben usarse adiciones de ningún tipo, y en particular, las cenizas volantes. – Armaduras pasivas. En general, las barras o alambres de las armaduras pasivas deben ser de los siguientes diámetros: 5, 6, 8, 10 y 12 mm y el acero a emplear soldable (B 400 S). – Armaduras activas. En general, los alambres de pretensado deben ser de los siguientes diámetros: 5, 6, 7 y 8 mm. En ellos, la estricción no de ser inferior a los valores de la Tabla 30.

Según la EHE, armaduras pasivas son las constituidas por barras corrugadas, mallas electrosoldadas (formadas por barras o alambres corrugados) o armaduras básicas electrosoldadas en celosía (también formadas por barras o alambres corrugados, cuyos puntos de contacto están unidos mediante soldadura eléctrica por un proceso automático). Deben cumplir, respectivamente, los requisitos establecidos en las normas UNE 36068:1994, UNE 36092:1996 y UNE 36739:1995 EX. Las armaduras activas, por su parte, son las formadas con acero de alta resistencia, mediante las cuales se introduce la fuerza del pretensado. Sus elementos constituyentes son alambres, barrras o cordones, debiendo cumplir, respectivamente, lo especificado por las normas UNE 7472:1992 y UNE 36094:1997.

Tabla 30. Alambres de pretensado. Valores mínimos de la estricción tras el ensayo de tracción, en %. (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995) Diámetro del alambre (mm)

Carga unitaria máxima a tracción del acero, fmax (N/mm2) 1.500

1.600

1.700

1.800

5 6 7 8

35 34 33 32

34 33 32 31

32 31 30 –

31 30 – –

– Chapa de acero. La chapa empleada en las camisas de los tubos de hormigón armado o pretensado, debe ser de acero dulce y espesor uniforme, debiendo cumplir con las siguientes características químicas y mecánicas (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995): Contenido en fósforo: Contenido en azufre: Resistencia mínima a la tracción: Límite elástico mínimo: Alargamiento en la rotura:

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P < 0,075% S < 0,065% Rm > 300 N/mm2 Le,min > 220 N/mm2 Amin > 20%

En el ensayo de doblado simple en frío a 180°, sobre un mandril de diámetro igual al espesor de la chapa, ésta no debe presenta grietas apreciables a simple vista.

3.4.4 Ejecución El proceso de ejecución –moldeado, disposición de armaduras activas y pasivas y camisas de chapa, hormigonado, etc.– debe cumplir con lo especificado por la vigente EHE así como con lo que complementariamente se expone a continuación.

3.4.4.1 Disposición de las armaduras pasivas Las armaduras pasivas se disponen en una o más capas cilíndricas, formadas por barras o alambres transversales, arrollados, generalmente en forma helicoidal, sobre camisa de chapa o barras longitudinales que les sirvan de soporte, debiendo cumplir con lo indicado en la Tabla 31. La hélice ha de ser lo más continua posible y sus empalmes deben ir soldados a tope por resistencia eléctrica o por solapo al arco eléctrico, debiendo, en cualquier caso, la soldadura resistir tanto como las barras.

Tabla 31. Disposición de armaduras pasivas (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995) Distancia entre armaduras Recubrimiento mínimo Transversales

Longitudinales

Tubos de hormigón armado sin camisa de chapa (THAsCCh)

< 1,5 veces el espesor del tubo < 150 mm

< 450 mm con un mínimo de 6 barras

> 20 mm > Tamaño máximo del árido

Tubos de hormigón armado con camisa de chapa (THAcCCh)

> 1,25 el tamaño máximo de árido > 25 mm

< 450 mm con un mínimo de 6 barras

> 15 mm si DN < 800 > 20 mm si DN > 800 > I tamaño máximo del árido

Debe cuidarse especialmente la elaboración de la armadura transversal para que sus espiras tengan una separación uniforme y una continuidad en su desarrollo. Salvo casos excepcionales, contemplados en cada proyecto en particular, las generatrices se suelen soldar a las espiras en todos sus puntos de cruce. El diámetro y número de las armaduras longitudinales debe ser suficiente para evitar la deformación de la jaula en el proceso de construcción del tubo. En los THAsCCh de espesor inferior a 80 mm, generalmente se dispone una única jaula. Cuando se coloquen varias jaulas, la cuantía geométrica de acero de la interior debe ser de, al menos, el 50% de la total del tubo y la de la exterior del 40%. Los THAcCChP, armados con redondos de 6 mm de diámetro o mayor, la distancia máxima entre ejes de espiras es, en este caso, de 25 mm.

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3.4.4.2 Disposición de las armaduras activas Las armaduras activas transversales son postesas y van arrolladas helicoidalmente sobre un núcleo de hormigón, que puede llevar o no camisa de chapa. Si no se dispone camisa de chapa, el tubo se puede pretensar longitudinalmente mediante armaduras pretesas o armar mediante armaduras pasivas. La separación libre entre las espiras del pretensado transversal debe ser uniforme y, como mínimo del diámetro del alambre, y nunca menor de 5 mm (UNE-EN 642:1995). Los empalmes y anclajes de las armaduras deben efectuarse de modo que no se modifiquen las características del alambre, en especial su resistencia. Los sistemas de pretensado deben garantizar la tensión de zunchado de forma sensiblemente constante, garantizar que el valor medio de ésta sea al menos el de diseño, permitir su medición y detectar las eventuales variaciones de la tensión que superen las tolerancias establecidas. A este respecto son admisibles tanto todas las variaciones de tensión respecto al valor medio dentro de un intervalor de +/– 10% como aquellas desviaciones instantáneas superiores a este valor siempre que no se produzcan en más de un 5% del total de las espiras (UNEEN 642:1995). El sistema de pretensado longitudinal debe estar provisto de los sistemas adecuados para poder realizar el destesado de un modo lento, gradual y uniforme, sin sacudidas bruscas. No se debe proceder al tesado de las armaduras, hasta que el hormigón haya alcanzado la resistencia necesaria para poder soportar las tensiones transmitidas por las armaduras. Dichas resistencias son fijadas en el proyecto para estas operaciones, con unos mínimos recomendables de 27 N/mm2 y 32 N/mm2 respectivamente. En cualquier caso, la compresión provocada en el núcleo de hormigón durante el pretensado no debe exceder del 60% de la resistencia característica del hormigón en dicho instante (UNE-EN 642:1995). Si se prevén varias capas de armaduras postesas transversales, se debe disponer entre cada una de ellas, excepto en la más externa, un recubrimiento de mortero u hormigón de espesor, como mínimo, el diámetro del alambre. La primera capa se arrolla en torno al núcleo de hormigón y las sucesivas en torno al recubrimiento de las anteriores. Sobre la última capa se dispone de un revestimiento exterior de acuerdo con lo indicado en el apartado 3.4.4.6. 3.4.4.3 Camisas de chapa Las camisas de chapa embebidas en los tubos de hormigón armado son cilíndricas, con soldaduras transversales, longitudinales o helicoidales, hechas a tope o por solape, con una resistencia a tracción mayor o igual a la de la propia chapa de acero. En general, es conveniente que el número de soldaduras a realizar en las camisas de chapa sea el menor posible. De las camisas, antes de ser colocadas en los moldes, se deben eliminar restos de aceite, grasa, petróleo, o cualquier materia extraña que pueda perjudicar la adherencia con el hormigón.

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3.4.4.4 Hormigones y morteros La colocación del hormigón o mortero debe efectuarse de forma continua, no debiendo admitirse en ningún caso juntas de hormigonado, debiendo obtenerse una distribución uniforme del hormigón o mortero así como una superficie interior cilíndrica, lisa y compacta. En cualquier caso, la cantidad de cemento empleado y la relación agua-cemento se recomienda sea según se indica en la Tabla 32. La resistencia característica a compresión del hormigón a veintiocho días, por su parte, no debe ser inferior a 35 N/mm2 (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995). La tolerancia para las juntas de los moldes debe ser tal que el resalto que origine en el paramento de hormigón del tubo no exceda de 3,5 mm. Si se sobrepasa este valor máximo deberá repasarse la junta, especialmente en el caso de núcleos de tubos de hormigón pretensado, para lograr la aplicación directa del alambre de pretensar, en toda su longitud, sobre la superficie exterior del hormigón del núcleo. Tabla 32. Hormigones y morteros. Cantidad de cemento y relación agua-cemento (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995)

Tipo de tubo Tubos de hormigón armado sin camisa de chapa (THAsCCh) Tubos de hormigón armado con camisa de chapa (THAcCCh) Tubos de hormigón, pretensados sin camisa de chapa (THPsCCh) Tubos de hormigón, pretensados con camisa de chapa (THPcCCh) (1) (2)

Cantidad mínima de cemento (kg/m3)

Relación máxima agua-cemento

300 300 350 350

0,45 0,45(1) 0,45 0,45(2)

Puede aumentarse a 0,50 si la cantidad mínima de cemento asciende a 385 kg/m3 Si DN<1.000 puede aumentarse a 0,50 si la cantidad mínima de cemento asciende a 385 kg/m3

3.4.4.5 Curado El curado de los tubos puede realizarse por cualquier procedimiento que mantenga continuamente húmedas sus superficies interior y exterior, como por ejemplo métodos de curado acelerado, tales como el curado por calor o al vapor saturado a la presión atmosférica. Este último tipo de curado se realiza colocando los tubos en cámaras, cajas u otros recintos estancos, que protejan al hormigón de las corrientes de aire y tengan tamaño suficiente para permitir una perfecta circulación del vapor por los paramentos interior y exterior del tubo. Cuando se utilice este procedimiento, la velocidad de calentamiento y enfriamiento debe controlarse adecuadamente, para evitar que el hormigón sufra choques térmicos y desecaciones o condensaciones excesivas. También pueden utilizarse productos de curado, los cuales deben ser aprobados previamente por la DO a la vista de los resultados obtenidos en los ensayos realizados en labo-

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ratorio para justificar su idoneidad, tanto desde el punto de vista de su calidad como de su utilización. El proceso de curado, en general, debe prolongarse hasta que el hormigón haya alcanzado, como mínimo, el 70% de su resistencia de proyecto, no debiendo desmoldearse, en ningún caso, hasta que el hormigón alcance una resistencia mínima de 15 N/mm2. 3.4.4.6 Revestimiento exterior En los tubos de hormigón pretensado, las armaduras activas transversales han de estar protegidas por un revestimiento exterior de hormigón o mortero de cemento, cuyo espesor mínimo se recomienda sea de 20 mm si es de hormigón y 15 mm si es de mortero. La misión de este revestimiento exterior de los tubos de hormigón pretensado es fundamental al objeto de evitar la corrosión bajo tensión de las armaduras activas, por lo que su espesor y demás características deberán ser acordes con el medio en el que vayan a instalarse estos tubos. El revestimiento exterior de hormigón se debe elaborar, transportar, colocar y compactar de forma que se consiga un alto grado de compacidad y por tanto un bajo índice de porosidad y permeabilidad. La cantidad mínima de cemento debe ser de 400 kg/m3 y la relación máxima agua-cemento de 0,45 (UNE-EN 642:1995). Si, por el contrario, el revestimiento exterior fuera de mortero de cemento, éste debe tener una relación máxima agua-cemento de 0,35 y una relación máxima cemento-arena en peso de 0,33. Previamente al mortero debe aplicarse una lechada de cemento sobre el núcleo de hormigón en una proporción de 0,5 litros por m2 con una dosificación de 1,2 kg de cemento por cada litro de agua. Esta lechada es imprescindible para proteger de la corrosión a los alambres de pretensado, gracias al alto índice de alcalinidad del cemento. De no colocar esta lechada, podría darse el caso de que la capa exterior de protección, muy seca, para alcanzar grandes resistencias, no envolviera bien a los alambres, corroyéndose éstos con seguridad.

La superficie exterior del núcleo de hormigón debe limpiarse cuidadosamente antes de aplicar la lechada de cemento a fin de eliminar suciedades, restos de grasas o aceites, etc.

El alto índice de alcalinidad citado, provoca en el acero un proceso conocido como "pasivación". Debido al mismo, puede decirse que, en general, no se requiere protección adicional contra la corrosión en las tuberías de hormigón. Sin embargo, en determinados entornos, la capacidad del hormigón para mantener la pasividad alrededor de los componentes metálicos del tubo puede verse comprometida.

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Algunas situaciones en las que sean de prever problemas significativos de corrosión son, por ejemplo, los entornos con altos contenidos en cloruros o sulfatos (fuertemente ácidos), los suelos con resisitividad menor de 1.500 ohm/cm o la existencia de corrientes vagabundas. Por ello, en ocasiones puede ser interesante realizar un seguimiento del potencial natural para detectar valores que puedan indicar falta de "pasivación" de las armaduras y, por tanto, problemas de corrosión. De esta manera, en determinados casos si habrá que adoptar métodos complementarios de protección contra la corrosión, como pueden ser revestimientos mediante pinturas, sistemas de protección catódica o drenajes unidireccionales de corriente contra el efecto de las corrientes vagabundas. Tanto para instalar protección catódica como para drenar las corrientes vagabundas es imprescindible que el tubo tenga continuidad eléctrica longitudinal.

3.4.4.7 Manipulación y acopio Los tubos deben manipularse de forma que no sufran golpes o rozaduras. Cuando se utilicen cables o eslingas de acero, es conveniente que se protejan éstos con un revestimiento adecuado, para evitar cualquier daño en la superficie del tubo. Especialmente se recomienda el empleo de bragas de cinta ancha, resistente, recubiertas de caucho, o procedimientos de suspensión a base de ventosas. Se desaconseja la suspensión del tubo por un extremo y la descarga por lanzamiento. Debe prestarse especial atención al manejo de los primarios para evitar que el alambre sufra golpes, rozaduras o presiones que deterioren su superficie. El tubo debe depositarse suavemente sobre el suelo plano, cuando se acopie en vertical, o sobre apoyos de material adecuado que no dañen el tubo, cuando se acopie en horizontal. En este último caso, se prohibe rodarlos. El acopio de los tubos debe hacerse preferentemente en vertical, salvo que se prevean posibles daños en la boquilla al colocarlos en esta posición. Los tubos permanecerán debidamente humedecidos o se protegerán del sol y, especialmente, del viento, cuando las condiciones climatológicas hagan prever posibles daños en el tubo, bien sea por retracción o por efectos térmicos. La manipulación y acopio de los tubos debe efectuarse de forma que las tensiones producidas en estas operaciones no superen el 35% de la resistencia característica del hormigón en ese momento, ni el 50% de la tensión máxima prevista en servicio.

3.4.5 Dimensiones En la tabla adjunta se relacionan las principales características geométricas de los tubos de hormigón, según sea su tipología (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995).

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Tabla 33. Dimensiones de los tubos de hormigón armado y postensado (normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995) DN

Tolerancia en DN Media (+/-mm)

200 250 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.250 1.300 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000 2.100 2.200 2.400 2.500 2.600 2.800 3.000 3.200 3.500 4.000

4,0 5,0 6,0 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0

espesores mínimos (mm)

Individual THAsCCh (+/- mm) 8 10 12 16 17 18 19 20 21 22 23 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24

60 60 60 65 65 70 75 85 90 100 105 110 115 125 135 150 165 180 185 200

THAD

40 40 40 45 45 50 55 60 65 65 70 70 75 80

THAcCCh THAcCChP THPCCh THPCCh THPM Revest interior Tubo 15 15 15 20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 25 25 30 40 40 40 45 45 45 45 45 45 50 55

50 50 50 55 60 65 70 75 80 85 95 100 105 110 115 125 140 155 165 170 185 195 200 215 220 230 250 290

40 40 40 45 45 45 45 45 50 50 50 50 50 50

50 50 50 50 55 65 70 75 75 80 85 90 100 115 125 130 135 145 150 160 170 180 190 210 240

40 40 40 45 45 50 50 60 60 65 70 70 75 75 80 85 90 100 100 110 120 130 140 160 180

45 45 50 55 60 65 70 75 80 82 85 90 95 105 115 120 125 135 140 145 155 165

Las dimensiones y posibles utilizaciones de la Tabla 33 son las que figuran en las normas UNE-EN 639:1995 a 642:1995, si bien en España no son habituales instalaciones más que en el rango que se indica en la Fig 17. Incluso dentro de las utilizaciones marcadas como habituales en España, los diámetros 1.250, 1.300 y 2.100 mm son de poca utilización. En la Fig 19 superior se ha representado esquemáticamente un tubo de hormigón armado con camisa de chapa con una única armadura exterior, si bien en una disposición más genérica podría tener varias. La armadura interior sí suele ser única, pero puede estar constituida sólo por chapa o por chapa más un posible mallazo en el revestimiento interior.

106

Dimensiones normalizadas en UNE-EN, de escasa utilización

Tubo de hormigón pretensado monolítico

Tubo de hormigón pretensado sin camisa de chapa

Tubo de hormigón pretensado con camisa de chapa

Tubo de hormigón armado con camisa de chapa, pretensionada

Tubo de hormigón armado con camisa de chapa

Tubo de hormigón armado con armadura difusa

Tubo de hormigón armado sin camisa de chapa

DN

200 250 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.250 1.300 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000 2.100 2.200 2.400 2.500 2.600 2.800 3.000 3.200 3.500 4.000

Dimensiones normalizadas en UNE-EN, de frecuente uso

Fig. 17. Utilizaciones habituales en los tubos de homigón.

107

Para las piezas especiales, en los tubos de hormigón, no hay dimensiones normalizadas de las mismas, debiéndose dimensionar para cada aplicación en particular. La longitud de los tubos no está normalizada, si bien unos valores habituales para la misma son los indicados en la Fig 18. En cualquier caso la tolerancia sobre el valor declarado por el fabricante debe ser de +/- 10 mm y la relación L/DN no mayor de 21 ó 14 según se trate, respectivamente, de tubos con camisa de chapa o sin ella (UNE EN 639:1995). Los tubos deben ser rectos, no debiendo admitirse un defecto en la rectitud mayor de 5 mm ó del 0,5% de su longitud. El descuadre máximo admisible en los extremos de los tubos no debería ser mayor de 20 mm ó el 2% de DN, con un mínimo de 10 mm. Por último, la tolerancia en el espesor de los tubos se recomienda sea el -5% del valor teórico ó -5 mm (UNE EN 639:1995).

10

tubos de hormigón armado y postensado

225 200

9 8

175 150

7 6

125

5

100

4

75 50

3 2

25 0

DN 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600

L=2,5 a 7 m

L=2,5 a 3,5m

espesor THPcCCh

espesor THAcCCh

Fig. 18. Dimensiones de los tubos de hormigón armado y postensado

Tubo de hormigón armado con camisa de chapa

Fig. 19 . Dimensiones y tipologías en los tubos de hormigón

108

1 0

Longitud (m)

espesor mínimo (mm)

250

Tubo de hormigón postensado (con camisa revestida)

Tubo de hormigón postensado (con camisa embebida)

Fig. 19 (Cont.). Dimensiones y tipologías en los tubos de hormigón

3.4.6 Uniones Los tipos de uniones habituales en los tubos y en las piezas especiales de hormigón son las siguientes: – Uniones rígidas: uniones soldadas. La preparación y soldeo de las boquillas debe realizarse según lo indicado en las normas UNE-EN 288:1993 (partes 1, 2 y 3), por soldadores cualificados de acuerdo con la norma UNE-EN 287-1:1992. Para permitir su correcta colocación en alineación y rasante, este tipo de uniones se realizan cuando haya un número suficiente de tubos colocados por delante. En los tubos de DN inferior a 800 mm la soldadura se efectua por la parte exterior de la unión, mientras que en los de DN igual o superior a 800 mm puede efectuarse por su parte interior o exterior, pero nunca por ambas. Terminada la operación de soldadura de las uniones debe procederse a la protección anticorrosiva de las zonas de las boquillas que queden sin proteger, tanto exterior

109

como interiormente, por ejemplo, mediante un recubrimiento de mortero de cemento. En los tubos de DN igual o inferior a 800 mm (o incluso de 600 mm), de difícil accesibilidad, la protección interior de las zonas de las boquillas, en general, es de aplicación complicada, por lo que, en muchos de estos casos, las uniones quedan sin protección. En las uniones soldadas, en alineación recta de los tubos, el solapo de las boquillas no debe ser inferior a 50 mm. En alineaciones curvas se puede formar un ángulo en la unión, cuyo alcance depende del diámetro del tubo y de la holgura entre los elementos que forman la unión. Esta holgura es, como mínimo, la necesaria para permitir un enchufe normal de los tubos y, como máximo, la que permita una correcta soldadura sin necesidad de añadir elementos suplementarios para el cierre de la unión. En cualquier caso, las características geométricas de las camisas de chapa en las juntas deben cumplir con lo indicado en la Tabla 34. Tabla 34. Uniones soldadas. Características geométricas (UNE-EN 639:1995) Espesor mínimo (mm)

Tolerancia en el perímetro (mm)

Tolerancia en la ovalación (mm)

DN Enchufe

Extremo liso

Enchufe

Extremo liso

Enchufe

Extremo liso

DN ≤ 1.500

4

4

+8,5/–1,5

+1,5/–8,5

+7/–3

+3/–7

DN > 1.500

4

4

+8,5/–1,5

+1,5/–8,5

+10/–3

+5/–10

Las uniones soldadas pueden transmitir esfuerzos longitudinales en la tubería. Ello las hace muy indicadas en las curvas, donde se producen empujes importantes. Estos empujes se descomponen en dos tracciones a lo largo de los dos tramos de tubería, que se transmiten a los dos tramos anterior y posterior a la curva y que pueden ser absorbidos por el rozamiento entre la tubería y el terreno. De esta forma se puede eliminar el macizo de anclaje en la curva (ver apartado 5.7). En Estados Unidos, este es el único caso en que se emplean las uniones rígidas, ya que tienen inconvenientes importantes, como son el de producir flexiones cuando hay asientos localizados, y el resistir muy mal el efecto de los terremotos, precisamente por las flexiones que estos efectos pueden producir, siendo totalmente desaconsejable el uso de uniones rígidas en zonas sísmicas.

– Uniones flexibles con anillo elastomérico. Estas uniones pueden realizarse mediante boquillas metálicas situadas en los extremos del tubo entre las que se aloje el anillo elastomérico, o bien sin dichas boquillas, colocándose el anillo directamente en contacto con el hormigón de los tubos. En ambos casos la unión puede realizarse con terminación en enchufe y extremo liso o a media madera, debiendo cuidarse especialmente su construcción, y manipulándola de forma esmerada al objeto de no dañar la unión.

110

Caso de emplear uniones flexibles se recomienda, con carácter general, que dispongan de boquillas, salvo en el caso de bajas presiones. Esta recomendación de disponer de boquillas metálicas en las uniones flexibles es debido a que, por la propia irregularidad del acabado del hormigón, es difícil garantizar una estanquidad perfecta en las uniones flexibles si no se dispone de dichas boquillas. Además, la metodología de construcción de estas boquillas debe ser tal que garantice la perfección de su forma circular y su diámetro, para lo que se utilizan procedimientos que, mediante la aplicación de una presión interior a la boquilla, la hagan sobrepasar su límite elástico hasta conseguir exactamente el diámetro requerido. Es imprescindible el correcto dimensionamiento de estas boquillas, para lo que pueden seguirse, por ejemplo, las especificaciones que figuran en las normas AWWA C30097, C301-99, C302-95 y C303-97. Las uniones flexibles sin boquilla metálica no deben usarse con tubos de presión, dado que pueden no resultar estancas. La superficie de las boquillas que quede al descubierto debe ser protegida contra la corrosión mediante hormigón o mortero o algún otro revestimiento adecuado. Las desviaciones angulares mínimas para este tipo de uniones son las indicadas en la tabla adjunta. Caso de emplear boquillas metálicas para el alojamiento del anillo elastomérico, los espesores mínimos recomendados de la misma son 4, 5 ó 6 mm según el DN del tubo sea, respectivamente, menor de 600 mm, comprendido entre 600 y 1.000 mm o mayor que 1.000 mm (UNE-EN 639:1995). – Uniones ajustables. Las desviaciones angulares mínimas son las indicadas en la Tabla 35. Tabla 35. Uniones flexibles y ajustables. Desviaciones angulares admisibles. Valores mínimos (UNE-EN 639:1995) DN

Uniones flexibles

Uniones ajustables

DN ≤ 300

3° 26'

1° 43'

300 < DN ≤ 600

2° 18'

1° 09'

600 < DN ≤ 1.000

1° 09'

0° 34'

DN > 1.000

1° 09' x 1.000/DN

0° 34' x 1.000/DN

En cada instalación en particular, el proyecto correspondiente debe especificar los tipos de unión que sean de aplicación. Como criterio general, si son de prever acciones sísmicas deben emplearse uniones flexibles y si hay muchos cambios de trazado en la conducción, las uniones rígidas evitan el tener que disponer los correspondientes macizos de anclaje.

111

Fig. 20. Uniones rígidas (izquierda) y flexibles (derecha) en los tubos de hormigón.

Unos criterios para la selección de la clase de unión (soldada o flexible) junto al tipo de apoyo de la tubería (ver apartado 5.3.3) pueden ser los que se muestran en la figura adjunta, en función del diámetro nominal (DN) y de la presión máxima de diseño (MDP). Presión máxima de diseño, MDP (en N/mm2)

DN 0,5 3.000 2.500 2.400 2.200 2.000 1.900 1.800 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500

1,0

1,5

2,0

2,5

Unión soldada y apoyo de hormigón

Unión soldada o flexible, con apoyo granular u hormigón

Unión flexible y apoyo granular

Fig 21. Criterios de selección de los tipos de unión en tubos de hormigón

112

3.4.7 Identificación Todos los tubos y piezas especiales deben ir marcados, de forma fácilmente legible y durable, con las siguientes identificaciones como mínimo: – – – – – – –

Nombre del suministrador, fabricante o razón comercial. Fecha de fabricación (año, mes y día). Tipo de tubo de que se trata. Diámetro nominal (DN). Presión máxima de diseño, o clase. Referencia a la norma UNE-EN que sea de aplicación. Marca de Calidad en su caso.

Adicionalmente, en los tubos que no tengan la armadura circular uniformemente distribuida, deberá marcarse, de forma clara, la generatriz del tubo que deba quedar situada en su parte superior después del montaje.

3.5 Tubos de poli(cloruro de vinilo)no plastificado (PVC-U) 3.5.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación Los tubos de PVC-U tienen la condición de termoplásticos y están normalizados en UNEEN en dimensiones de hasta 1.000 mm de DN y presiones de 2,5 N/mm2 (esta última solo para diámetros pequeños). Se componen de una resina de poli (cloruro de vinilo) no plastificado. El procedimiento de fabricación usual de los tubos es la extrusión, mientras que las piezas especiales se fabrican, en general, por inyección en moldes o bien mediante manipulación a partir del tubo, no siendo una buena práctica la fabricación por unión mediante soldadura o pegamento de diversos elementos, salvo en el caso de diámetros grandes, debiendo, en estos casos, realizarse en fábrica.

Estos tubos son también habitualmente conocidos, simplemente, como "tubos de policloruro de vinilo, PVC", si bien en esta Guía Técnica se han seguido los criterios terminológicos de CEN y los de la norma UNE-EN ISO 1043-1:2000, habiéndose adoptado la denominación para ellos de "tubos de poli (cloruro de vinilo) no plastificado, PVC-U". Los materiales plásticos son básicamente de dos grandes tipos: los termoplásticos y los termoestables. Los primeros pueden ver cambiar su forma una o varias veces por la acción combinada de aumento de la temperatura y de la presión (de forma que cuando la temperatura se eleva se reblandece y cuando al enfriar se endurece); en los segundos, durante su fabricación se ha operado una reacción química irreversible que impide cambiar de forma a las piezas con ellos producidas.

113

De los materiales plásticos empleados en tuberías para el transporte de agua son termoplásticos el PVC-U, el PVC-O y el PE y es termoestable el poliéster. Otros materiales polímeros que también son empleados en las canalizaciones son, por ejemplo, los elastómeros utilizados en las uniones flexibles entre tubos.

Respecto a la normativa aplicable, los tubos y las piezas especiales de PVC-U para conducción de agua a presión deberán cumplir, con carácter general, con lo especificado por la norma: UNE-EN 1452:2000

Sistemas de canalización en materiales plásticos para conducción de agua. Poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) Parte Parte Parte Parte Parte Parte Parte

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Generalidades Tubos. Accesorios. Válvulas y equipo auxiliar. Aptitud al uso del sistema. Práctica recomendada de instalación. Guía para la evaluación de la conformidad.

Esta reciente norma UNE-EN 1452:2000 (elaborada por el CTN 53 de AENOR) recoge lo especificado por la equivalente norma europea EN 1452 (desarrollada, a su vez, por el TC 155 de CEN) y sustituye a la antigua norma UNE 53112:1988 "Tubos y accesorios de poli(cloruro de vinilo) no plastificado para conducción de agua a presión. Características generales y métodos de ensayo" vigente hasta junio del año 2001, así como a las UNE 53177-1 y 2 relativas a accesorios, tanto por unión elástica como encolada. Las partes 6 y 7 de la anterior EN 1452 son aún normas experimentales (ENV), estando, en cualquier caso, ambas traducidas por AENOR (UNE-ENV 14526:2001 y UNE-ENV 1452-7:2002). Si bien poco utilizadas en España, otras normas de interés relativas a estos tubos podrían ser las siguientes: a) Normas AWWA C900-97, C905-97 y C907-91 b) Normas ASTM D1785-99 y D2241-00 c) Normas ISO 161-1:1996, 264:1976, 2536:1974, 4065:1996, 4422:1996, y 12162:1995

114

Aunque el policloruro de vinilo era conocido desde finales del siglo XIX, no fue empleado hasta el año 1941 en la fabricación de tuberías. Fue en Alemania y los tubos inicialmente fabricados tenían como destino el transporte de ácidos y líquidos corrosivos. En la actualidad en España, el campo habitual de utilización de estos tubos es el de los diámetros pequeños o medianos (como máximo 700 mm, si bien habitualmente 400 ó 630 mm) y moderadas presiones (1 ó 1,5 N/mm2 como máximo). No obstante lo anterior, hay experiencias puntuales que alcanzan hasta diámetros de 1.000 mm, pero es excepcional. Entre sus ventajas deben citarse su ligereza (con la consiguiente simplificación de las tareas de instalación de los tubos en obra), su baja rugosidad (lo que supone una mayor capacidad hidráulica frente a otros materiales) y su elevada resistencia al ataque químico. Como singular de estos tubos, hay que destacar el alto coeficiente de dilatación térmica del material y la disminución que con el tiempo sufren la resistencia y el módulo de elasticidad de los tubos. Esta última propiedad (la regresión) está contemplada en las normas de producto, dimensionándose los mismos para la resistencia que tendrán dentro de 50 años, por lo que en el corto plazo resultan sobredimensionados.

3.5.2 Definiciones y clasificación 3.5.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones de 2.4, en estos tubos son de aplicación las siguientes: – Diámetro nominal, DN En los tubos de PVC-U la designación genérica DN se refiere al diámetro exterior (OD). Para un mismo valor del DN los tubos admiten ser fabricados con distintos espesores, de manera que para una capacidad hidráulica determinada la resistencia mecánica del tubo sea variable. Dichas variaciones de espesor (para un valor fijo del DN) se obtienen modificando el diámetro interior (ID), manteniendo fijo el exterior (OD). – Ovalación En los tubos de PVC-U, es la diferencia entre el OD máximo y mínimo en una misma sección recta del tubo.

115

Ejemplo 12

En esta figura se ha representado sobre un cuadrante esquemático de tubería como se relacionan los diámetros de las tuberías de PVC-U entre sí. Por ejemplo, en un tubo de DN 500, su diámetro exterior es 500 mm, mientras que el interior es 475,4 ó 440,6 mm (tolerancias aparte) según se trate de las series S 20 u 8, respectivamente (ver apartado 3.5.4).

Fig 22. Diámetros en los tubos de PVC-U.

– Serie (S) Parámetro adimensional que permite clasificar los tubos. Se define como la relación del radio medio teórico (rm) y el espesor nominal (e).

rm DN − e rm = e 2 rm DN − e S = (SDR) rm = – Relación de dimensiones estandar e 2 S=

Es la relación entre el diámetro nominal (DN) y el espesor nominal (e); es fácil ver que SDR – 1 DN SDR y S se relacionan según S = la expresión siguiente. SDR = 2 e SDR – 1 DN S= SDR = 2 e Los posibles valores normalizados de S y SDR figuran en la norma ISO 4065:1996 y, de ellos, los principales son los que se indican a continuación. De dicha relación, a su vez, solo algunos son utilizados en la normalización de UNE-EN de las series de fabricación de los tubos de PVC-U (los que no están entre paréntesis). 20,0

16,0 13,3 12,5 (10,5) 10,0

(8,3)

SDR 41,0

33,0 27,6 26,0 (22,0) 21,0

(17,6) 17,0

S

116

8,0

6,3

5,0

(4,0)

(3,2)

13,6

11,0

(9,0)

(7,4)

– Rigidez circunferencial específica (Sc) Característica mecánica del tubo que representa su rigidez a flexión transversal por unidad de longitud del mismo a corto (S0) o a largo plazo (S50). Se define mediante la expresión:

Sc =

SC E I e EI Dm

EI D3m

rigidez circunferencial específica, en N/mm2 módulo de elasticidad a flexión circunferencial, en N/mm2 momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud (I = e3/12, en mm3) espesor nominal de la pared del tubo, en mm factor de rigidez transversal, en N x mm diámetro medio teórico del tubo (Dm=DN-e), en mm

– Rigidez nominal (SN) Es un valor que coincide aproximadamente con la rigidez circunferencial específica a corto plazo (S0), expresada en kN/m2. En ENV 1452-6:2001 están normalizados los valores que se indican en la Tabla 36 para S0 y para SN en los tubos de PVC-U.

Tabla 36. Rigidez nominal en los tubos de PVC-U (ENV 1452-6:2001) S 20 (SDR 41) S0 (kN/m2) SN (kN/m2)

S 16,7 S 16 S 12,5 S 10 S8 S 6,3 S5 (SDR 34,4) (SDR 33) (SDR 26) (SDR 21) (SDR 17) (SDR 13,6) (SDR 11)

3,9 4

6,7 8

7,6 --

16 16

31,3 32

61 --

125 --

250 --

– Presión nominal (PN) Es el valor que coincide con DP en utilización continuada durante 50 años (largo plazo) a la temperatura de servicio de 25°C. Para otras temperaturas del agua la PN será la resultante de dividir por el factor de corrección, Fc, indicado en la Fig. 23 la DP (PFA = PN x Fc). En los tubos de PVC-U, los valores normalizados en UNE-EN 1452-1:2000 para las PN y su relación con las presiones hidráulicas (a 25°C) son como se muestra en la Tabla 37.

117

Factor de corrección, Fc

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4 0

10

20 30 Temperatura (ºC)

40

50

Fig 23. Tubos de PVC-U. Factor de corrección de PN por la Tª (UNE-EN 1452-1:2000)

Tabla 37. PFA y PEA en función de PN en los tubos de PVC-U, a 25°C (UNE-EN 1452-1:2000) PN

PFA (N/mm2)

PEA (N/mm2)

6,0 7,5 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 25,0

0,60 0,75 0,80 1,00 1,25 1,60 2,00 2,50

0,90 1,13 1,20 1,50 1,75 2,10 2,50 3,00

Es importante destacar que la relación entre la PN y las presiones hidráulicas que solicitan a la red ha cambiado con la nueva norma UNE-EN 1452-1:2000 respecto a la anterior UNE 53112:1988, en la que se entendía que PN incluía las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, mientras que en la nueva UNEEN 1452-1:2000 no se consideran incluidas. Como se indicó en 2.4, los distintos TC de CEN deberían haber incluido en las respectivas normas de producto las relaciones de PN con PFA, PMA y PEA, si

118

bien en la norma UNE-EN 1452:2000 solo se han relacionado PN con PFA y PEA, no estando determinado, por tanto, cual es la relación entre PN y PMA. Naturalmente, ello no quiere decir que los tubos de PVC-U no soporten las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, sino que no está normalizado el valor de la sobrepresión que es admisible para cada valor de PN. Además, en estas tuberías, debido a lo menor de su módulo de elasticidad, el golpe de ariete causado por una solicitación hidráulica determinada es menor que en otros materiales (acero, fundición u hormigón; ver Ejemplo 24).

Ejemplo 13

En cualquier caso, si se adopta como criterio el que el golpe de ariete admisible sea el provocado por una onda de celeridad similar a los valores normalizados en otros materiales (fundición, por ejemplo), sobrepresiones del orden del 25 ó el 30% son razonablemente admisibles.

Una tubería que vaya a estar solicitada por una DP de 1,50 N/mm2 y una MDP de 1,70 N/mm2, con la normativa anterior (UNE 53112:1988) debía de encargarse de PN 20 (el primer valor normalizado superior a 1,70 N/mm2), mientras que con la nueva situación (UNE-EN 1452-1:2000) basta con que sea de PN 16 (el primer valor normalizado superior a 1,5 N/mm2), siempre que la STP sea inferior a 2,10 N/mm2. Quedaría por determinar si un tubo de PN 16 según los criterios de UNEEN 1452:2000 resiste una MDP de 1,70 N/mm2, cuestión ésta que no está resuelta en dicha norma, si bien, no obstante, al tratarse de una sobrepresión moderada (del orden del 20%), es soportable por el tubo. En relación con la influencia de la temperatura, si una tubería va a transportar agua a 20°C y la DP a la que va a estar solicitada la red es de 0,60 N/mm2, la PN del tubo deberá ser como mínimo de 6; si la temperatura del agua es de 45°C, la PN del tubo deberá ser al menos de 10.

– Límite inferior de confianza (LCL) "Cantidad, expresada en MPa, que puede considerarse como una propiedad de un material, y que representa el límite inferior de confianza al 97,5% de la resistencia hidrostática a largo plazo prevista para el agua a 20°C durante 50 años" (UNE-EN 1452-1:2000) – Tensión Mínima Requerida (MRS) Es el valor del límite inferior de confianza (LCL) aproximado por defecto al número más próximo de una serie de números normalizados (Serie R20 de los números de Renard), según lo indicado en la Tabla 38.

119

Los números de Renard (que deben su nombre al matemático francés Renard) son unas series de números normalizados, cuya génesis son unas progresiones geométricas de razón variable según cual sea la serie. Hay varias series posibles (R5, R10, R20, R40), y la utilizada para la definición de la Tensión Mínima Requerida (MRS) es la R20. El detalle de todas ellas figura en las normas ISO 3:1973 e ISO 497:1973, resumiéndose en la Tabla 38 los valores de la Serie R20. LCL y MRS son las abreviaturas de "Lower Limit Confidence" y "Minimum Requiered Strenght", y son los acrónimos adoptados tanto en las normas CEN como en las UNE resultantes de su traducción.

Tabla 38. Tensión mínima requerida. Valores de aplicación de las Series de los Números de Renard Serie R20 de los números de Renard

Ejemplo 14

1 - 1,12 - 1,25 - 1,4 -1,6 -1,8- 1,12 - 1,25 - 1,4 - 1,6 - 1,8 - 2 - 2,24 - 2,5 - 2,8 - 3,15 - 3,55 - 4 4,5 - 5 - 5,60- 6,3 - 7,1 - 8 - 9 - 10 - 11,2 - 12 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22,4 - 25 - 28 - 32 - 35,5 - 40 44 - 50 - 56 - 63 - 71 - 80 - 90 - 100

Por ejemplo, si el LCL fuera de 53 N/mm2, el MRS sería 50 (ver Tabla 38). En un caso habitual (como el dibujado en la Fig 26), el LCL sería 27 N/mm2 y el MRS 25 N/mm2, que es el valor mínimo aceptado para dicho parámetro, tal como se indica en el apartado 3.5.3.

– Tensión de diseño (σs) Tensión a tracción admisible del material. Se determina dividiendo la Tensión Mínima Requerida (MRS) por un coeficiente de seguridad (C) denominado "coeficiente de diseño", el cual deberá ser seleccionado de entre alguno de los siguientes (serie R20 de los Números de Renard): 1,12 - 1,25 - 1,40 - 1,60 - 1,80 - 2,00 - 2,24 - 2,50 - 2,80

σs =

120

MRS C

Aplicando la fórmula básica de la resistencia de materiales para tuberías que relaciona la presión interior (PN) con la resistencia del material a tracción (σS) y con el espesor y el diámetro del tubo (e y DN, respectivamente):

2 e σ PN= = 2 e σ s s PN DN DN puede verse fácilmente que PN, σs y S se relacionan de la siguiente forma:

σ PN= =σ s s PN SS La relación entre todos estos parámetros (LCL, MRS, C, σS) es, esquemáticamente, tal como se muestra en la Fig. 24.

Fig. 24. LCL, MRS, C y σS en tubos de PVC-U

El concepto de LCL equivale, aproximadamente, a la resistencia mínima a la tracción que el material tendrá a largo plazo (no debe olvidarse que en estos tubos esta propiedad disminuye con el paso de los años). El MRS es el LCL redondeado a una serie de números normalizados y σs es la tensión máxima a la que se deja trabajar al material teniendo en cuenta el coeficiente de seguridad adoptado.

3.5.2.2. Clasificación Los tubos de PVC-U se clasifican por su DN y su PN. No obstante, al estar directamente relacionada la PN con la serie S y con la relación SDR (conforme a lo explicado anterior-

121

mente), podría utilizarse alguno de estos dos parámetros alternativamente a la PN, siendo, no obstante, lo más habitual clasificar a los tubos por el DN y la PN o, en todo caso, por el DN y la serie SDR.

PN 7,5 SDR 33 (S 16)

DN

PN 8 SDR 26 (S 12,5)

PN 10 SDR 21 (S 10)

PN 12,5 PN 16 PN 20 SDR 17 SDR 13,6 SDR 11 (S 8) (S 6,3) (S 5)

12 16 20 25 32 40 50 63 75 90

C =2,5

DN 110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1.000

PN 6 SDR 41 (S 20)

PN 8 SDR 33 (S 16)

PN 10 SDR 26 (S 12,5)

PN 12,5 SDR 21 (S 10)

PN 16 PN 20 SDR 17 SDR 13,6 (S 8) (S 6,3)

PN 25 SDR 11 (S 5)

C =2,0

Fig. 25. Clasificación de los tubos de PVC-U (elaborada a partir de UNE-EN 1452:2000)

122

En el caso genérico de utilizar el DN y la PN como parámetros de clasificación, las posibilidades de utilización de los tubos de PVC-U serían conforme a lo mostrado en la Fig. 25, en la que pueden verse los valores normalizados en UNE-EN 1452:2000 para DN, PN, S, C y SDR.

En relación con los parámetros de clasificación, si bien en la actualidad los más usuales son el DN y la PN, la tendencia en el futuro es a que sean el DN y el SDR.

Ejemplo 15

La rigidez nominal SN no es un parámetro de clasificación en estos tubos, ya que va implícito en cada combinación de valores de DN y PN.

Un tubo de PVC-U de DN 630 puede encargarse en la gama de PN 6, 8, 10 ó 12,5, siendo los parámetros S y SDR los mostrados en la Fig. 25 para cada posibilidad. O un tubo de PN8, si es de DN 75 tendrá un SDR 26, mientras que si es de DN 200 tendrá un SDR 33 (ya que el C es diferente en un caso o en otro).

3.5.3. Características técnicas Los materiales básicos que constituyen los tubos y las piezas especiales de PVC-U son los siguientes: – Resina de poli(cloruro de vinilo) técnicamente pura (menos del 1% de impurezas). – Aditivos, tales como lubrificantes, estabilizadores, colorantes o modificadores de las propiedades finales, que mejoren la calidad del producto. No deben añadirse sustancias plastificantes, ni utilizarse estos aditivos en cantidades tales que puedan dar lugar a elementos tóxicos, que puedan provocar crecimientos microbianos, perjudicar el proceso de fabricación o perjudicar el encolado de las uniones en su caso, así como afectar desfavorablemente a las propiedades físicas, químicas o mecánicas del material, especialmente en lo que se refiere a la resistencia a largo plazo y al impacto. Los materiales que constituyan el tubo o la tubería, una vez transformados, no deben ser solubles en el agua, ni darle sabor u olor o modificar sus características. A este respecto debe ser de aplicación lo especificado por la vigente RTSAP, en el caso de abastecimientos a poblaciones.

123

En general, en la fabricación de los tubos y/o de las piezas especiales, no se debe utilizar material reprocesado, excepto cuando éste provenga del propio proceso de fabricación o de los ensayos que se realicen en fábrica, siempre que los mismos hayan sido satisfactorios. Las principales características técnicas de la materia prima constitutiva de los tubos de PVC-U, así como de los propios tubos una vez fabricados son las que se indican en la Tabla 39. Tabla 39. Características técnicas de la materia prima y de los tubos de PVC-U (UNE-EN 1452:2000) Características físicas de la materia prima Densidad MRS

1,35 a 1,46 gr/cm3 25 N/mm2

Características mecánicas de la materia prima Módulo de elasticidad a corto plazo, E0 Módulo de elasticidad a largo plazo, E50 Límite elástico mínimo, Le, min Límite de rotura Dureza Shore D a 20°C Coeficiente de Poisson,υ

3.000 ó 3.600 N/mm2 1.750 N/mm2 42 N/mm2 50 N/mm2 (aproximado) 70 a 85 0,35

Características térmicas de la materia prima Temperatura de reblandecimiento Vicat Coeficiente de dilatación lineal Conductividad térmica Calor específico

74 a 80°C 0,8 x 10-4 m/m°C-1 0,15 a 0,18 kcal/mh °C 0,20 a 0,28 cal/gr °C

Características eléctricas de la materia prima Rigidez dieléctrica Constante dieléctrica Resistividad transversal a 20°C

20 a 40 kV/mm 3,2 a 3,6 (a 60 Hz) > 1016 ohm/cm

Características físicas de los tubos Temperatura de reblandecimiento Vicat Estabilidad dimensional Color

> 80 °C 5% Gris, azul o crema

Características mecánicas de los tubos Resistencia al impacto

< 10%

Características químicas de los tubos Contenido en VCM

< 1 ppm

De las características mecánicas de los tubos de PVC-U, debe destacarse que el valor mínimo del MRS ha de ser 25 N/mm2 y el C, y en consecuencia σS, adoptan los valores que se indican en la Tabla 40.

124

Tabla 40. Valores habituales de C, MRS y σs (UNE-EN 1452:2000)

DN<110 DN≥110

MRS

C

σs

25 N/mm2 25 N/mm2

2,5 2,0

10,0 N/mm2 12,5 N/mm2

La resistencia a flexotracción a corto o largo plazo es, respectivamente, 90 ó 50 N/mm2 (UNE 53331:1997 IN, ver Tabla 89). En los tubos de PVC-U, en el ámbito de las características mecánicas del material, como ya se ha indicado al principio de este apartado, quizás lo más significativo sea que su resistencia circunferencial disminuye con el paso del tiempo, conforme se representa en la Fig. 26. Esta circunstancia está naturalmente contemplada en las respectivas normas de producto, utilizando como valor característico de resistencia del material la que tendrá en 50 años, por lo que puede decirse que en el corto plazo están sobredimensionados. Las curvas que representan la disminución que con el tiempo tiene la resistencia mecánica de los tubos de materiales termoplásticos se conocían tradicionalmente con el nombre de "curvas de regresión", si bien en la actualidad se tiende a denominarlas "curvas de referencia". Tensión circunferencial (N/mm2)

100 T = 60ºC T = 20ºC

10 1,E-04

1,E-02

1,E+00

1,E+02

1,E+04

1,E+06

1,E+08

Tiempo (horas)

Fig 26. Curvas de referencia en tubos de PVC-U; marcado en grueso el tiempo equivalente a 50 años, 0,438 x 106 horas (UNE-EN 1452:2000)

La norma UNE-EN 1452:2000 prevé que, en ocasiones, a las piezas especiales pueda exigírselas que tengan un MRS superior a 25 N/mm2, designando, en ese caso, al material como PVC-UH. Esto, no obstante, no se emplea en España. 3.5.4 Dimensiones En la tablas y figuras adjuntas se resumen las principales dimensiones de los tubos de PVC-U (UNE-EN 1452-2:2000). En relación con las piezas especiales, existe una gran gama de ellas para este material, cuyas dimensiones normalizadas figuran en la norma UNE-EN 1452-3:2000.

125

Tabla 41. Tubos de PVC-U. Dimensiones (elaboración propia a partir de UNE-EN 1452-2:2000) Diámetro (mm) DN Toler. OD

Ovalación (mm) Longitud SDR 41 SDR 26 Valor Toleran a a nominal cia SDR 33 SDR 11 (m) (mm)

S20 SDR 41

S 16 SDR 33 PN7,5

12 16 20 25 32 40 50 63

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3

1,4 1,4 1,5

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,8

6 6 6 6 6 6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10

75 90

0,3 0,3

1,6 1,8

0,9 1,1

6 6

+/- 10 +/- 10

110 125 140

0,4 0,4 0,5

2,2 2,5 2,8

1,4 1,5 1,7

6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10

160 180 200

0,5 0,6 0,6

3,2 3,6 4,0

2,0 2,2 2,4

6 6 6

225 250 280 315 355

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

4.5 5,0 6,8 7,6 8,6

2,7 3,0 3,4 3,8 4,3

400 450 500

1,2 1,4 1,5

9,6 10,5 12,0

560 630 710 800 900 1.000

1,7 1,9 2,0 2,0 2,0 2,0

126

Espesor (mm) S 12,5 S 10 SDR SDR 26 21 PN 8

PN 10

1,6 1,9 2,4 3,0

S8 SDR 17

S 6,3 SDR 13,6

PN12,5 PN 16

1,5 1,9 2,4 3,0 3,8

1,5 1,9 2,4 3,0 3,7 4,7

PN 20 1,5 1,5 1,9 2,3 2,9 3,7 4,6 5,8

5,6 6,7 PN 20 8,1 9,2 10,3

6,8 8,2 PN 25 10,0 11,4 12,7 14,6 16,4 18,2

1,5 1,6 2,0

1,5 1,6 2,0 2,5

PN 6 2,7 3,1 3,5

2,3 2,8 PN 8 3,4 3,9 4,3

2,9 3,5 PN 10 4,2 4,8 5,4

+/- 10 +/- 10 +/- 10

4,0 4,4 4,9

4,9 5,5 6,2

6,2 6,9 7,7

7,7 8,6 9,6

9,5 10,7 11,9

11,8 13,3 14,7

6 6 6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10 +/- 10

5,5 6,2 6,9 7,7 8,7

6,9 7,7 8,6 9,7 10,9

8,6 9,6 10,7 12,1 13,6

10,8 11,9 13,4 15,0 16,9

13,4 14,8 16,6 18,7 21,1

16,6 18,4 20,6 23,2 26,1

4,8 5,4 6,0

6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10

9,8 11,0 12,3

12,3 13,8 15,3

15,3 17,2 19,1

19,1 21,5 23,9

23,7 26,7 29,7

29,4 33,1 36,8

13,5 15,2 17,1

6,8 7,6 8,6

6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10

13,7 15,4 17,4

17,2 19,3 21,8

21,4 24,1 27,2

26,7 30,0

19,2 21,6 24,0

9,6

6 6 6

+/- 10 +/- 10 +/- 10

19,6 22,0 24,5

24,5 27,6 30,6

30,6

3,6 4,5 4,3 5,4 PN 12,5 PN 16 5,3 6,6 6,0 7,4 6,7 8,3

S5 SDR 11

Fig. 27. Dimensiones en los tubos de PVC-U (elaborada a partir de UNE-EN 1452-2:2000).

4,5 4,0

Tolerancia (mm)

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

espesor (mm)

Fig. 28. Tubos de PVC-U. Tolerancias en los espesores (elaborada a partir de UNE-EN 1452-2:2000)

127

De manera análoga a como se hizo con los restantes materiales, en la Fig 29 se representan las relaciones entre las principales dimensiones (DN, longitud y espesor) de los tubos de PVC-U.

40

18

tubos de PVC-U

35 30 12

20 15 6

Longitud (m)

espesor (mm)

25

10 5

DN 0

0 50

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

L= 6 m espesor SDR 33

espesor SDR 13,6 espesor SDR 41

espesor SDR 26

Ejemplo 16

Fig. 29. Dimensiones de los tubos de PVC-U (elaborada a partir de UNE-EN 1452-2:2000)

En la Fig. 29 puede verse como, por ejemplo, un tubo de PVC-U de DN 400 se fabricará en longitudes de 6 metros y su espesor será 9,8; 12,3; 15,3 ó 29,4 mm según se trate de SDR 41, 33, 26 ó 13,6.

Es importante destacar que en los tubos de PVC-U, tal como ocurre con otros materiales, las posibles dimensiones normalizadas son mucho mayores que las realmente empleadas en la actualidad en España. Ello se aprecia en la figura adjunta, en la cual puede verse que de las PN normalizadas en UNE-EN 1452:2000 solo se emplean en la práctica las PN 6, 10 y 16, y que dentro de ellas, los DN habitualmente comercializados son también notoriamente inferiores a los máximos previstos en la norma.

128

PN 7,5 SDR 33 (S 16)

DN

PN 8 SDR 26 (S 12,5)

PN 10 SDR 21 (S 10)

PN 20 PN 12,5 PN 16 SDR 17 SDR 13,6 SDR 11 (S 5) (S 8) (S 6,3)

12 16 20 25 32 40 50 63 75 90

DN

C =2,5

PN 6 SDR 41 (S 20)

PN 8 SDR 33 (S 16)

PN 10 SDR 26 (S 12,5)

PN 12,5 SDR 21 (S 10)

PN 16 PN 20 PN 25 SDR 17 SDR 13,6 SDR 11 (S 8) (S 6,3) (S 5)

110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1.000

C =2,0

Dimensiones normalizadas en UNE-EN de uso habitual

Dimensiones normalizadas en UNE-EN de uso infrecuente

Fig. 30. Utilizaciones habituales de los tubos de PVC-U.

129

3.5.5 Uniones Los tipos de uniones habituales en los tubos de PVC-U son las siguientes: – – – –

Unión Unión Unión Unión

encolada elástica con anillo elastomérico mecánica, (Gibault, etc.) con bridas (metálicas o de plástico)

Cada proyecto en particular debe especificar los tipos de uniones que sean de aplicación. Caso de no hacerlo se suelen utilizar, en general, uniones elásticas. Las uniones encoladas no deben emplearse salvo en diámetros pequeños (menores de 50 mm).

Fig. 31. Detalle de unión elástica con anillo elastomérico en tubos de PVC-U

3.5.6 Identificación Todos los tubos y piezas especiales deben ir marcados, de forma fácilmente legible y durable, con las siguientes identificaciones como mínimo: – – – – – – – –

Nombre del suministrador, fabricante o nombre comercial. Fecha de fabricación (mes y año). Tipo de material. Diámetro nominal, DN. Presión nominal, PN. Espesor nominal, e (no necesariamente en las piezas especiales). Referencia a la norma UNE-EN 1452:2000. Marca de calidad en su caso.

Estas indicaciones deben realizarse en intervalos no mayores de 1 m. El marcado puede realizarse bien por impresión, proyección o conformado directamente en el tubo de forma que no pueda ser origen de grietas u otros fallos. En el caso de piezas de pequeño tamaño, es suficiente con marcar en ellas la identificación del fabricante, el tipo de material, el DN y la PN, debiendo las restantes figurar en una etiqueta adjunta al suministro.

130

3.6 Tubos de polietileno (PE) 3.6.1 Generalidades. Normativa y campo de aplicación Los tubos de PE tienen la condición de termoplásticos y están normalizados en normas UNE en dimensiones de hasta 1.600 mm de DN y presiones de 2,5 N/mm2 (ésta última solo para diámetros pequeños). Se componen de una resina de polietileno, de acuerdo con las características indicadas en el apartado 3.6.3. El procedimiento de fabricación usual de los tubos suele ser la extrusión. Las piezas especiales se fabrican, en general, por inyección en moldes o bien mediante manipulación a partir de segmentos del tubo, no debiendo admitirse la fabricación por unión mediante pegamento de diversos elementos. En cualquier caso se pueden emplear otros procedimientos, siempre que garanticen la homogeneidad y la calidad del producto acabado. La situación de la normativa aplicable en el diseño de los tubos de PE es compleja. En el medio plazo (uno o dos años) serán publicadas las normas europeas EN 12201 y EN 13244 relativas, respectivamente, a tubos y piezas de PE para conducción de agua a presión para consumo humano (EN 12201) u otras aplicaciones (EN 13244), las cuales deberán ser observadas en el dimensionamiento de estos tubos. En la actualidad ambas son sendos proyectos y se componen de las siguientes partes: prEN 12201:2000

Plastics piping systems for water supply. Polyethylene (PE) Parte Parte Parte Parte Parte Parte

prEN 13244:1998

1. 2. 3. 4. 5. 7.

General Pipes Fittings Valves Fitness for purpose of the system Guidance for the assesment of conformity

Plastics piping systems for buried and above-ground pressure systems for water for general purposes, drainage and sewerage. Polyethylene (PE) Parte Parte Parte Parte Parte Parte

1. 2. 3. 4. 5. 7.

General Pipes Fittings Valves Fitness for purpose of the system Guidance for the assesment of conformity

Entre tanto, hasta la publicación de la norma definitiva EN 12201, debe observarse lo especificado en la siguiente norma UNE: UNE 53131:1990

Plásticos. Tubos de polietileno para conducciones de agua a presión. Características y métodos de ensayo

131

UNE 53490:1990

Tubos de polietileno pigmentado (no negros) para conducciones subterráneas, empotradas u ocultas, de agua a presión. Características y métodos de ensayo

Los proyectos de norma prEN 12201:2000 y prEN 13244:1998, elaborados ambos por el TC 155 de CEN, están teniendo un proceso de elaboración muy largo (cerca de 10 años) ya que introducen numerosos cambios respecto a la concepción tradicional de los tubos de PE (siguiendo las directrices al respecto de la norma ISO 12162:1995), si bien en la actualidad se encuentran en fase de aprobación final (especialmente el prEN 13244:1998). Una vez aprobados, serán oportunamente traspuestos como normas UNE por el CTN 53 de AENOR, sustituyendo, en la parte correspondiente, a las actuales normas UNE 53131:1990, 53490:1990, 53965-1:1999 EX y 53966:2001 EX. El contenido de ambos documentos (prEN 12201:2000 y prEN 13244:1998) es realmente muy similar en lo relativo a dimensiones, características técnicas, ensayos de control de calidad, etc., variando únicamente en aspectos tales como el color de los tubos, las condiciones del material de reprocesado que se pueda emplear, etc.

Como quiera que los prEN 12201:2000 y prEN 13244:1998 introducen importantes modificaciones respecto a la UNE 53131:1990, variaciones que ya están introducidas en el mercado real de estos tubos por los propios fabricantes, AENOR ha publicado las dos normas experimentales siguientes para normalizar transitoriamente los tubos de PE en tanto se apruebe definitivamente los proyectos de norma CEN (basadas en parte del contenido de prEN 12201:2000): UNE 53965-1:1999 EX

Plásticos. Compuestos de PE 80 y PE 100 para la fabricación de tubos y accesorios. Características y métodos de ensayo. Parte 1 Compuestos y accesorios para la conducción de agua

UNE 53966:2001 EX

Plásticos. Tubos de PE 100 para conducciones de agua a presión. Características y métodos de ensayo.

Cuando definitivamente se apruebe la norma UNE-EN 12201 y la UNE-EN 13244 todas estas normas (UNE 53131:1990, 53490:1990, 53965-1:1999 EX y 53966:2001 EX) quedarán derogadas. En esta Guía Técnica se han considerado las directrices de las futuras normas UNE-EN (ya incluidas en las normas UNE EX) ya que en breve plazo serán las que condicionen el dimensionamiento de los tubos de PE.

132

En cualquier caso, otras normas de interés relativas a estos tubos son las siguientes: a) DIN 8074:1999 y 16963:1980 b) AWWA C 901-96 y C906-99 c) ASTM D2104-99, D2239-99, D2447-99, D2737-99, D3035-95, D3261-97, F714-00 y F771-99 d) ISO161-1:1996, 4065:1996 y 12162:1995. Puede decirse sin excesivo equívoco que las tuberías de polietileno son, quizás, las que más han evolucionado en los últimos años. De las primeras generaciones de PE (PE40 según la denominación CEN) en los años 1960-1970, que tenían un LCL superior a 4 N/mm2, se ha evolucionado rápidamente al polietileno de "segunda generación" en los años 80 (PE80, LCL superior a 8 N/mm2) y posteriormente al conocido como de "tercera generación" en los recientes años 90 (PE100, con un LCL superior a 10 N/mm2). En pocos años se ha logrado duplicar la resistencia del material. En España, el PE se empezó a utilizar en los años 1970 en las acometidas a los domicilios, habiendo evolucionado mucho sus posibilidades de aplicación, de manera que, en la actualidad, el campo habitual de utilización de estos tubos es el de los diámetros pequeños y medianos ( 400 ó 500 aunque hay referencias puntuales en diámetros elevados, incluso hasta 1.200 mm), con presiones de hasta 2 ó incluso 2,5 N/mm2 como máximo en DN pequeños. Como material termoplástico, entre sus ventajas deben citarse su ligereza (con la consiguiente simplificación de las tareas de instalación de los tubos en obra), su baja rugosidad (lo que supone una mayor capacidad hidráulica frente a otros materiales), la ausencia de incrustaciones, la elevada resistencia a las tensiones y deformaciones altas con cargas instantáneas, su condición de aislante eléctrico, su elevada resistencia al ataque químico o a la acción de los terrenos agresivos y en este caso particular, su flexibilidad (lo que permite curvaturas importantes en las tuberías). Por otro lado, es un material muy susceptible a las fuentes de calor externas (coeficiente de dilatación de 0,22 mm/m °C), lo que debe ser tenido en cuenta es instalaciones sometidas a variaciones de temperatura importantes. Respecto a los sistemas de unión, éstas suelen ser soldadas, lo que siempre requiere una ejecución cuidadosa. Por último, debe recordarse que la resistencia y el módulo de elasticidad de estos tubos disminuye con el tiempo por el efecto de la regresión, circunstancia ésta contemplada en las normas de producto, de manera que se dimensionan para las propiedades que el tubo tendrá dentro de 50 años, por lo que de alguna manera resultan sobredimensionados en el corto plazo.

133

3.6.2 Definiciones y clasificación 3.6.2.1. Definiciones En los tubos de PE son de aplicación las definiciones específicas incluidas en el apartado 3.5.2.1 (DN, ovalación, serie S, SDR, PN, LCL, MRS, C y σS). En los tubos de PE, para temperaturas del agua transportada superiores a 20°C, la PN debe ser corregida por el factor de corrección Fc que se indica en la Fig. 32.

1,2

Factor de corrección, Fc

1,0

0,8

0,6

0,4 0

10

20

30

40

50

Temperatura (ºC) Fig 32. Tubos de PE. Factor de corrección de PN por la temperatura (elaborada a partir de prEN 12201:2000)

Los posibles valores normalizados de S y SDR figuran en la norma ISO 4065:1996 y, de ellos, los que están normalizados en prEN 12201-2:2000 y en prEN 13244:1998 para los tubos de PE son los que se indican a continuación.

S

20,0

16,0

(13,3) 12,5 (10,5) 10,0

SDR

41,0

33,0

(27,6) 26,0 (22,0) 21,0 17,6

134

8,3

8,0

6,3

5,0

4,0

3,2 2,5

17,0

13,6

11,0

9,0

7,4 6,0

En los tubos de PE, los valores normalizados en prEN 12201:2000 o en prEN 13244:1998 para las PN y su relación con las presiones hidráulicas (a 25°C) son como se muestra en la Tabla 42. Tabla 42. PFA en función de PN en los tubos de PE, a 25°C (prEN12201:2000 y prEN 13244:1998) PN

PFA (N/mm2)

2,5 3,2 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 25,0

0,25 0,32 0,40 0,50 0,60 0,80 1,00 1,25 1,60 2,00 2,50

Es importante destacar que la relación entre la PN y las presiones hidráulicas que solicitan a la red cambia en las futuras normas EN respecto a las actuales UNE 53131:1990 y 53490:1990. En estas últimas se entendía que PN incluía las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, mientras que en las futuras EN no se consideran incluidas. Como se indicó en 2.4, los distintos TC de CEN deberían haber incluido en las respectivas normas de producto las relaciones de PN con PFA, PMA y PEA, si bien en prEN 12201:2000 o en prEN 13244:1998 solo se relaciona PN con PFA, no estando determinado, por tanto, cual es la relación entre PN y PMA ó PEA. Naturalmente, ello no quiere decir que los tubos de PE no soporten las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, sino que no está normalizado el valor de la sobrepresión que es admisible para cada valor de PN. Además, en estas tuberías, debido a lo menor de su módulo de elasticidad, el golpe de ariete causado por una solicitación hidráulica determinada es menor que en otros materiales (acero, fundición u hormigón). En cualquier caso, si se adopta como criterio el que el golpe de ariete admisible sea el provocado por una onda de celeridad similar a los valores normalizados en otros materiales (fundición, por ejemplo), sobrepresiones del orden del 25 ó el 30% son razonablemente admisibles.

135

3.6.2.2 Clasificación Los tubos de PE se clasifican por su MRS, DN y PN. No obstante, al estar directamente relacionada la PN con la serie S y con la relación SDR (conforme a lo explicado anteriormente), podría utilizarse alguno de estos dos parámetros alternativamente a la PN, siendo, no obstante, lo más habitual clasificar a los tubos por el MRS, el DN y la PN o, en todo caso, por el MRS, el DN y el SDR. En el caso genérico de utilizar MRS, DN y PN como parámetros de clasificación, las posibilidades de utilización de los tubos de PE serían conforme a lo mostrado en la Fig. 33 (prEN 12201:2000 y prEN 13244:1998) supuesto un C de 1,25 que es el propuesto por CEN (ver apartado 3.6.3). PE 80

PE 100

PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN

DN

PE 63

2,5 (SDR 26 / S 12,5) 3,2 (SDR 33 / S 16) 4,0 (SDR 17 / S 8) 5,0 (SDR 13,6 / S 6,3) 6,0 6,3 8,0 (SDR 9 / S 4) 10,0 (SDR 7,4 / S 3,2) 12,5 16,0 20,0 25,0 2,5 (SDR 41 / S20) 3,2 (SDR 33 / S 16) 4,0 (SDR 26 / S 12,5) 5,0 (SDR 21 / S 10) 6,0 (SDR 17,6 / S 8,3) 6,3 8,0 (SDR 13,6 / S 6,3) 10,0 (SDR 11 / S 5) 12,5 16,0 20,0 25,0 2,5 3,2 (SDR 41 / S 20) 4,0 (SDR 33 / S 16) 5,0 (SDR 26 / S 12,5) 6,0 6,3 (SDR 21 / S 10) 8,0 (SDR 17 / S 8) 10,0 (SDR 13,6 / S 6,3) 12,5 (SDR 11 / S 5) 16,0 SDR 9 / S 4) 20,0 (SDR 7,4 / S 3,2) 25,0 2.5 3.2 4,0 (SDR 41 / S 20) 5,0 (SDR 33 / S 16) 6.0 6,3 (SDR 26 / S 12,5) 8,0 (SDR 21 / S 10) 10,0 (SDR 17 / S 8) 12,5 (SDR 13,6 / S 6,3) 16,0 (SDR 11 / S 5) 20,0 (SDR 9 / S 4) 25,0 (SDR 7,4 / S 3,2)

PE 40

16 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1.000 1.200 1.400 1.600

Fig. 33. Clasificación de los tubos de PE (elaborada a partir de prEN 12201:2000)

136

Ejemplo 17

Un tubo de PE de DN 900 y PE 100 se puede encargar en la gama de PN 4; 5; 6,3; 8; 10 ó 12,5, siendo los parámetros S y SDR los mostrados en la Fig 33 para cada caso.

Estos tubos admiten ser fabricados con distintos PE según su MRS (ver apartado 3.6.3). En concreto son posibles los siguientes valores de este parámetro: 4, 6,3, 8 y 10 N/mm2, dando lugar a los conocidos como PE40, PE63, PE 80 y PE100. El PE63, no obstante, no tiene utilización en España (las denominaciones de los diferentes PE corresponden al valor de su MRS, en N/mm2, multiplicado por 10; ISO 12162:1995). Un rango habitual de utilización de los PE 40, 80 y 100 (los de uso habitual en España) es según se muestra en la figura adjunta, en función del DN y de la PN DN

PE 40

PE 80

PE 100

PN 4 PN 6,3 PN 10 PN 16 PN 25 PN 4 PN 6,3 PN 10 PN 16 PN 25 PN 4 PN 6,3 PN 10 PN 16 PN 25 16 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1.000 1.200

Fig. 34. Elección del tipo de PE según DN y PN

137

3.6.3 Características técnicas Los materiales básicos constitutivos de los tubos de PE son los siguientes: – Resina de polietileno, de acuerdo con lo indicado en la norma UNE-EN ISO 1872:2001, UNE 53965-1:1999 EX y UNE 53131:1990. – Negro de carbono o pigmentos. – Aditivos, tales como antioxidantes, estabilizadores o colorantes. Sólo podrán emplearse aquellos aditivos necesarios para la fabricación y utilización de los productos, de acuerdo con los requerimientos de las partes aplicables de prEN 12201:2000 o de prEN 13244:1998, según casos. Los materiales que constituyan el tubo o la tubería no deben ser solubles en el agua, ni pueden darle sabor u olor o modificar sus características. A este respecto es de aplicación lo especificado por la vigente RTSAP en el caso de agua potable. En general, en la fabricación de los tubos y/o de las piezas especiales no se utilizará material reprocesado, excepto cuando éste provenga del propio proceso de fabricación o de los ensayos que se realicen en fábrica, siempre que los mismos hayan sido satisfactorios. Las características físicas a corto plazo de la materia prima utilizada en la fabricación de los tubos y de las piezas especiales deben ser las indicadas en la Tabla 43.

Tabla 43. Tubos de PE. Características físicas de la materia prima (normas UNE y prEN) Característica Contenido de agua Densidad Contenido de materias volátiles Índice de fluidez (IFM)

Tiempo de inducción a la oxidación Coefcte. de dilatación térmica lineal Contenido en negro de carbono (solo tubos negros)

Valor < 300 mg/kg > 930 kg/m3 < 350 mg/kg Cambio del IFM menor del 20% del valor obtenido con la materia prima utilizada > 20 min 2 a 2,3 x 10–4 m/m °C–1 Del 2 al 2,5% en masa

Respecto al color de los tubos, son varias las posibilidades según la normativa, conforme puede verse en la Tabla 44. En cualquier caso, los tubos de color azul no deben quedar expuestos a la luz solar. Análogamente, el material empleado en su fabricación puede ser negro o azul, sustituyéndose, en este último caso, el negro de carbono por un pigmento azul.

138

Tabla 44. Colores de los tubos de PE según normas Norma UNE 53131:1990 UNE 53490:1990 UNE 53966:2001 EX prEN 12201:2000 prEN 13244:1998

Color de los tubos Negros No negros, generalmente azules o negros con banda azul Negros, azules o negros con banda azul Azules o negros con banda azul Negros o negros con banda marrón

No obstante lo anterior, en algunos Reglamentos particulares se admite también los tubos negros con banda morada (o incluso completamente morados) para aplicaciones que no sean para consumo humano. O también a veces se emplea en tubos para regadío la banda verde. En cualquier caso, generalmente, la materia prima empleada (el polietileno en forma de granza) es originariamente de color blanco, y la coloración negro o azul se obtiene gracias al negro de carbono o a los pigmentos azules.

En su caso, el contenido en peso en negro de carbono de los tubos y de las piezas especiales debe ser de 2 a 2,50% y su dispersión menor de grado 3, conforme a lo especificado por la norma ISO 11420:1996. La dispersión del pigmento azul, caso de emplearse, también debe ser inferior al grado 3, esta vez conforme a la norma ISO 13949:1997. De las características mecánicas de la materia prima y de los propios tubos, es destacable lo siguiente: a) En el PE, como material termoplástico que es, su resistencia disminuye con el tiempo, circunstancia tenida en cuenta en las normas de producto, que obligan a dimensionar para los valores de las propiedades que el tubo tendrá dentro de 50 años. Unas curvas de referencia o de regresión habituales para un PE normal serían como las mostradas en la Fig 35 (DIN 8075:1999). b) En prEN 12201:2001, los valores mínimos previstos para el MRS son 4; 6,3; 8 y 10 N/mm2, mientras que en prEN13224:1998 sólo se contemplan los valores de 6,3; 8 y 10 N/mm2. En cualquier caso, resultan diferentes PE con las denominaciones que se indican en la Tabla 45. c)

El coeficiente de seguridad C recomendado en prEN 12201:2000 o en prEN13224:1998 es 1,25, si bien dicha norma prevé la posibilidad de utilizar valores mayores, como los de la Tabla 45.

139

d) La tensión de diseño (σs = MRS/C) adoptará los valores de la Tabla 45 según sea el tipo de PE y el C adoptado. Sombreados se marcan los valores habituales. e) El módulo de elasticidad a corto plazo, E0, es de 1.000 N/mm2 y a largo plazo, E50, de 150 N/mm2 (UNE 53331:1997 IN). f)

La resistencia a flexotracción a corto o largo plazo es, respectivamente 30 ó 14,4 N/mm2 (UNE 53331:1997 IN, ver Tabla 95).

Fig. 35. Curvas de referencia habituales en el PE 80 (izquierda) o PE 100 (derecha); DIN 8075:1999

140

Tabla 45. Tipos de polietilenos previstos en prEN 12201:2001 o en prEN13224:1998 PE 40

PE 63

PE 80

PE 100

2

4,00 a 4,99

6,30 a 7,99

8,00 a 9,99

10,00 a 11,19

2

4,0

6,3

8

10

6,3 5,0 4,0 3,2 2,5

8,0 6,3 5,0 4,0 3,2

LCL (N/mm ) MRS (N/mm )

σS (N/mm ) 2

C 1,25 1,60 2,00 2,50 3,20

3,2 2,5 2,0 1,6 1,2

5,0 4,0 3,2 2,5 2,0

Las normas UNE 53131:1990 y UNE 53490:1990 (que serán derogadas con la aparición de las futuras UNE-EN 12201 y UNE-EN 13244) solo contemplaban tres tipos de PE (PEAD, alta densidad; PEMD, media densidad y PEBD, baja densidad) para dos valores nominales de resistencia a la presión interna, frente a los tres o cuatro de prEN 12201:2000 o de prEN13224:1998 respectivamente, de manera que la relación entre todos ellos es como se muestra en la Tabla 46.

Tabla 46. Relación entre los PE de UNE 53131:1990 y 53490:1990 frente a los de prEN 12201:2000 o prEN13224:1998

prEN 12201:2000 ó prEN13224:1998

σs Denominación N/mm2

MRS N/mm2

C

4,0

1,25

3,2

PE 40

6,3

1,25

5,0

PE 63

8,0

1,25

6,3

PE 80

10,0

1,25

8,0

PE 100

UNE 53131:1990 ó UNE 53490:1990 Esfuerzo tangencial de diseño N/mm2

C

"MRS” N/mm2

3,2

1,37

“4,4”

PEAD y PEMD 5,0 (o PE50A y PE50B)

1,60

“8,0”

Denominación

PEDB (o PE32)

Los antiguos polietilenos de alta, media o baja densidad de UNE 53131:1990 y de 53490:1990 no se corresponden exactamente con los nuevos PE 40, 63, 80 ó 100 de las normas EN (la polimerización o la densidad es diferente, por ejemplo), por lo que la comparación o equivalencia entre ambos no es del todo posible. Los términos empleados, además, son diferentes. En primer lugar, la "tensión de diseño, σs" de prEN 12201:2000 ó 12224:1998 equivale aproximadamente al

141

"esfuerzo tangencial de diseño" de UNE 53131:1990 y de 53490:1990, y, en segundo lugar, el concepto MRS de las normas EN no tiene su equivalente en UNE 53131:1990 o en UNE 53490:1990. Con todo, si, en cualquier caso, se pretende hacer una correlación entre los antiguos y los nuevos polietilenos, sí podría establecerse lo siguiente. Los llamados PE40 y PE80 en CEN tienen un MRS de 4 y 8 N/mm2 respectivamente lo que, con un C de 1,25, implica unas σs de 3,2 y 6,3 N/mm2; los PE32 y PE50 en UNE 53131:1990 o en UNE 53490:1990 tienen unos esfuerzos tangenciales de diseño de 3,2 y 5,0 N/mm2 respectivamente. Como UNE (53131:1990 ó 53490:1990) preveía unos C de 1,37 y 1,60 para el PE32 y el PE50 respectivamente, el MRS equivalente que tendrían (de existir este concepto en UNE) sería de aproximadamente 4,4 y 8 N/mm2,en cada uno. Por lo tanto, desde el punto de vista del material, los antiguos PE 32 y PE50 son aproximadamente los nuevos PE40 y PE80, si bien, habida cuenta de la disminución propuesta por CEN del C, la tensión de diseño de los antiguos PE32 y PE50 es la de los nuevos PE40 y PE63 de CEN. En resumen, respecto a la situación actual CEN normaliza dos nuevos tipos de PE: uno de mayor resistencia (PE100) y otro intermedio (PE63), si bien este último no se utiliza en la actualidad en España. El coeficiente de seguridad C recomendado por CEN puede resultar algo bajo en comparación con otros materiales (en la Tabla 66 puede apreciarse que lo habitual es coeficientes del orden de 2,0). Las propias UNE 53131:1990 y 53490:1990 preveían valores algo superiores (1,37 ó 1,60). Si se adoptasen coeficientes superiores, las relaciones entre todos los parámetros de clasificación variarían conforme puede verse en la Tabla 47.

Tabla 47. Equivalencia de PN en función del C adoptado C en función del tipo de PE PE40 PE63 PE80 PE100 3,20 2,50 2,00 1,60 1,25

142

3,20 2,50 2,00 1,60 1,25

3,20 2,50 2,00 1,60 1,25

3,20 2,50 2,00 1,60 1,25

PN en función del parámetro SDR

σs

1,2 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 8,0

SDR 41 0,60 0,80 1,00 1,25 1,60 2,00 2,50 3,20 4,00

SDR 33S

2,50 3,20 4,00 5,00

SDR 26

2,50 3,20 4,00 5,00

SDR 21

SDR 17,6

SDR 17

2,50 3,20 4,00 5,00

2,50 3,20 4,00 5,00 6,00

2,50 3,20 4,00 5,00

8,00

SDR 13,6 2,50 3,20 4,00 5,00

SDR 11 2,50 3,20 4,00 5,00

8,0 8,00 10,0 8,00 10,25 12,5 10,0 12,5 16,0

SDR 9 3,20 4,00 5,00 8,00 10,0 12,5 16,0 20,0

SDR 7 4,00 5,00 8,00 10,0 12,5 16,0 20,0 25,0

Ejemplo 18

En las condiciones habituales (C=1,25) si un tubo fabricado en PE 100 se necesita de PN 8 habrá que encargarlo de la serie SDR 21 (tal como puede verse en la Tabla 47 o en la Fig 56 de clasificación genérica de los tubos de PE). Ahora bien, si se desea un C más conservador de, por ejemplo, 2, la PN de ese tubo SDR 21 sería de 5; o si lo que se quiere es que siga siendo de PN 8 se necesitaría un tubo de serie SDR 13,6. Las posibilidades, como puede verse, son muchas.

3.6.4 Dimensiones En las tablas y figuras adjuntas se muestran las dimensiones habituales de los tubos de PE. Hay bastante variedad de piezas especiales normalizadas en PE. En prEN 12201-3:2000 o en prEN13224-3:1998 figuran unas indicaciones sobre las dimensiones de las mismas que deben ser observadas.

Fig. 36. Dimensiones de los tubos de PE

143

Tabla 48. Dimensiones de los tubos de PE (UNE 53966:2001 EX, prEN 12201-2:2000 y prEN13224-2:1998) Diámetro (mm) DN

Ovala ción (mm)

Tol.

16 0,3 20 0,3 25 0,3 32 0,3 40 0,4 50 0,4 63 0,4 75 0,5 90 0,6 110 0,7 125 0,8 140 0,9 160 1,0 180 1,1 200 1,2 225 1,4 250 1,5 280 1,7 315 1,9 355 2,2 400 2,4 450 2,7 500 3,0 560 3,4 630 3,8 710 6,4 800 7,2 900 8,1 1.000 9,0 1.200 10,8 1.400 12,6 1.600 14,4

1,2 1,2 1,2 1,3 1,4 1,4 1,5 1,6 1,8 2,2 2,5 2,8 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 9,8 11,1 12,5 14,0 15,6 17,5 19,6 22,1

Espesor nominal (mm) S SDR

2,5 6

3,2 7,5

4 9

3,0 3,4 4,2 5,4 6,7 8,3 10,5 12,5 15,0 18,3 20,8 23,3 26,6 29,9 33,2 37,4 41,5 46,5 52,3 59,0

2,3 3,0 3,5 4,4 5,5 6,9 8,6 10,3 12,3 15,1 17,1 19,2 21,9 24,6 27,4 30,8 34,2 38,3 43,1 48,5 54,7 61,5

2,0 2,3 3,0 3,6 4,5 5,6 7,1 8,4 10,1 12,3 14,0 15,7 17,9 20,1 22,4 25,2 27,9 31,3 35,2 39,7 44,7 50,0 55,8

5 11 2,0 2,3 3,0 3,7 4,6 5,8 6,8 8,2 10,0 11,4 12,7 14,6 16,4 18,2 20,5 22,7 25,4 28,6 32,3 36,4 40,9 45,4 50,9 57,2

6,3 13,6

2,0 2,4 3,0 3,7 4,7 5,6 6,7 8,1 9,2 10,3 11,8 13,3 14,7 16,6 18,4 20,6 23,2 26,1 29,4 33,1 36,8 41,2 46,3 52,2 58,8

8 17

8,3 17,6

2,0 2,4 3,0 3,8 4,5 5,4 6,6 7,4 8,3 9,5 10,7 11,9 13,4 14,8 16,6 18,7 21,1 23,7 26,7 29,7 33,2 37,4 42,1 47,4 53,3 59,3

2,0 2,3 2,9 3,6 4,3 5,1 6,3 7,1 8,0 9,1 10,2 11,4 12,8 14,2 15,9 17,9 20,2 22,7 25,5 28,3 31,7 35,7 40,2 45,3 51,0 56,6

10 21

2,0 2,4 3,0 3,6 4,3 5,3 6,0 6,7 7,7 8,6 9,6 10,8 11,9 13,4 15,0 16,9 19,1 21,5 23,9 26,7 30,0 33,9 38,1 42,9 47,7 57,2

12,5 26

16 33

20 41

2,0 2,5 2,9 3,5 4,2 4,8 5,4 6,2 6,9 7,7 8,6 9,6 10,7 11,9 13,5 15,1 17,2 19,1 21,4 24,1 27,2 30,6 34,4 38,2 45,9 53,5 61,2

9,7 10,9 12,3 13,8 15,3 17,2 19,3 21,8 24,5 27,6 30,6 36,7 42,9 49,0

7,7 8,7 9,8 11,0 12,3 13,7 15,4 17,4 19,6 22,0 24,5 29,4 34,3 39,2

La Tabla 48 resume las principales dimensiones de los tubos de PE según las normas referenciadas en el título. Debe, no obstante indicarse que en prEN 13224-2:1998 no están incluidos los DN 16, 20 y 25.

144

De manera análoga a como se hizo con los restantes materiales, en la Fig. 37 se representan las relaciones entre las principales dimensiones (DN, longitud y espesor) de los tubos de PE. 36

tubos de PE

50

30

40

24

30

18

20

12

10

6 DN

0 100

200

300

400

500

600

700

800

900

Longitud (m)

espesor (mm)

60

0

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

L= 12 m

L=6 m

Tubos en rollo

espesor SDR 33

espesor SDR 13,6

espesor SDR 41

espesor SDR 21

Ejemplo 19

Fig. 37. Dimensiones de los tubos de PE (elaborada a partir de normas UNE y prEN)

En la Fig 37 puede verse como, por ejemplo, un tubo de PE de DN 500 se fabricará en longitudes de 6 ó de 12 metros y su espesor será 12,3; 15,3; 23,9 ó 36,8 mm según se trate de SDR 41, 33, 21 ó 13,6.

En los tubos de PE, tal como ocurre con otros materiales, las posibles dimensiones normalizadas son mucho mayores que las realmente empleadas, tal como puede apreciarse en las Fig 38 y en la Fig 34. En la Fig. 38, por ejemplo, puede verse que de las PN normalizadas solo se emplean en la práctica en España en la actualidad cinco valores, y que dentro de ellas, los DN habitualmente comercializados son también notoriamente inferiores a los máximos previstos en la norma. Por último, respecto a las longitudes de estos tubos, no están normalizados los valores de las mismas, siendo habitual fabricar los tubos en longitudes de 6 ó 12 metros (ver Fig. 37). Los tubos de DN menor de 50 se suministran siempre en rollos; los de DN entre 50 y 100 bien en rollos o bien en barras rectas, y los de DN mayor de 110, siempre en barras rectas.

145

1.800

Diámetros normalizados en prEN de uso infrecuente 1.600

Diámetros normalizados en prEN de uso frecuente

1.400

1.200

DN

1.000

800

600

400

200

0 PN 2,5

PN 3,2

PN 4

PN 5

PN 6

PN 6,3

PN 8

PN 10

PN 12,5

PN 16

PN 20

PN 25

Fig. 38. Diámetros habituales en los tubos de PE

3.6.5 Uniones Los tipos de uniones habituales en los tubos de PE son las siguientes: – Unión soldada térmicamente a tope – Unión por electrofusión – Unión mediante accesorios mecánicos

Unión por electrofusión

Unión mediante accesorios mecánicos

Unión mediante soldadura a tope Fig. 39. Sistemas de unión en los tubos de PE

146

La unión por electrofusión requiere rodear a los tubos a unir por unos accesorios que tienen su interior unas espiras metálicas por las que se hace pasar corriente eléctrica de baja tensión (24-40 V), de manera que se origine un calentamiento (efecto Joule) que suelda el tubo con el accesorio. La soldadura a tope consiste en calentar los extremos de los tubos con una placa calefactora a una temperatura de 210°C y, a continuación, comunicar una determinada presión previamente tabulada.

DN

Unión por accesorios mecánicos

Unión por electrofusión

Unión por soldadura a tope

16 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1.000 1.200

Fig. 40. Tipos de uniones según DN en tubos de PE

La unión por accesorios mecánicos (usualmente de polipropileno, si bien también los hay de latón) obtiene la estanquidad al comprimir una junta sobre el tubo, a la vez que el elemento de agarre se clava ligeramente sobre el mismo para evitar el arrancamiento.

147

Cada proyecto en particular debe especificar los tipos de uniones que sean de aplicación. Caso de no hacerlo se suelen utilizar, en general, uniones soldadas a tope entre los tubos. En la Fig. 40 se muestra el campo habitual de aplicación de todas ellas. Entre las ventajas de la unión por electrofusión frente a la soldada térmicamente a tope (y que la hace aconsejable por tanto en diámetros pequeños) pueden citarse las siguientes: – El equipo de soldadura está disponible para otra utilización tan pronto ha finalizado el tiempo de fusión, mientras que en la soldadura a tope hay que esperar a que se produzca el enfriamiento de la unión lo que ralentiza el proceso de montaje. – Los equipos de electrofusión son más ligeros, tienen un coste menor y son de bajo mantenimiento. – La soldadura por electrofusión es factible en situaciones difíciles, siendo ideal para efectuar reparaciones (donde no sean posibles movimientos longitudinales de la tubería). – La electrofusión permite la unión de tuberías de distintos materiales y con diferente espesor de pared (extremo éste nada recomendable en la soldadura a tope). 3.6.6 Identificación Todos los tubos y piezas especiales deben ir marcados con, al menos, las siguientes identificaciones: – – – – – – – –

Nombre del suministrador, fabricante o nombre comercial. Fecha de fabricación (mes y año). Tipo de material. Diámetro nominal, DN. Presión nominal, PN. Espesor nominal, e (no necesariamente en las piezas especiales). Referencia a la norma UNE correspondiente en cada aplicación. Marca de calidad en su caso.

Estas indicaciones deben realizarse en intervalos no mayores de 1 m. El marcado puede realizarse bien por impresión, proyección o conformado directamente en el tubo de forma que no pueda ser origen de grietas u otros fallos.

3.7 Tubos de poli(cloruro de vinilo) con orientación molecular (PVC-O) 3.7.1 Generalidades. Normativa. Ámbito de aplicación Los tubos de PVC-O tienen la condición de termoplásticos y son utilizados habitualmente en el rango de diámetros pequeños (menores de 400 mm) y presiones de hasta 2 N/mm2.

148

La tecnología de fabricación de estos tubos está basada en una reorientación en sentido circunferencial de las moléculas de las tuberías convencionales de PVC-U, de forma que se crea una estructura laminar en la pared del tubo gracias a la que se mejoran notablemente las características físicas y mecánicas. Pueden fabricarse bien en contínuo (a la salida de la línea extrusora del tubo de PVC-U convencional) o bien tubo a tubo de forma independiente. Uno de los principales inconvenientes que hay para su uso es la escasez de normalización sobre ellos. En la actualidad se está elaborando el proyecto de norma prISO 164224:2000 Pipes and joints made of oriented unplasticized poly(vinyl chloride) (PVC-O) for water transport. Specifications que quizás en un corto plazo se convierta en norma europea EN y, consecuentemente, en UNE-EN. Entre tanto, pueden utilizarse en la actualidad alguna de las siguientes normas al respecto para la caracterización de estos tubos: WIS 4-31-08:2001

Especificaciones de tubos de policloruro de vinilo orientado molecularmente (PVC-O) empleados en conducciones subterráneas a presión.

AWWA C 909-98

Molecularly oriented polyvinyl chloride (PVC-O) pressure pipe, 4 in through 12 in (100 mm through 300 mm), for water distribution

ASTM F 1483-98

Standard specification for oriented poly(vinyl chloride), PVC-O, pressure pipe

En los últimos años, los materiales plásticos están sufriendo un proceso de continua evolución, apareciendo nuevos materiales que complementan o sustituyen a los tradicionales tubos de PVC-U ó PE, tanto en el ámbito del abastecimiento y el regadío como en el de la edificación. Son, por ejemplo, los tubos de poli(cloruro de vinilo) con orientación molecular (MOPVC ó PVC-O) o, ya en el ámbito específico de la edificación, otros muchos, tales como, los de polietileno reticulado (PE-X), poli(cloruro de vinilo) clorado (PVC-C), los tubos de polipropileno (PP), los de polibutileno (PB), los multicapa, etcétera. De todos ellos,en el contexto de esta Guía Técnica, se destacan los de PVC-O por ser aptos para el transporte de agua fuera del ámbito de la edificación y a los mismos se dedica el presente capítulo. Esta tipología de tubos tiene su origen hace más de 20 años en el Reino Unido, donde se utiliza con profusión, extendiéndose su uso posteriormente a EEUU y

149

Australia, y habiendo sido iniciada su utilización en los últimos años en países como Francia o España (desde aproximadamente el año 1997). Como se ha indicado, su campo de aplicación natural es el de los diámetros pequeños y presiones de hasta 1,6 ó 2,5 N/mm2, las cuales se alcanzan con unos reducidísimos espesores gracias a la elevada resistencia del material.

3.7.2 Definiciones y clasificación 3.7.2.1 Definiciones En los tubos de PVC-O son de aplicación las definiciones específicas incluidas en el apartado 3.5.2.1 (DN, ovalación, serie S, SDR, SN, PN, LCL, MRS, C y σS). En relación con la PN, si la temperatura del agua transportada es superior a 20°C, habría que aplicar un factor de corrección a la PN del tubo (un 2% por cada °C que exceda de 20). Los valores normalizados de PN y su relación con PFA es como se indica en la Tabla 49.

Tabla 49. PFA en función de PN en los tubos de PVC-O, a 25°C (prISO 16422-4:2000) PN

PFA (N/mm2)

10,0 12,5 16,0 20,0 25,0 32,0

1,00 1,25 1,60 2,00 2,50 3,20

3.7.2.2 Clasificación Los tubos de PVC-O se clasifican por su MRS, DN y PN. Los valores normalizados de MRS figuran en el apartado 3.7.3, los de PN en 3.7.2.1 y los de DN en 3.7.4.

Las posibles combinaciones de valores de MRS, DN y PN previstas en en prISO 16422-4:2000 son muchas, si bien en la actualidad las posibilidades que el mercado realmente ofrece en la actualidad en España son solo las marcadas en la figura adjunta, que, como puede verse, cubren un campo muy inferior al previsto en el citado prISO 16422-4:2000.

150

PVC-O 315

PVC-O 355

PVC-O 400

PVC-O 450

PVC-O 500

(MRS=31,5 N/mm2) (MRS=35,5 N/mm2) (MRS=40,0 N/mm2) (MRS=45,0 N/mm2) (MRS=50,0 N/mm2)

PN 10,0 PN 12,5 PN 16,0 PN 20,0 PN 25,0 PN 10,0 PN 12,5 PN 16,0 PN 20,0 PN 25,0 PN 12,5 PN 16,0 PN 20,0 PN 25,0 PN 32,0 PN 12,5 PN 16,0 PN 20,0 PN 25,0 PN 32,0 PN 12,5 PN 16,0 PN 20,0 PN 25,0 PN 32,0

DN

63 75 90 110 125 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630

Fig. 41. Clasificación y utilización de los tubos de PVC-O

3.7.3 Características técnicas Las principales características técnicas de la materia prima constitutiva de los tubos de PVC-O, así como de los propios tubos una vez fabricados son las que se indican en la Tabla 50. Tabla 50. Características técnicas de la materia prima y de los tubos de PVC-O (prISO 16422-4:2000 y otras fuentes) Características físicas de la materia prima Densidad MRS (N/mm2) C σs (N/mm2)

1,42 gr/cm3 50,0 1,60 32,0

Características mecánicas de la materia prima Límite elástico mínimo, Le, min Módulo de elasticidad tangencial Módulo de elasticidad axial

48 N/mm2 3.500 N/mm2 3.000 N/mm2

45,0 1,60 28,0

40,0 1,60 25,0

35,5 1,60 22,0

31,5 1,60 20,0

151

Tabla 50 (Cont.). Características técnicas de la materia prima y de los tubos de PVC-O (prISO 16422-4:2000 y otras fuentes) Características térmicas de la materia prima Tª reblandecimiento Vicat Cfte. de dilatación lineal Conductividad térmica Calor específico

84 °C 0,5 x 10-4 m/m °C–1 0,13 kcal/m.h.°C 0,25 cal/gr °C

Características eléctricas de la materia prima Constante dieléctrica Resistividad transversal a 20°C

3,0 (a 60 Hz) 1014 ohm/cm

Características físicas de los tubos Tª reblandecimiento Vicat Opacidad Color

> 80 °C 0,2 % Azul

Características mecánicas de los tubos Resistencia al impacto (VGI) Rigidez circunferencial a corto plazo, S0 (kN/m2); según tabla adjunta

< 10% MRS (N/mm2) 31,5 35,5 40,0 45,0 50,0

PN 10 4,9 3,9 -

PN 12,5 9,4 7,5 5,2 3,7 2,7

PN 16 20,0 16,0 10,7 7,5 5,6

PN 20 40,0 30,0 21,0 15,0 10,7

PN PN 25 32 72,0 60,0 42,0 84,0 30,0 60,0 21,0 42,0

La principal característica de este material es, como se ha indicado, su elevada resistencia, lo cual permite utilizar tubos de menor espesor para lograr las mismas prestaciones. A título orientativo, en la Fig. 42 se ha dibujado una curva de referencia tipo de este material, en la que puede apreciarse esta circunstancia. La curva de referencia de este material, por otro lado, es más plana que en el resto de materiales termoplásticos, ya que la pérdida de resistencia mecánica con el paso del tiempo es menor, en la línea de cómo ocurre con otros materiales (los metálicos, por ejemplo). En la Tabla 51 se resumen las características mecánicas de los tubos de materiales termoplásticos. Debe destacarse, que el C que se utiliza en la actualidad es 2,1, mientras que el prISO 16422-4:2000 prevé rebajarlo a 1,6.

152

Tensión circunferencial (N/mm2 )

100

PVC-O PVC-U

10 1,E-02

1,E-04

1,E+00

1,E+02

1,E+04

1,E+06

1,E+08

Tiempo (horas)

Fig. 42. Curvas de referencia en tubos de PVC-U y de PVC-O Tabla 51. Características mecánicas del PVC-O, PVC-U y PE

1,60 1,60 1,60 1,60 1,60

20,0 22,0 25,0 28,0 32,0

PVC-O 500

PVC-O

31,5 35,5 40,0 45,0 50,0

PVC-O 450

3,2 5,0 6,3 8,0

PVC-O 400

1,25 1,25 1,25 1,25

σs (N/mm2)

PVC-O 355

PE

4,0 6,3 8,0 10,0

MRS (N/mm2)

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

PE 100

10,0 12,5

PVC-O 315

2,5 2,0

PE 80

25,0 25,0

PE 63

PVC-U (DN<110) PVC-U (DN>110)

PE 40

σs (N/mm2)

PVC-U (DN>110)

C

PVC-U (DN<110)

MRS (N/mm2)

3.7.4 Dimensiones En la Tabla 52 se resumen los espesores de los tubos de PVC-O en función de su DN, MRS y PN (prISO 16422-4:2000). No hay piezas especiales de PVC-O, por lo que han de emplearse piezas de otros materiales (fundición, por ejemplo). Las longitudes de los tubos, por su parte, deben de ser 6, 10 ó 12 metros (longitud sin la copa del tubo), si bien lo más frecuente es fabricarlos en tramos de 6 metros. 3.7.5 Uniones Las uniones entre los tubos deben ser flexibles, con embocadura y junta de anillo elastomérico, admitiéndose distintas tipologías (ver, a título orientativo, la Fig 31). No deben admitirse nunca en este tipo de tubos uniones encoladas.

153

154

PN

10,0 12,5 16,0 20,0 25,0

10,0 12,5 16,0 20,0 25,0

12,5 16,0 20,0 25,0 32,0

12,5 16,0 20,0 25,0 32,0

12,5 16,0 20,0 25,0 32,0

σs

20 20 20 20 20

22 22 22 22 22

25 25 25 25 25

28 28 28 28 28

32 32 32 32 32

63

1,2 1,5 1,9 2,4 3,0

1,4 1,8 2,2 2,7 3,4

1,5 2,0 2,4 3,0 3,8

1,4 1,7 2,2 2,7 3,4

1,5 1,9 2,4 3,0 3,7

75

1,4 1,8 2,3 2,8 3,6

1,6 2,1 2,6 3,2 4,1

1,8 2,3 2,9 3,6 4,5

1,7 2,1 2,6 3,3 4,0

1,8 2,3 2,9 3,6 4,4

90

1,7 2,2 2,7 3,4 4,3

2,0 2,5 3,1 3,8 4,9

2,2 2,8 3,5 4,3 5,4

2,0 2,5 3,2 3,9 4,8

2,2 2,7 3,5 4,3 5,3

2,1 2,7 3,3 4,1 5,2

2,4 3,1 3,8 4,7 5,9

2,7 3,4 4,2 5,2 6,6

2,4 3,0 3,9 4,8 5,9

2,7 3,3 4,2 5,2 6,5

110

2,4 3,0 3,8 4,7 6,0

2,7 3,5 4,3 5,3 6,8

3,0 3,9 4,8 6,0 7,5

2,8 3,5 4,4 5,4 6,7

3,0 3,8 4,8 6,0 7,4

125

2,7 3,4 4,2 5,3 6,7

3,1 3,9 4,8 6,0 7,6

3,4 4,3 5,4 6,7 8,4

3,1 3,9 4,9 6,1 7,5

3,4 4,2 5,4 6,7 8,2

140

3,1 3,9 4,8 6,0 7,6

3,5 4,4 5,5 6,8 8,6

3,9 5,0 6,2 7,6 9,6

3,6 4,4 5,6 7,0 8,6

3,9 4,8 6,2 7,6 9,4

160

3,4 4,4 5,5 6,8 8,6

3,9 5,0 6,2 7,7 9,7

4,4 5,6 6,9 8,6 10,8

4,0 5,0 6,3 7,8 9,7

4,4 5,5 6,9 8,6 10,6

180

3,8 4,9 6,1 7,5 9,5

4,4 5,6 6,9 8,5 10,8

4,9 6,2 7,7 9,5 12,0

4,4 5,5 7,0 8,7 10,8

4,9 6,1 7,7 9,5 11,8

200

4,3 5,5 6,8 8,5 10,7

4,9 6,3 7,8 9,6 12,2

5,5 7,0 8,7 10,7 13,5

5,0 6,2 7,9 9,8 12,1

5,5 6,8 8,7 10,7 13,2

225

4,8 6,1 7,6 9,4 11,9

5,5 6,9 8,6 10,7 13,5

6,1 7,8 9,6 11,9 15,0

5,6 6,9 8,8 10,9 13,4

6,1 7,6 9,6 11,9 14,7

250

5,4 6,8 8,5 10,5 13,3

6,1 7,8 9,7 12,0 15,

6,8 8,7 10,8 13,3 16,8

6,2 7,7 9,8 12,2 15,1

6,8 8,5 10,8 13,3 16,5

280

Diámetro nominal DN (DN=OD)

6,0 7,7 9,5 11,8 15,0

6,9 8,8 10,9 13,5 17,0

7,7 9,8 12,1 15,0 18,9

7,0 8,7 11,1 13,7 16,9

7,7 9,5 12,1 15,0 18,5

315

6,8 8,7 10,8 13,3 16,9

7,8 9,9 12,2 15,2 19,2

8,7 11,0 13,7 16,9 21,4

7,9 9,8 12,5 15,4 19,1

8,7 10,8 13,7 16,9 20,9

355

Tabla 52. Espesores de los tubos de PVC-O (prISO 16422-4:2000)

7,7 9,8 12,1 15,0 19,0

8,7 11,1 13,8 17,1 21,6

9,8 12,4 15,4 19,0 24,1

8,9 11,0 14,0 17,4 21,5

9,8 12,1 15,4 19,0 23,5

400

450

8,6 11,0 13,6 16,9 21,4

9,8 12,5 15,5 19,2 24,3

11,0 14,0 17,3 21,4 27,1

10,0 12,4 15,8 19,6 24,2

11,0 13,6 17,3 21,4 26,5

500

9,6 12,2 15,2 18,8 23,8

10,9 13,9 17,2 21,4 27,3

12,2 15,5 19,2 23,8 30,1

11,1 13,8 17,5 21,7 26,9

12,2 15,2 19,2 23,8 29,4

560

10,7 13,7 17,0 21,1 26,7

12,2 15,6 19,3 23,9 30,3

13,7 17,4 21,5 26,7 33,7

12,4 15,5 19,6 24,3 30,1

13,7 17,0 21,5 26,7 32,9

630

12,1 15,4 19,1 23,7 30,0

13,8 17,5 21,7 26,9 34,1

15,4 19,5 24,2 30,0 37,9

14,0 17,4 22,1 27,4 33,9

15,4 19,1 24,2 30,0 37,1

3.7.6 Identificación Todos los tubos deben ir marcados, de forma fácilmente legible y durable, con las siguientes identificaciones como mínimo: – – – – – – –

Nombre del suministrador, fabricante o nombre comercial Fecha de fabricación (mes y año) Tipo de material Diámetro nominal, DN Presión nominal, PN Espesor nominal, e Referencia a la norma correspondiente en cada aplicación

3.8 Tubos de poliester reforzado con fibras de vidrio (PRFV) 3.8.1 Generalidades. Normativa. Ámbito de aplicación Los tubos de PRFV son del tipo heterogéneo (formados por una resina de poliéster, fibras de vidrio y cargas estructurales cuando lo permita el sistema de fabricación) y están normalizados por UNE hasta diámetros de 2.400 mm y presiones de 3,2 N/mm2. Los materiales empleados en la fabricación de los tubos y las piezas especiales de PRFV son, básicamente, una resina de poliester no saturado, fibra de vidrio y, en su caso, cargas estructurales, según lo indicado en el epígrafe 3.8.3. Respecto a los procedimientos de fabricación, en el caso de los tubos, lo usual es que sea alguno de los siguientes: – Arrollamiento mecánico sobre mandril – Centrifugación – Contacto Las piezas especiales, por su parte, se fabrican, habitualmente, por alguno de los procedimientos siguientes: – Moldeo por contacto – Moldeo mecanizado – Fabricación por soldadura de trozos de tubo En cualquier caso, el tubo es una única pieza estructural, cuyo espesor está dividido en tres partes diferenciadas entre sí: a) Revestimiento interior. Debe garantizar las características hidráulicas, químicas y la resistencia a la abrasión del tubo. Puede estar constituido bien por una resina termoestable (con o sin adición de cargas y con o sin refuerzo de vidrio o hilos sinteticos) o bien mediante una resina termoplástica.

155

b) Parte estructural. Consiste, básicamente, en una resina termoestable, fibra de vidrio y, en su caso, carga estructural de arena silícea u otro material inerte. Todo ello en las proporciones adecuadas para poder soportar los esfuerzos mecánicos a los que la conducción vaya a estar sometida. Además, la composición de esta capa puede ser variable a lo largo de la sección o estar constituida, a su vez, por varias capas. c) Revestimiento exterior. Debe garantizar la protección exterior del tubo. Estará constituido básicamente por resina termoestable, y, en su caso, cargas, aditivos que garanticen sus propiedades o áridos y con o sin un refuerzo de vidrio o de filamentos sintéticos. En cuanto a la normativa de aplicación debe destacarse, en primer lugar, la existencia del siguiente prEN al respecto (elaborado por el TC155), el cual se espera sea aprobado definitivamente en breve y oportunamente traspuesto como norma UNE por el CTN 53 de AENOR. prEN 1796:2000

Sistemas de canalización enterrados de materiales plásticos para el suministro de agua. Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) basados en resina de poliester insaturada (UP)

A la espera de que dicha norma sea definitivamente aprobada, el CTN53 de AENOR ha elaborado recientemente (año 2001) la siguiente norma UNE 53323:2001 EX, que incorpora el contenido del prEN anterior, de manera que cuando exista definitivamente la norma UNE EN 1796, la UNE 53323:2001 EX será derogada en la parte correspondiente a tubos para aplicaciones con presión. UNE 53323:2001 EX

Sistemas de canalización enterrados de materiales plásticos para aplicaciones con y sin presión. Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) basados en resinas de poliéster insaturado (UP)

De los trabajos del CTN 53 de AENOR es también destacable la norma UNE 53314:1979, además de numerosas normas UNE-EN relativas a ensayos de control de calidad. Esta nueva norma UNE 53323:2001 EX toma la numeració, de la antigua norma UNE 53323:1986 "Tubos de PRFV utilizados para canalizaciones de saneamiento y vertidos industriales", anulándola en consecuencia. Hasta la aparición de estas nuevas normas CEN, habitualmente estos tubos solían dimensionarse según lo especificado por alguna de las la normas internacionales que se indican a continuación (preferentemente la AWWA C-950-88). AWWA C950-88 ASTM D3517-96 BS 5480:1990 BS 7159:1989 UNI 9032

156

Los tubos de PRFV tuvieron sus orígenes en los años 1950 y fueron inicialmente concebidos para la industria petrolífera y la química. Para el transporte de agua (saneamientos o abatecimientos) comenzaron a utilizarse en los años 1960. Entre las ventajas de estos tubos debe destacarse la excelente resistencia que presentan a la abrasión y al ataque químico. Su ligereza y el que se fabriquen habitualmente en tramos de 12 metros de longitud (con la consecuente reducción del número de uniones) facilitan su instalación, debiendo los rellenos estar adecuadamente compactados. Su campo habitual de utilización es el de los diámetros de hasta 2.000 ó 2.500 mm y presiones máximas de 2,5 ó incluso 3,2 N/mm2. Por último, como material plástico, es también característico de estos tubos la disminución que sufren con el tiempo sus propiedades mecánicas.

3.8.2 Definiciones y clasificación 3.8.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones de 2.4, en estos tubos son de aplicación las siguientes: – Diámetro nominal, DN En los tubos de PRFV la designación genérica DN se refiere, aproximadamente, al diámetro interior interior (ID), si bien estos tubos presentan la singularidad de poder ser fabricados bajo dos series: la serie A y la B. Para un valor del DN, los tubos admiten ser fabricados en distintos espesores para así lograr para una misma capacidad hidráulica diferentes resistencias mecánicas. Supuesto fijo un valor del DN, en la primera serie (la A) los aumentos de espesor se obtienen por variación del OD (el ID es fijo), mientras que en la segunda serie (la B) ocurre al contrario: el OD es fijo y varía el ID al aumentar o disminuir el espesor, pero en ambas la designación genérica DN se refiere al interior (en la serie B, aproximadamente al interior). Para la serie B, además, existen cuatro subseries: B1, B2, B3 y B4. La primera es una serie genérica para tubos de PRFV, mientras que las series B2, B3 y B4 tienen unas dimensiones tales que los tubos fabricados bajo dichas series sean compatibles, respectivamente, con accesorios de fundición (según ISO 2531:1998), de PVC (según ISO 161-1:1996) o de acero (según ISO 4200:1992).

157

Ejemplo 20

Sobre la representación esquemática de un cuadrante de tubería se ha mostrado la relación entre los diámetros en los tubos de PRFV según sean las series de fabricación. Por ejemplo (ver Tabla 55), un tubo de PRFV de DN 200 de la serie A tiene un ID comprendido entre 196 y 204 mm (tolerancias aparte) y un OD variable según sea el espesor del tubo; ese mismo tubo de la serie B4 tiene un OD fijo de 219,1 mm (también tolerancias aparte) y un ID variable según sea el espesor. En ambos casos, por tanto, el DN es aproximadamente el ID.

Fig. 43. Diámetros en los tubos de PRFV (serie A a la derecha y B4 a la izquierda)

– Presión nominal (PN) Es el valor que coincide con la DP en utilización continuada durante 50 años (largo plazo) a la temperatura de servicio de 35°C. Los valores normalizados para PN en UNE 53323:2001 EX y las relaciones con PFA y PMA son las que se indican en la Tabla 53. Tabla 53. PFA y PMA en función de la PN en los tubos de PRFV (AWWA C-950-88)

158

PN

PFA (N/mm2)

PMA (N/mm2)

4 6 10 12,5 16 20 25 32

0,40 0,60 1,00 1,25 1,60 2,00 2,50 3,20

0,56 0,84 1,40 1,75 2,24 2,80 3,50 4,48

– Rigidez circunferencial específica (Sc) Característica mecánica del tubo que representa su rigidez a flexión transversal por unidad de longitud del mismo a corto o a largo plazo. Se define mediante la expresión: Sc =

Sc E I e EI Dm

EI D3m

rigidez circunferencial específica, en N/mm2 módulo de elasticidad a flexión circunferencial, en N/mm2. momento de inercia de la pared por unidad de longitud (I = e3/12, en mm3). espesor nominal de la pared del tubo, en mm. factor de rigidez transversal, en N x mm. diámetro medio teórico (Dm=DN+e ó OD-e, según la Serie, A ó B), en mm.

– Rigidez nominal (SN). Es la rigidez circunferencial específica a corto plazo (S0), expresada en N/m2. Los valores normalizados para SN 53323:2001 EX son los siguientes: 2.000 - 2.500 - 4.000 - 5.000 - 8.000 - 10.000 – Factor de fluencia. Parámetro adimensional obtenido dividiendo la S a largo plazo y la S inicial.

3.8.2.2 Clasificación Los tubos de PRFV se clasifican por su DN, su PN y su SN. Los valores normalizados en UNE 53323:2001 EX de los parámetros anteriores figuran en los apartados 3.8.2.1 (SN y PN) y 3.8.4 (DN), no habiendo en dicha norma UNE limitaciones a las posibles combinaciones de los tres.

Cabría pensar en considerar también como parámetro de clasificación de estos tubos la serie de diámetros de que se trate (A ó B). Sin embargo, en el espíritu de la presente Guía Técnica de que los parámetros de clasificación sean aquellos que determinen unívocamente las propiedades hidráulicas y mecánicas del tubo, dicha serie no habría que considerarla como tal (prácticamente no influye en el ID real), sino que sería un parámetro de clasificación adicional análogo a, por ejemplo, el tipo de unión empleado, la longitud nominal del tubo, etc.

159

Respecto a los valores normalizados en UNE 53323:2001 EX de DN, SN y PN, como puede verse en la Fig. 44, son numerosísimos (8 series de presiones y 6 de rigideces), si bien en la práctica actual en España no se emplean más de seis series de PN y tres de SN y no todas para cualquier DN. PN 10

PN 12,5

PN 16

PN 20

PN 25

PN 32

SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN SN

DN

PN 6

2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000 2000 2500 4000 5000 8000 10000

PN 4

100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

Ejemplo 21

Fig. 44. Utilizaciones habituales de los tubos de PRFV

Para clasificar una tubería de PRFV de DN 1.400, por ejemplo, habrá que indicar, además del DN, la presión nominal de que se desea (PN 10, por ejemplo) y, dentro de esta PN, la rigidez nominal necesaria (SN 5.000, por ejemplo). En la Fig 44 se muestran los valores usuales en España en la actualidad de DN, SN y PN para estos tubos de PRFV.

3.8.3 Características técnicas Los materiales básicos constitutivos de los tubos y de las piezas especiales son los siguientes: – Resina de poliéster no saturado. Debe tener una temperatura de distorsión térmica de al menos 70°C.

160

– Fibra de vidrio. Debe ser del tipo "E" o "C", según lo especificado en la norma UNE 43503:1979 y podrá ser utilizada en cualquiera de las formas en la que se fabrica: mecha, fieltro, hilo continuo, tejido, etc. – Carga estructural. Si se emplean áridos, éstos deberán tener un tamaño máximo de 1/5 del espesor de la pared del tubo y ó como máximo 2,5 mm (el menor de ambos) y, en general serán silíceos. Complementariamente a estos materiales puede emplearse aditivos, agentes de reticulación y otros que mejoren la calidad del producto, si bien ninguno de ellos deberá utilizarse, separada o conjuntamente, en cantidades que puedan dar lugar a elementos tóxicos, o que puedan provocar crecimientos microbianos, perjudicar el proceso de fabricación o afectar desfavorablemente a las propiedades físicas, químicas o mecánicas del material, especialmente en lo que se refiere a la resistencia a largo plazo y al impacto. Las características físicas de los tubos de PRFV a corto plazo deben ser, como mínimo, las indicadas en la Tabla 54. Tabla 54. Tubos de PRFV. Características físicas a corto plazo (UNE 53323:2001 EX) Característica Densidad Contenido en fibra de vidrio Dureza Barcol

Valor 3

> 1,80 kg/dm > 10% en peso > 80% del valor correspondiente a la resina utilizada. Incremento de dureza inferior al 15% del valor inicial

De las características mecánicas de estos tubos, destacar que la rigidez a corto plazo (S0) deberá ser al menos el valor de la SN. La rigidez a los 50 años del tubo (S50) deberá ser declarada por el fabricante. En cuanto a la resistencia a la tracción de la parte estructural del tubo, tanto a corto como a largo plazo (σr,0 y σr,50, respectivamente) también deberá ser declarado oportunamente por el fabricante. El que los valores de la resistencia a la tracción y el de la rigidez a largo plazo no estén recomendados ni normalizados, sino que queden pendientes de ser declarados por el respectivo fabricante, tiene su razón de ser en lo variable de los procesos de fabricación de estos tubos con la consecuente incidencia de ello en las características mecánicas del producto resultante. No obstante lo anterior, a título orientativo, la rigidez a largo plazo (50 años) suele ser del orden del 40% de la inicial y la resistencia a tracción de la parte estructural del tubo suele oscilar entre 50 y 150 N/mm2. 3.8.4 Dimensiones En la Tabla 55 se representan las dimensiones normalizadas de los tubos de PRFV (UNE 53323:2001 EX).

161

Para las piezas especiales no hay normalizadas dimensiones, si bien pueden fabricarse en PRFV todo tipo de piezas, las cuales figuran en los catálogos de los fabricantes.

Tabla 55. Dimensiones de los tubos de PRFV (UNE 53323:2001 EX) Diámetros (mm) DN 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

IDmin

Serie A IDmax

Tol

97 122 147 196 246 296 346 396 446 496 595 695 795 895 995 1.195 1.395 1.595 1.795 1.995 2.195 2.395

103 128 153 204 255 306 357 408 459 510 612 714 816 918 1.020 1.220 1.420 1.620 1.820 2.020 2.220 2.420

1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0 3,6 4,2 4,2 4,2 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 6,0

Serie B1 OD Toler.

310 361 412 463 514 616 718 820 900

+1/-1,0 +1/-1,2 +1/-1,4 +1/-1,6 +1/-1,8 +1/-2,0 +1/-2,2 +1/-2,4 +1/-2,6

Serie B2 OD Toler. 115,0 141,0 167,0 220,0 271,8 323,8 375,7 426,6 477,6 529,5 632,5

+1 +1 +1 +1 +1/-0,2 +1/-0,3 +1/-0,3 +1/-0,3 +1/-0,4 +1/-0,4 +1/-0,5

Serie B3 OD Toler 110 125 160 200 250 315 355 400 450 500 630

+0,4 +0,4 +0,5 +0,6 +0,8 +1,0 +1,1 +1,3 +1,5 +1,5 +1,9

Serie B4 OD Toler 114,3 139,7 168,3 219,1 273,0 323,9

+1,5/-0,2 +1,5/-0,2 +1,5/-0,2 +1,5/-0,2 +1,5/-0,2 +1,5/-0,2

Longitudes (m) 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18 3-5-6-10-12-18

Sobre los valores de la Tabla 55 cabe hacer las siguientes consideraciones: – En los tubos fabricados bajo la serie A, el fabricante deberá declarar el valor del ID, el cual debe estar comprendido entre los valores indicados en la tabla. Sobre dicho valor declarado son de aplicación las tolerancias. – En ocasiones, mediante pedido especial, es posible construir estos tubos en diámetros mayores (incluso hasta 3.700 mm). Incluso en UNE 53323:2001 EX se prevén como diámetros nominales no convencionales los valores de 1.100, 1.300, 1.500, 1.700, 1.900, 2.100 ó 2.300 mm. -

Las longitudes habituales son de 6 ó 12 metros, si bien podrían fabricarse tubos en otras longitudes de las normalizadas, especialmente cuando el proceso de fabricación sea en continuo. Del número total de tubos suministrados en cada diámetro, el fabricante puede suministrar hasta un 10% en longitudes más cortas. Las tolerancias sobre la longitud nominal son de +/- 60 mm.

162

Fig. 45. Dimensiones en los tubos de PRFV (tubos con embocadura o lisos)

Los espesores de los tubos de PRFV no están normalizados en ninguna norma (tampoco por tanto en UNE 53323:2001 EX), ya que debe tenerse en cuenta que en estos tubos el espesor depende de muchas variables (de la SN, de la PN, de la serie de diámetros y sobre todo del proceso de fabricación seguido), pudiendo variar hasta un +/– 30% entre los valores máximo y mínimo, por lo que debe ser el respectivo fabricante quién los declare en cada caso particular. Como, no obstante, en ocasiones puede ser útil conocer un valor aproximado del espesor de los tubos, en la Tabla 56 se dan una horquilla de valores, puramente orientativa, entre los que oscilan los espesores de estos tubos en España habitualmente. Por otro lado, de la gama de diámetros normalizada, la habitualmente empleada en la actualidad en España en función de la PN es la indicada en la Fig. 46 (recordar, además, que cada combinación de DN y PN debe encargarse para una SN determinada).

163

Diámetros normalizados en otras normas de uso infrecuente Diámetros normalizados en UNE de uso infrecuente Diámetros normalizados en UNE de uso habitual 4.000 3.600 3.200

DN

2.800 2.400 2.000 1.600 1.200 800 400 0 PN 4

PN 6

PN 10

PN 12,5

PN 16

PN 20

PN 25

PN 32

Fig 46. Dimensiones habituales en los tubos de PRFV Tabla 56. Espesores (mm) habituales de los tubos de PRFV DN 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

164

SN 2500

min

3,8 4,3 4,8 5,2 5,7 6,5 7,4 8,4 9,3 10,2 12,1 14,0 15,9 17,8 19,7 21,0 23,4

max

4,1 4,8 5,3 5,9 6,5 7,5 8,6 9,7 10,9 12,1 14,4 16,7 19,0 21,2 23,5 25,0 28,0

SN 5000

SN 10000

min

max

min

max

4,6 5,2 5,8 6,4 7,0 8,0 9,1 10,3 11,5 12,7 15,0 17,3 20,3 22,7 25,1 27,0 29,0

6,2 6,6 7,2 7,9 8,8 9,0 10,3 11,8 13,5 15,2 17,0 18,7 22,1 25,5 26,4 29,2 32,4 35,5 37,8

4,1 5,3 6,4 5,5 6,3 7,0 7,8 8,5 9,8 11,2 12,7 14,2 15,7 18,6 21,5 26,3 30,0 32,0 35,0 38,0

7,0 10,2 12,0 13,3 16,0 16,4 17,7 18,7 21,2 23,9 26,6 31,0 33,8 33,8 38,9 43,4 42,9 40,9 44,9 47,9

3.8.5 Uniones Los tubos y las piezas especiales pueden estar provistos con diferentes tipos de uniones, siendo las más habituales las siguientes: a) Uniones rígidas – Con bridas (fijas o móviles). – Encoladas (o pegadas). – Vendadas a tope (o laminadas).

.

b) Uniones flexibles – Con enchufe y extremo liso con anillo elastomérico (en ocasiones es un doble anillo). – Con manguitos y elemento de estanquidad (también doble anillo). – Autotrabada, cuando se prevean esfuerzos de tracción. Cuando las uniones sean flexibles la desviación angular admisible no debe ser inferior a los valores indicados en la Tabla 57. El movimiento axial debe ser siempre inferior al 0,3% de la longitud de los tubos a unir.

Tabla 57. Desviaciones angulares mínimas de las uniones flexibles (UNE 53323:2001 EX) DN

Desviación angular mínima

DN ≤ 500 500 < DN ≤ 900 900 < DN ≤ 1.800 DN > 1.800

3° 2° 1° 0,5°

Fig. 47. Unión mediante enchufe campana (izquierda) o manguito (derecha) en tubos de PRFV

165

Las uniones encoladas se hacen mediante adhesivos especiales; las laminadas, por su parte, se unen mediante la propia resina de poliéster reforzando la unión con fibras de vidrio. Cada proyecto en particular debe especificar los tipos de uniones que sean de aplicación. Caso de no hacerlo se suelen utilizar, en general, uniones flexibles, bien con enchufe y campana o bien mediante manguito. En cualquier caso, un campo habitual de posible aplicación de cada uno de los tipos de uniones es el que se indica en la figura adjunta. Autotrabada

Bridas

Encolada

Vendada a tope

PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN PN

DN

Manguito

6 10 16 20 25 32 6 10 16 20 25 32 6 10 16 20 25 32 6 10 16 20 25 32 6 10 16 20 25 32 6 10 16 20 25 32

Elástica

100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

Fig. 48. Uniones en tubos de PRFV

3.8.6 Identificación Todos los tubos deben ser marcados con al menos las siguientes indicaciones: – Nombre del suministrador, fabricante o razón comercial. – Referencia a la norma UNE 53323:2001 EX. – Fecha de fabricación (mes y año).

166

– – – – –

Diámetro nominal (DN). Serie de diámetros (A, B1, B2, B3 ó B4). Presión nominal (PN). Rigidez nominal (SN). Marca de calidad, en su caso.

3.9 Válvulas y accesorios Las recomendaciones que figuran en el presente apartado se refieren tanto a las válvulas de uso más frecuente (de compuerta y de mariposa, antirretorno y válvulas reductoras de presión), así como a las ventosas y a los desagües que deben disponerse en la tubería para su vaciado.

3.9.1 Generalidades. Normativa Las válvulas más frecuentemente empleadas son las siguientes: – – – – – –

Válvulas Válvulas Válvulas Válvulas Válvulas Válvulas

de paso o seccionamiento: compuerta, mariposa, de bola, de asiento, etc. antirretorno o de retención. reductoras de presión. de regulación múltiple. para llenado de depósitos (de flotador, de altura y otras). de seguridad.

Respecto a la normativa de aplicación, las válvulas y las ventosas a instalar en las redes de abastecimiento deben estar conforme con lo especificado por las siguientes normas: UNE-EN 736:1996

Válvulas. Terminología. Parte 1 Definición de los tipos de válvulas Parte 2 Definición de los componentes de las válvulas Parte 3 Definición de términos

UNE-EN 1074:2000

Válvulas para abastecimiento de agua. Prescripciones de aptitud al empleo y tests de verificación aplicables. Parte Parte Parte Parte Parte Parte

UNE-EN 1452:2000

1 2 3 4 5 6

Prescripciones generales. Válvulas de seccionamiento. Válvulas de retención. Purgadores y ventosas con flotador. Válvulas de regulación. Hidrantes y bocas de agua.

Sistemas de canalización en materiales plásticos para conducciones de agua. Poli(cluroro de vinilo) no plastificado (PVC-U) Parte 4 Válvulas y equipo auxiliar.

167

El espíritu de la norma UNE-EN 1074:2000 es similar al de la UNE-EN 805:2000 (ver apartado 2.2.2.3), esto es, establecer unas prescripciones comunes para todas las válvulas, independientemente de cual sea su material. Es una iniciativa muy reciente que aún cuenta con poca aplicación práctica.

3.9.2 Definiciones y clasificación 3.9.2.1 Definiciones Complementariamente a las definiciones de 2.4, en las válvulas son de aplicación las siguientes. – Válvula de compuerta Elemento hidromecánico destinado a cerrar el paso del agua en una tubería mediante un obturador deslizante alojado dentro de un cuerpo o carcasa. Su funcionamiento será de apertura o cierre total, correspondiendo las posiciones intermedias a situaciones provisionales. – Válvula de mariposa Elemento hidromecánico destinado al seccionamiento de conducciones de fluidos a presión mediante un obturador en forma de disco o lenteja que gira diametralmente mediante un eje o muñones solidarios con el obturador. Excepcionalmente, y en particular en operaciones de desagüe, podrían utilizarse para regulación. En esta función es necesario tener en cuenta las condiciones hidráulicas del fluido para evitar el fenómeno de cavitación que se produciría si la presión absoluta aguas abajo (de valor la presión aguas arriba menos las pérdidas de carga que se produzcan en el obturador) fuera inferior a la presión atmosférica. Habitualmente, su funcionamiento será de apertura o cierre total, correspondiendo las funciones intermedias a situaciones provisionales o excepcionales, conforme a lo indicado en el párrafo anterior. – Válvula antirretorno o de retención Elemento hidromecánico cuya finalidad es la de dejar pasar el agua tan solo en un sentido, cerrándose cuando ésta intenta circular en el sentido contrario. – Válvula reductora de presión Elemento hidromecánico capaz de provocar, de una forma automática e independiente del caudal circulante, una pérdida de carga tal que la presión aguas abajo sea una fracción determinada de la de aguas arriba o no supere un valor máximo prefijado. – Válvula de expulsión y/o admisión de aire (ventosas) Elemento hidromecánico que, conectado a la tubería en los puntos altos relativos de su trazado, realiza de forma automática alguna de las siguientes funciones:

168

Expulsión del aire almacenado en la tubería durante el proceso de llenado (válvula de expulsión de aire). Expulsión contínua del aire procedente de la desgasificación del agua (purgado). Entrada de aire en la conducción durante los procesos de vaciado (válvula de admisión de aire). En los casos en los que un mismo equipo cumpla varias de estas funciones, la ventosa suele denominarse de doble o triple efecto o función. – Diámetro nominal (DN) En las válvulas metálicas el DN se refiere al diámetro interior de la sección de paso a la misma en la zona de su conexión con la tubería, independientemente que, en su interior, pueda tener partes o conductos de un diámetro diferente. En las válvulas de materiales plásticos el DN se refiere al diámetro exterior. – Presión nominal (PN) En las válvulas, la PN es la DP de la tubería que pueda alcanzarse en el emplazamiento de la válvula. Las PN normalizadas son las indicadas en la tabla adjunta, las cuales se relacionan como se indican con PFA, PEA y PMA (UNE-EN 1074-1:2000).

Tabla 58. Relación entre PFA, PMA y PEA con PN en las válvulas (UNE-EN 1074-1:2000) PN

PFA (N/mm2)

PMA (N/mm2)

PEA (N/mm2)

6 10 16 25

0,6 1,0 1,6 2,5

0,8 1,2 2,0 3,0

1,2 1,7 2,5 3,5

No obstante lo anterior, es frecuente encontrar en el mercado válvulas con valores de presiones nominales normalizadas diferentes a los anteriores. La propia norma UNE-EN 1074-1:2000 prevé la posibilidad de que los catálogos de los fabricantes incluyan valores más altos. De hecho, por ejemplo, el valor PN 40 es relativamente usual.

– Coeficiente de caudal (KV) Caudal de agua (en m3/hora) a una temperatura entre 5° y 40°C que pasa a través de la válvula con el obturador totalmente abierto creando una pérdida de presión estática de 0,1 N/mm2.

169

3.9.2.2 Clasificación La clasificación de las válvulas se realiza en base al tipo de válvula de que se trate, a su DN y a su PN. Los posibles tipologías y valores de PN son los indicados en el apartado 3.9.2.1 y la serie de DN normalizados es la siguiente, la cual es la misma que la prevista en la norma UNEEN 805:2000 para los tubos, con 2.000 como límite superior (UNE-EN 1074-1:2000): DN=ID

20, 30, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000

DN=OD

25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 ,125, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000

3.9.3 Características técnicas Las válvulas deben cumplir los requisitos de diseño y de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN 1074-1:2001. Los materiales a emplear en las válvulas son diferentes según cada instalación en particular, si bien deben ser adecuados para alcanzar las características anteriores. Deben figurar en el respectivo proyecto y en su defecto habría de ser aprobados expresamente por la DO. En cualquier caso deben ser nuevos y libres de defectos, no recomendándose admitir la reparación de aquellos que resulten defectuosos, salvo expresa autorización de las normas de aplicación, que, con carácter general, para los distintos materiales, se recomienda sean las siguientes: – – – – – –

Acero Acero inoxidable Fundición dúctil Perfiles elastoméricos Aleaciones de cobre PVC-U

UNE-EN 1503-1:2000 ó UNE-EN 1503-2:2000 UNE-EN 10088:1996 UNE-EN 1503-3:2000 UNE EN 681-1:1996 UNE-EN 1982:1999 y/o UNE 12165:1999 UNE-EN 1452-1:2000

Para otros materiales (bronce, fundición gris, latón, etc.) el correspondiente proyecto debe especificar la normativa de aplicación. 3.9.4 Válvulas Se deben instalar válvulas de paso (bien sean de compuerta, de mariposa, de bola, etc.) delante de las ventosas, de los hidrantes, de las bocas de riego, de los caudalímetros, de las válvulas reductoras de presión, así como en las tomas o acometidas y en las derivaciones y en los desagües. También es una práctica recomendada la instalación de válvulas de paso para aislar tramos de tubería.

170

Las longitudes usuales de los tramos de tuberías a aislar mediante válvulas de paso son de unos 1.000 a 5.000 metros en las grandes tuberías de transporte, de unos 500 metros en las arterias, y de 100 a 500 metros en las redes de distribución, bien sean malladas o ramificadas, disponiéndose de tal modo que, en caso de rotura o avería, puedan aislarse sectores de la red maniobrando unas ocho válvulas como máximo. Las válvulas deben estar protegidas contra la corrosión de acuerdo a lo especificado en el epígrafe 3.9.7 y, en general, se alojan en arquetas o cámaras, disponiéndose los correspondientes macizos de anclaje que soporten los esfuerzos transmitidos por la válvula cerrada. Las válvulas de paso pueden ser de accionamiento manual o motorizado. Lo más usual es que sean de accionamiento manual. Los taladros de las bridas, deben cumplir con lo indicado en la norma UNE-EN 1092:1998.

3.9.4.1 Válvulas de compuerta Las válvulas de compuerta deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN 1074-2:2000. Estas válvulas se emplean, en general, en tuberías con diámetros nominales de 300 ó 450 mm e inferiores, debido a la mayor resistencia que ofrecen a su maniobra. Están constituidas básicamente por un cuerpo, tapa, obturador, husillo o vástago y mecanismo de maniobra. El diseño de las válvulas de compuerta debe ser tal que sea posible desmontar y retirar el obturador sin necesidad de separar el cuerpo de la válvula de la tubería. Asímismo, debe ser posible sustituir o reparar los elementos de estanquidad del mecanismo de maniobra, estando la conducción en servicio, sin necesidad de desmontar la válvula ni el obturador. La parte inferior del interior del cuerpo, en general, no debe tener acanaladuras, de forma que una vez abierta la válvula no haya obstáculo alguno en la sección de paso del agua, ni huecos donde puedan depositarse sólidos arrastrados por el agua. La sección de paso debe ser como mínimo el 90% de la correspondiente al DN de la válvula, debiendo mantenerse en la reducción de sección perfiles circulares sin que existan aristas o resaltos. La unión de las válvulas se realiza, habitualmente, mediante bridas o con unión flexible. En el caso de la unión con bridas, ésta se efectua, por lo general, intercalando un carrete de anclaje por un lado y un carrete de desmontaje por el otro. Las válvulas de compuerta pueden instalarse bien alojadas en cámaras o registros o arquetas, bien enterradas (en cuyo caso la arqueta que sirve de acceso al mecanismo de maniobra ha de ser fácilmente localizable) o bien a la intemperie. Por último, los pernos o tornillos que unan las distintas partes del cuerpo se recomienda sean de fundición dúctil, si el cuerpo también lo fuera, o de acero cadmiado, en otro caso y las uniones de estanquidad eje-tapa y tapa-cuerpo de material elastómero.

171

En instalaciones enterradas suele emplearse la unión flexible, mientras que en las instalaciones a la intemperie o las que se alojen en cámaras, registros o arquetas suele utilizarse la unión mediante bridas. La unión con bridas es desmontable gracias a los carretes de desmontaje, mientras que la unión flexible es fija. Los carretes de desmontaje permiten variar su longitud apretando más o menos los tornillos de que están dotados, de manera que cuando se sustituye una válvula por otra de longitud diferente, el carrete permite acomodar la conducción a la nueva situación. En relación con los materiales constitutivos de las válvulas de compuerta, en diámetros inferiores a 160 mm podrían ser bien PVC-U o bien materiales metálicos. En diámetros superiores solo son aceptables válvulas metálicas. En el primer caso, (válvulas de materiales plásticos) es de aplicación lo indicado en la norma UNE-EN 1452-4:2000 y en el segundo (válvulas de materiales metálicos), las posibilidades son múltiples. En particular para este último caso (válvulas de materiales metálicos), en general, es recomendable que el cuerpo y la tapa de las válvulas sean de fundición dúctil o, si así lo acepta el proyecto de la tubería, de acero moldeado o fundición gris. El obturador se recomienda sea de fundición dúctil o de acero inoxidable. En el primer caso, la fundición puede estar recubierta por un elastómero, garantizándose la estanquidad mediante compresión del mismo contra el interior del cuerpo. Si el obturador no estuviese recubierto, irá dotado de aros de bronce, los cuales asentarán sobre otros aros, también de bronce, fijados al cuerpo. El husillo y el mecanismo de maniobra, por su parte, deben ser de acero inoxidable, y la tuerca donde gira éste de bronce, latón o cobre de alta resistencia. La estanquidad del husillo se consigue con anillos de elastómero, no siendo recomendable en absoluto el uso de estopas o material análogo.

3.9.4.2 Válvulas de mariposa Las válvulas de mariposa deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN 1074-2:2000. En el caso de emplear materiales metálicos, además deben ser conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 593:1998. Estas válvulas se emplean, en general, en tuberías con diámetros de 300 mm y superiores. Están constituidas, básicamente, por un cuerpo, un obturador circular (lenteja o mariposa) y un mecanismo de maniobra. El obturador, que puede ser hueco o macizo, debe ser tal que las perturbaciones que produzca en el flujo del agua sean mínimas. Se recomienda que siempre dispongan de un indicador de posición del obturador que permita, en todo momento, conocer la situación del mismo.

172

El eje de giro puede ser único o constar de dos partes o semiejes y, asimismo, puede ser excéntrico o estar situado en el plano de simetría del obturador. Las maniobras de apertura y cierre se realizan por medio de un mecanismo de desmultiplicación. Las válvulas deben instalarse en arquetas, registros o cámaras con el eje o semiejes en posición horizontal. En el caso de válvulas con dos semiejes, deben montarse de forma que éstos queden aguas arriba en relación a la mariposa. La unión de las válvulas se realiza, habitualmente, mediante bridas o con tornillos pasantes (unión tipo Wafer o Sandwich). En el caso de unión con bridas, ésta se efectúa por lo general intercalando un carrete de anclaje por un lado y un carrete de desmontaje por el otro. Las uniones tipo Wafer ensartan la válvula mediante tornillos pasantes roscados a los tubos contiguos. Cuando la válvula de mariposa sea de gran diámetro (DN >1.000), se recomienda disponer un by pass que incluya una válvula de compuerta con diámetro aproximado 1/4 del de la válvula de mariposa, el cual estará normalmente abierto y cuya finalidad es la de equilibrar presiones y evitar la cavitación en las operaciones de apertura y cierre de la mariposa.

Unos rangos habituales para el campo de aplicación de cada tipología de las válvulas antes indicadas pueden ser los indicados en la Fig 49. En relación con los materiales constitutivos de las válvulas de mariposa, en diámetros inferiores a 160 mm éstos podrían ser bien PVC-U o bien materiales metálicos. En diámetros superiores solo son aceptables válvulas de materiales metálicos. En el primer caso, (válvulas de materiales plásticos) es de aplicación lo indicado en la norma UNE-EN 1452-4:2000 y en el segundo (válvulas de materiales metálicos), el cuerpo de las válvulas debe ser, en general, de fundición dúctil, de acero moldeado o, si así lo acepta el proyecto de la tubería en particular, de fundición gris. El obturador o lenteja, por su parte, se recomienda sea de acero inoxidable, de acero fundido o de fundición dúctil y los cojinetes sobre los que gira el eje, de bronce o politetrafluoretileno (teflón) sobre base de bronce. También es importante que el respectivo fabricante de estas válvulas facilite el coeficiente de caudal de las mismas, Kv. A título orientativo, unos valores mínimos del mismo en posición de apertura máxima pueden ser los que se indican en la Fig. 50.

173

DN

PN 10

80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600

PN 16

PN 25

PN 40

Excéntricas Céntricas o excéntricas

Excéntricas

Doble excentricidad

Fig. 49. Campo de aplicación de las válvulas de mariposa (normas técnicas del CYII) 100.000 90.000

Coeficiente de caudal (m3 /hora)

80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 DN

0 0

200

Eje céntrico (PN 10/16)

400

600

800

Eje excéntrico único (PN10/16/25)

1.000

1.200

1.400

Eje excéntrico partido (PN10/16)

Fig. 50. Coeficiente de caudal mínimo en válvulas de mariposa Kv (normas técnicas del CYII)

174

Debe también recordarse que las válvulas de mariposa, aún en su posición de apertura total, siempre producen una pérdida de carga localizada, circunstacia ésta que no sucede con las válvulas de compuerta.

3.9.4.3 Válvulas antirretorno o de retención Las válvulas antirretorno deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN 1074-3:2000. Están constituidas, básicamente, por un cuerpo y un elemento de cierre (clapeta) unido a éste mediante un eje de giro o de traslación. Estas válvulas admiten diferentes diseños. Por ejemplo, la clapeta, en posición de cierre, podrá quedar en un plano normal o inclinado en relación al eje de la tubería, pudiendo ser la misma de una pieza o de clapeta partida, o en lugar de este elemento disponer un disco desplazable en un eje centrado con el de la tubería, u otras disposiciones. El cuerpo de la válvula debe estar dotado de una tapa sujeta con tornillos que permita la sustitución de la clapeta o la reparación de los cojinetes. El eje de giro puede estar situado en la periferia de la clapeta o atravesar ésta. Si el tamaño de la válvula u otras características así lo aconsejan, la válvula debe estar dotada de contrapeso exterior que podrá estar acompañado de amortiguadores. En cualquier caso, en todas las acometidas domiciliarias es recomendable que se dispongan válvulas antirretorno. En general, la unión de las válvulas a la tubería se realiza mediante bridas. En cuanto a los materiales constitutivos de estas válvulas, en general, el cuerpo de las mismas ha de ser de fundición dúctil, acero moldeado o, si expresamente lo acepta el proyecto de la tubería en particular, de fundición gris. La clapeta se recomienda sea de fundición dúctil o acero inoxidable y los cojinetes del eje de giro de bronce.

3.9.4.4 Válvulas reductoras de presión Están constituidas, básicamente, por un cuerpo y un elemento de regulación formado, en el caso de diámetros pequeños, por un disco móvil o émbolo, un muelle de empuje que se pueda tarar y otros dispositivos de control, según modelos. En el caso de diámetros mayores, el accionamiento es básicamente hidráulico, mediante conexión o desconexión de la cara superior del émbolo con las presiones aguas arriba y aguas abajo de la válvula. Las válvulas reductoras de presión admiten diferentes diseños, fijándose sus dimensiones de forma que se garantice su resistencia, y prestándose especial atención a los efectos de la cavitación.

175

La válvula debe tener incorporado, o se montará en combinación con ella, un filtro con malla de paso inferior o igual a 4 mm. El cuerpo de la válvula tiene habitualmente una o dos tapas o sombreros, sujetas por tornillos, que permitan examinar y reparar el interior. Usualmente, las velocidades de paso por la válvula no deben ser superiores a 5 m/s, no requiriéndose usualmente reducciones de presión mayores del 50%, por lo que, de ser éstas necesarias, se aconseja se coloquen dos válvulas reductoras en serie. En general, antes y después de las válvulas reductoras de presión es recomendable que se coloquen válvulas de paso (compuerta o mariposa) con sus respectivos carretes de desmontaje. Asimismo, se deben disponer dos manómetros colocados uno aguas arriba y otro aguas abajo. Caso de colocarse dos válvulas reductoras de presión en serie, es recomendable que se instalase un tercer manómetro entre ambas válvulas. En cuanto a los materiales constitutivos de estas válvulas, en general, el cuerpo de las mismas ha de ser de fundición dúctil, acero inoxidable o, si expresamente lo acepta el Proyecto de la tubería en particular, de fundición gris. El eje del pistón, por su parte, se recomienda sea de acero inoxidable, sus tuercas de bronce y el émbolo interior de fundición dúctil o acero inoxidable.

3.9.5 Ventosas Las válvulas de expulsión y/o admisión de aire deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la norma UNE-EN 1074-4:2000. Están constituidas, básicamente, por un cuerpo, flotadores esféricos o cilíndricos y, algunas veces, por un juego de palancas, sobre las que actúa el flotador, las cuales accionan las válvulas de cierre de los orificios de entrada y salida del aire. Las ventosas admiten diferentes diseños, fijándose sus dimensiones de forma que se garantice su resistencia, y justificándose, con los cálculos y ensayos oportunos, el diseño adoptado, así como los materiales constitutivos de estas válvulas. Debe tenerse en cuenta en el diseño que el golpe de ariete que se produce al cerrarse automáticamente la ventosa debe limitarse, disponiendo a tal efecto orificios y toberas de salida de aire proporcionados a tal fin. Por el contrario, las válvulas de admisión de aire deben tener las dimensiones suficientes para introducir el caudal de aire que requiera la tubería al menos en las operaciones de vaciado. Especial atención hay que prestar al dimensionamiento de estas válvulas de admisión en el caso de tuberías flexibles. Las ventosas de admisión de aire tienen finalidades y características completamente diferentes a las de expulsión de aire.

176

Las primeras tratan de evitar el aplastamiento de la tubería por la presión atmosférica exterior cuando la tubería se vacía. Las segundas (también conocidas como purgadores) tratan de eliminar lentamente el aire evitando el golpe de ariete que se produce por parada brusca de la columna líquida al eliminar totalmente el aire.

Para cada tipo de válvula resulta necesario conocer la curva de capacidades de aireación correspondientes a cada diámetro y orificio de admisión/expulsión de aire, al objeto de poder seleccionar la válvula a emplear en cada caso, las cuáles deben figurar en los catálogos de los fabricantes. Deben disponerse ventosas en los puntos altos relativos de la tubería, junto a válvulas importantes y en tramos largos de poca pendiente con una separación máxima de unos 500 metros en las impulsiones y de unos 1.500 metros en las condiciones por gravedad. Los DN de estas válvulas se deben ajustar en general a la serie: 20, 30, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350 y 400, si bien los valores superiores a 200 no son habituales. La conexión de la ventosa a la tubería se realiza, en general, mediante bridas. Se recomienda instalar junto a las ventosas una pequeña válvula de compuerta, de bola o de asiento, que permita desmontar la ventosa para su reparación o sustitución, cuando la propia ventosa, en su interior, no disponga de una válvula de obturación a tal fin.

En cuanto a los materiales contitutivos de las ventosas, el cuerpo de las mismas ha de ser de fundición dúctil o, si así lo acepta el proyecto en particular de la tubería, de fundición gris; en las ventosas de cilindro debe ser de acero inoxidable. El cierre de la salida de aire se realiza por contacto de dos materiales, de los cuales uno debe ser acero inoxidable, y el otro un material elastomérico. También pueden utilizarse otros tipos de asiento tales como elastómero-latón estirado, elastómero-bronce o elastómero-elastómero. Los flotadores, si actúan como obturadores, deben ser de acero revestidos de material elastomérico y en otros casos de acero inoxidable, pudiendo disponerse libres, articulados o guiados. Las palancas, de existir, se recomienda sean de bronce o acero inoxidable. Unos valores orientativos de los DN de las ventosas de admisión de aire a instalar en función del tamaño de la conducción pueden ser los que se indican en la tabla, en cuyo diseño se ha atendido fundamentalmente a garantizar una suficiente entrada de aire.

177

Tabla 59. Diámetros de las ventosas en función del tamaño de la tubería (normas técnicas del CYII) Diámetro de la tubería (mm)

Diámetro de la ventosa (mm)

< 250 250 a 600 600 a 900 900 a 1.200 > 1.200

50, 60, 65 80, 100 125, 150 200 2 x 200

3.9.6 Desagües Están constituidos, básicamente, por un orificio o por una pieza en T, ambos situados en la parte inferior de la tubería, a continuación de los cuales, y mediante las correspondientes piezas especiales, se coloca una válvula de compuerta y/o de mariposa, y posteriormente un tramo de tubería hasta llegar al alcantarillado o a un punto de desagüe adecuado. Deben disponerse desagües en los puntos bajos relativos de la tubería y, en el caso de una red mallada, en todos los sectores que puedan aislarse del resto mediante válvulas. Para diámetros de la tubería superiores a los 600 mm es recomendable disponer en los desagües dos válvulas, una de compuerta y otra de mariposa.

La recomendación de disponer de dos válvulas en los desagües de tuberías de diámetros superiores a 600 mm es derivada de la necesidad de aumentar la seguridad, ya que en caso de avería de la válvula de mariposa, pueda repararse sin necesidad de vaciar la tubería. No obstante, en redes urbanas que discurran bajo la calzada y en las que los desagües se prolonguen hasta las aceras, puede también ser interesante disponer de dos válvulas en los desagües: una junto a la tubería (bajo la calzada) y otra bajo la acera, de manera que habitualmente la primera esté abierta y la segunda cerrada, manejándose el desagüe desde ésta última. En relación con el diámetro de los desagües, éste debe depender del volumen de agua que haya que vaciar (localización de puntos altos y bajos, diámetro de la tubería a vaciar, etc.). A título orientativo, unos valores habituales de los DN de los desagües de fondo en función del tamaño de la tubería, pueden ser los indicados en la tabla adjunta.

178

Tabla 60. Desagües de fondo. Diámetros (normas técnicas del CYII) DN de la tubería

DN del desagüe

DN < 200

80

250 < DN < 350

100

400 < DN < 600

150

700 < DN < 1.000

200

1.200 < DN < 1.600

300

DN > 1.600

400

3.9.7 Protección de válvulas Todos los elementos de las válvulas susceptibles de oxidación (fundición, acero, etc.), deben protegerse contra la corrosión interior y exteriormente mediante revestimientos, conforme a lo especificado en este epígrafe y con lo indicado en los apartado 3.2.6 y en el 3.3.6. El grado de preparación de las superficies deberá ser como mínimo el Sa 21/2, de acuerdo con lo expuesto en el apartado 3.3.6. En general se recomienda que los revestimientos consistan en una o varias capas de resinas epoxy con un espesor medio superior a 200 micras y, puntualmente, no inferior a 150 micras. Exteriormente podrá añadirse un esmalte de acabado con un mínimo de 50 micras de espesor y en el caso de los aceros, además de las protecciones anteriores, se aplicará una capa de imprimación de pintura reactiva para asegurar la adherencia de las capas posteriores. La tornillería se protegerá mediante la colocación en ambos extremos de caperuzas de materia plástica (polietileno o similar) rellenas de grasa. En el caso de que en el proyecto las válvulas se dispongan enterradas, se debe prestar especial atención a su protección anticorrosiva, en función de la agresividad del terreno o de las aguas, existencia de corrientes vagabundas, etc. En estos casos (tuberías enterradas), la conexión debe ser mediante enchufe . 3.9.8 Identificación El marcado de las válvulas debe ser conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 19:1993, debiendo marcarse en todas las válvulas, de forma fácilmente legible y durable, como mínimo lo siguiente: – – – – –

Nombre del suministrador, fabricante o razón comercial Fecha de fabricación y/o montaje Diámetro nominal (DN) Presión nominal (PN) Material del cuerpo. Se especificará la abreviatura correspondiente al material empleado seguido por las siglas de la Norma que emplee dicha abreviatura (por ejemplo, FGE 42-12 UNE)

179

– Referencia a la norma de aplicación en cada caso – Marca de Calidad, en su caso – Identificación de su colocación en relación con el sentido del flujo, cuando haya lugar En el caso de válvulas de pequeño tamaño, es suficiente con el marcado sobre las mismas de: Nombre del suministrador fabricante o razón comercial, DN, PN y material del cuerpo, debiendo las restantes figurar en una etiqueta adjunta al suministro.

3.10 Síntesis y resumen comparativo En este epígrafe se presenta un resumen en forma comparativa de las distintas tipologías de tubos analizados en apartados anteriores, en lo relativo a sus principales características. El objeto de este estudio es tanto resumir en pocas páginas las prestaciones más significativas de cada material como poder vislumbrar las principales diferencias entre ellos. 3.10.1 Ámbito de aplicación y normativa En relación con la normativa de aplicación sobre los diferentes tipos de tubos analizados en esta Guía Técnica, debe destacarse el importante esfuerzo de normalización llevado a cabo por la UE en los últimos años, de manera que prácticamente todas las tipologías posibles disponen de alguna norma EN de producto (y en consecuencia UNE-EN) sobre ellas. Ello se resume en la Tabla 61 (ver apartado 2.2.2.2).

Tabla 61. Normas españolas y europeas para tuberías para el transporte de agua a presión (normas de producto) Tipo de tubo

Norma de aplicación

Metálicos

Fundición dúctil Acero

UNE-EN 545:1995 prEN 10224:1998

Hormigón

THAsCCh THAcCCh THPcCCh THPsCCh

UNE-EN UNE-EN UNE-EN UNE-EN

PVC-U PVC-O PE

UNE-EN 1452:2000 –– UNE 53131:1990 ó UNE 53490:1990 prEN 12201:2000 (UNE53965:1999 EX y UNE 53966:2001 EX) prEN 13244:1998 prEN 1796:2000 (UNE 53.323:2001 EX)

Plásticos

PRFV Válvulas .

180

UNE-EN 736:1996 UNE-EN1074:2000 UNE-EN 1452-4:2000

639:1995 639:1995 639:1995 639:1995

y y y y

UNE-EN UNE-EN UNE-EN UNE-EN

640:1995 641:1995 642:1995 642:1995

Respecto al ámbito de aplicación de cada tipo de tubo, en la Fig. 51 y en la Fig. 52 se representan unos límites habituales de utilización de cada uno en la actualidad en España, en función de su diámetro y de la presión hidráulica a que vaya a estar sometido, que son, habitualmente, los principales parámetros de clasificación de las tuberías. Debe destacarse, no obstante, el carácter esquemático de dichas figuras, ya que los límites usuales de utilización representados son solo orientativos y reflejan el uso que habitualmente se hace de los distintos tipos de tubos en España. De hecho, como también se refleja en dichas figuras, los valores normalizados de DN y PN admisibles para cada tipología suelen ser mayores, por lo que pueden encontrarse instalaciones que rebasen dichos límites habituales. Para la correcta interpretación de la Fig. 51 debe, además, tenerse en cuenta lo siguiente: – La escala de los ejes de los diámetros y de las presiones se han limitado, respectivamente, a 3.500 mm y 4 N/mm2. Ello no quiere decir que no puedan excederse estos límites, pero son, en cualquier caso, situaciones excepcionales. – En los tubos de acero, hormigón y fundición no hay normalizadas presiones máximas. Los valores representados son los resultantes de hacer el cálculo teniendo en cuenta los valores normalizados de diámetros, espesores y resistencias de los materiales (en acero y fundición). – Por último, debe recordarse que la aplicabilidad de esta figura es sólo para el caso de la acción única de la presión interna. No se ha tenido en cuenta la existencia de cargas externas, que pueden ser muy importantes y disminuir la capacidad de resistencia de la presión interior de la tubería. Debe insistirse en que dichas utilizaciones son las habituales en la actualidad en España, por lo que en un sector en permanente evolución (como es este de las tuberías) no es descartable (es más, es ciertamente posible, es realmente esperable) que en un futuro no lejano se amplíen dichos límites (el PE, por ejemplo, hace 15 años solo se empleaba en diámetros de 100 ó 150 mm y hoy se emplea hasta 1.000 ó 1.200 mm). En cualquier caso, los límites de las utilizaciones habituales son derivados de circunstancias de mercado, de motivos económicos, que no técnicos. Es, por tanto, perfectamente posible rebasar dichos límites, ya que las limitaciones técnicas serían las fronteras de las utilizaciones normalizadas.

181

acero

4

fundición

Presión (N/mm 2)

Presión (N/mm 2)

4 3 2 1 0

3 2 1 0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0

500

1000

hormigón armado

4

Presión (N/mm 2)

Presión (N/mm 2)

4 3 2 1 0

2000

500

1000

1500

DN

2000

2500

3000

3500

hormigón pretensado

3 2 1

3000

3500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

DN

4

4

PVC-U

Presión (N/mm 2)

3 2 1 0

PE

3 2 1 0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0

500

1000

1500

2000

DN 4

PVC-O

2 1

0

500

1000

1500 2000 2500 DN

3000

3500

PRFV

4

3

0

2500

DN

Presión (N/mm 2)

Presión (N/mm 2)

2500

0 0

Presión (N/mm 2)

1500

DN

DN

3 2 1 0

3000

3500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

DN

Campo de utilización normalizado y de uso habitual en España Campo de utilización normalizado por normas europeas de uso infrecuente Campo de utilización normalizado por otras normas (ISO, AWWA, etc.) de uso infrecuente

Fig. 51. Campo de utilización de cada tipología

182

Diámetros normalizados en otras normas de uso infrecuente 4.000 Diámetros normalizados en UNE-EN de uso infrecuente Diámetros normalizados de uso habitual 3.500

3.000

DN

2.500

2.000

1.500

1.000

500

PVC-O

PVC-U

PE

Fundicion (bridas PN 40)

Fundicion (bridas PN25)

Fundicion (bridas PN 10 y 16)

Fundición (unión flexible)

PRFV

Acero

HPcCCh

HAcCCh

0

Fig. 52. Diámetros normalizados (de uso habitual o infrecuente) en los diferentes tubos

En relación con las presiones nominales, en la Tabla 62 se representan los valores normalizados de las mismas en las normas UNE EN 1333:1996 e ISO 7268:1983 (cuyo objeto es precisamente la definición de la propia PN) junto a los valores previstos en las normas de producto de los distintos materiales. Sombreadas, además, se señalan los valores de uso habitual. No se han incluido ni los tubos de acero ni los de hormigón, ya que en ellos no se emplea habitualmente el concepto de presión nominal. En relación con las presiones nominales (PN), los distintos TC de CEN, al elaborar las respectivas normas de producto, han de establecer las relaciones de PN con PFA, PMA y PEA. En el momento actual, en las normas de producto ya editadas, dichas relaciones quedan como se se muestra en la Tabla 63. En cualquier caso, es preciso recordar que los coeficientes de seguridad C previstos en las repectivas normas de producto son diferentes según materiales (ver Fig. 54), por lo que los valores de esta Tabla 63 no son perfectamente comparables entre sí.

183

Tabla 62. Presiones nominales normalizadas en los diferentes tubos

UNE-EN 1333:1996

2,5

6

ISO 7268:1983

Fundición con bridas (UNE EN 545: 195)

2,5

6

6

10

10

10

16

16 20 25

16

25 40 63 100

PVC-U (UNE-EN 1452:2000)

40 50

25

(7,5) (8) 10 (12,5) 16 (20) (25)

PE PVC-O (prEN (prISO 12201:2000 16422.4:2000 13244: 1998)

PRFV (UNE EX 53323:2001)

(2,5) (3,2) 4 (5) (6) 6,3 (8) 10 (12,5) 16 (20) 25

Válvulas (UNE-EN 1074:2000)

(4)

(10) 12,5 16 20 25 (32)

6

6

10 (12,5) 16 20 25 32

10 16 25

40

100 150 250 420

Tabla 63. Relación de PN con PFA, PMA y PEA según materiales Material

PFA

PMA

Fundición con bridas (UNE EN 545:1995)

PN

1,20PFA

PVC-U (UNE EN 1452:2000)

PN

PE (prEN 12201:2000 ó prEN 13244:1998)

PN

PVC-O (prISO 16422.4:2000)

PN

PRFV (UNE 53323:2001 EX)

PN

1,40PFA

Válvulas (UNE EN 1074:2000)

PN

1,20 PFA

184

PEA PMA + 0,5 N/mm2 El menor de 1,50 PFA ó PFA + 0,5 N/mm2

El menor de 1,50 PMA ó PMA + 0,5 N/mm2

3.10.2 Clasificación En la Tabla 64 se resumen los parámetros de clasificación de las distintas tipologías de tubos. El DN es siempre un parámetro de clasificación de los tubos, que en unos casos se refiere al interior y en otros al exterior, conforme puede verse en la Fig. 53 y en la Tabla 65. Tabla 64. Parámetros de clasificación

DN

Material

PN

Resistencia a tracción del material

Fundición Unión elástica

Otros Clase K ó clase 40

Unión con bridas Acero

Espesor

Hormigón

MDP

PVC-U PE PVC-O PRFV

SN

Tubos de fundición y PRFV (serie B)

Tubos de hormigón y PRFV (serie A)

Tubos de PVC, PE y acero

Fig. 53. Diámetros nominales según tipos de tubos

185

Tabla 65. Diámetros nominales según tipos de tubos Tipo de tubo

Metálicos

DN

ID

OD

Fundición

Interior

Variable

Fijo

Acero

Exterior

Variable

Fijo

Interior

Fijo

Variable

PVC-U

Exterior

Variable

Fijo

PE

Exterior

Variable

Fijo

PVC-O

Exterior

Variable

Fijo

PRFV (Serie A)

Interior

Fijo

Variable

PRFV (Series B)

Interior

Variable

Fijo

Hormigón Plásticos

Puede observarse cómo no hay apenas dos tipologías de tubos que se clasifiquen de la misma manera, si bien el DN es siempre un parámetro preceptivo, siendo los restantes variables según los casos (PN, resistencia del material, etc.). Debe además recordarse que el propio concepto de DN es también variable según el tipo de tubo de que se trate, conforme se describe en los respectivos capítulos de este documento. En los tubos de fundición, el DN se refiere "aproximadamente" al interior y el diámetro exterior es fijo para cada DN, variando el diámetro interior real al hacerlo el espesor del tubo (son posibles distintos espesores para un mismo diámetro según la resistencia que tenga el tubo). En los tubos de hormigón, el DN es el interior, y las variaciones de espesor para un mismo DN suponen modificar el diámetro exterior. En los tubos de acero, PVC-U y PE, ocurre justo lo contrario, el DN es el exterior y las variaciones de espesor para un determinado DN implican modificar el diámetro interior. En los tubos de PRFV, por último, se pueden seguir bien los criterios de los tubos de fundición o de los de hormigón según sea la serie de fabricación.

3.10.3 Características físicas y mecánicas En los tubos destinados a transportar agua a presión, la característica mecánica que cobra mayor importancia es la resistencia mínima a la tracción, Rm, de la que, en primer lugar, hay que destacar que su propio concepto es variable, una vez más, de unos tubos a otros, si bien en cualquier caso subyace como concepto de fondo el de aquel valor que deja fuera de servicio al material de la tubería para seguir resistiendo solicitaciones (tracciones).

186

A su vez, sobre esta resistencia mínima a la tracción (Rm) se aplica el oportuno coeficiente de seguridad (C) para así obtener la resistencia admisible a la que se permite trabajar a tracción a dicho material.

La adopción de un coeficiente de seguridad tiene diferentes misiones. En primer lugar, garantizar que las tuberías, dimensionadas correctamente en función de las propiedades de sus materiales constitutivos, ofrezcan un margen de seguridad. El coeficiente de seguridad, además, debe tener en cuenta los esfuerzos adicionales incontrolables que pueden producirse durante el servicio, tales como sobrepresiones instantáneas, tensiones térmicas, etc. En cualquier caso, los valores de los coeficientes de seguridad adoptados en esta Guía Técnica son los previstos en las respectivas normas de producto. Dichos coeficientes de seguridad son variables de unos materiales a otros, según sus propiedades, conforme puede verse en la Fig. 54. Debe aclararse, no obstante, que el coeficiente de seguridad no se define exactamente de la misma manera en todos los materiales (en fundición o acero, por ejemplo, es una relación directa con su resistencia, mientras que en los materiales termoplásticos, dicha resistencia está basada en una formulación estadística) por lo que los valores de la Fig. 54 no serían perfectamente comparables o equivalentes. Además, en rigor, el coeficiente de seguridad no debería depender solo del material, sino también del uso al que esté destinada la tubería (y también incluso del tipo de instalación, cargas exteriores a que vaya a estar sometida la tubería, asientos diferenciales futuros, posibles movimientos del terreno como consecuencia de apertura de zanjas paralelas, etc). De esta manera, el coeficiente de seguridad habría de ser el resultado de un análisis de optimización que tuviera en cuenta el incremento de coste debido al coeficiente de seguridad adoptado frente a la disminución que se obtendría en los daños causados por los fallos esperados, de manera que, como se ha indicado, en puridad, sería variable según el uso al que vaya a estar destinada la tubería (los posibles daños en un abastecimiento son mayores que en un regadío, pero el coste de la tubería es el mismo, lo que implicaría coeficientes de seguridad mayores en el primer caso que en el segundo). Ese era, por ejemplo, el espíritu seguido en la antigua normalización de las tuberías de fibrocemento, a las cuáles el MOPU las exigía un coeficiente de seguridad de 4 para los abastecimientos, mientras que el Ministerio de Agricultura adoptaba un coeficiente de seguridad de sólo 3 cuando fueran destinadas al regadío. Lo cierto es que las respectivas normas de producto establecen un coeficiente de seguridad para cada material independientemente del uso al que vaya a estar destinada la tubería. Ello es debido, probablemente, a lo dificultoso que resulta la valoración económica de los daños causados por posibles fallos, además de por simplificar en lo posi-

187

ble el uso de las tuberías, ya que una estricta política encaminada a fijar los coeficientes de seguridad en función tanto del material como del uso al que esté destinada crearía, sin duda, dificultades adicionales al sector. Sólo habría quizás una excepción a lo anterior que es para el dimensionamiento de los tubos de PVC-U y de PE, en el que el informe UNE 53331:1997 IN prevé un C que sí depende del uso al que vaya a estar sometida la tubería. En concreto, los valores establecidos son (ver apartado 4.2.5) 2,5 para los "casos generales" y 2,0 para los "casos especiales" (sin amenaza de capa freática o fallos con consecuencias económicas poco importantes).

En los tubos de acero y fundición, puede distinguirse entre el límite elástico Le, min (el valor que produce una deformación permanente del 0,2%) y la propia resistencia a la tracción del material Rm (el valor que produce la rotura, es decir la fragmentación de los cristales. No se corresponde con la rotura física del material, ya que, rotos los cristales, la tensión necesaria para separar en dos el material es menor –sería la conocida como tensión última–). En los tubos de fundición el C se aplica sobre la resistencia mínima a la tracción y en los de acero, en general, sobre el límite elástico. En los tubos de PVC y PE, Rm se corresponde, aproximadamente, con el concepto de LCL (el valor de la tensión que a 20°C y a 50 años resiste el material con un nivel de confianza no menor del 97,5%). En los tubos de PRFV, Rm se refiere a la resistencia a tracción circunferencial de la parte estructural del tubo a largo plazo, σr,50. En los tubos de hormigón armado y pretensado, dada su heterogeneidad, este concepto pierde su interés práctico. En la Fig 54 se representan los valores habituales de todo ello. 4 PRFV

Resistencia de cálculo Resistencia mínima del material

3

PVC-0

PE

2 PVC-U

1

C

Acero

Fundición

0 PRFV

Resistencia a la tracción (N/mm )

500

PVC-O

400 2

PE

300

PVC-U

200

Acero

100

Fundición

0

Fig. 54. Resistencia a la tracción y valores habituales del coeficiente de seguridad C en los distintos materiales

188

En relación con los valores de los coeficientes de seguridad C representados en la Fig. 54 deben hacerse las siguientes precisiones: – Fundición. UNE-EN 545:1995 prevé un C de 3 ó 2,5 ante la actuación, respectivamente, de DP ó MDP (ver apartado 4.2.2.1) – Acero. El C para la actuación de la MDP indicado de valor 2,00 es el usualmente utilizado en el dimensionamiento de estos tubos (ver apartado 4.2.3.1) – PVC-U. En UNE-EN 1452-1:2000 se prevé un coeficiente de seguridad de 2 ó 2,5 según sea el diámetro de la tubería (ver Tabla 40) – PE. El C recomendado en prEN 12201:2000 o en prEN 13244:1998 es 1,25, si bien UNE 53131:1990 prevé los valores de 1,37 ó 1,60 (ver apartado 3.6.3) – PRFV. El C previsto en el Manual AWWA M45 es 1,5 ó 1,8, mientras que ATV 127:2000 considera 2 ó 2,5 – PVC-O. En pr ISO/WD 16422.4:2000 se incluye un coeficiente C de 1,60 Por otro lado en dicha Fig 54, en el acero se ha representado como Rm el límite elástico y en la fundición la resistencia mínima a la tracción, ya que sobre ellos es sobre los que se aplica el C. Puede destacarse como acero y fundición son los materiales más resistentes, seguidos en segundo plano por el PRFV y PVC-O y por último estarían el PVC-U y el PE. Dichas resistencias condicionan las posibilidades de cada material para resistir presiones hidráulicas interiores. Por último, el valor representado para la resistencia a tracción circunferencial de la parte estructural del tubo a largo plazo en el PRFV es puramente orientativo, ya que, en este caso, no está normalizado el valor de dicho parámetro por lo variable del mismo en función del proceso de fabricación seguido (ver apartado 3.8.3).

Tabla 66. Resistencias máximas, admisibles y valores habituales del coeficiente de seguridad C en los distintos materiales Coeficiente de seguridad C

Tensión admisible aproximada (N/mm2)

Material

Concepto

Valor aproximado (N/mm2)

Fundición

Resistencia mínima a la tracción (Rm) Límite elástico (Le, min)

420 270 a 330

3,0 ó 2,5

140

Acero

Límite elástico (Le, min) Resistencia mínima a la tracción (Rm)

175 a 500 290 a 650

2,0

87,5 a 250

PVC-U

Límite inferior de confianza (LCL)

27

2,0 a 2,5

10 a 12,5

PE

Límite inferior de confianza (LCL)

4 a 11

1,25 a 1,6

3,2 a 8,0

PVC-O

Límite inferior de confianza (LCL)

32 a 52

PRFV

Res. a tracción circunferencial de la parte 50 a 150 estructural del tubo a largo plazo ( σr, 50)

1,60

20 a 32

1,5 a 1,8 2,0 a 2,5

25 a 100

189

En otro orden de cosas, respecto al peso de los tubos, en las figuras adjuntas se han representado una horquilla de valores habituales por metro lineal en función del tipo de tubo de que se trate (la Fig. 56 es un zoom de la Fig. 55 para los diámetros pequeños). En la Fig. 55 puede apreciarse como los más pesados son los de hormigón, seguidos por los metálicos (acero y fundición) y por último los de PRFV. En diámetros pequeños, en la Fig. 56, se observa la ligereza de los materiales plásticos, comparándolos, por ejemplo, con los tubos de fundición.No obstante, en relación con la Fig. 56 debe aclararse que los valores de los pesos para un mismo DN en distintos materiales pueden no ser directamente equivalentes ya que ocurre que para un mismo valor del diámetro interior, el DN no es siempre el mismo (ya que éste en unos casos se refiere al interior y en otros al exterior). 1000

Hormigón

Fundición

800

Peso (Kg/m)

600 Acero

400 PRFV

200

DN 0 0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

Fig. 55. Pesos de las tuberías 50

40

Fundición

Peso (Kg/m)

30

PE

PRFV

20

PVC 10

DN 0 0

100

200

300

400

500

Fig. 56. Pesos de las tuberías (DN<500) Por último, en la tabla adjunta se resumen, a título comparativo, algunas de las características físicas y mecánicas más relevantes de los tubos estudiados en el

190

presente documento (en los tubos de materiales plásticos, cuando figuran dos valores para la densidad o el módulo de elasticidad, debe entenderse que el menor es en el largo plazo y el mayor en el corto plazo). Tabla 67. Características físicas y mecánicas de los tubos Característica

Fund.

Acero

Densidad (kg/m3)

7.050

7.850

1,7x105

2,1x105

Módulo de elasticidad, E (N/mm2)

5-10

10-24

Coeficiente dilatación (m/m °C-1)

1,2x10-5

1,2x10-5

Ejemplo 22

Alargamiento en rotura, Amin (%)

Hormigón

PVC-U

PE

1.350-1.460

> 930

PRFV

2x104-4x104 1.750-3.000 150-1.000 104-3,9x104 1,2x10-5

80

> 350

8x10-5

22-23x10-5

En relación con la no equivalencia directa de los pesos de las tuberías de la Fig. 56 y de la Fig. 55, por ejemplo, si lo que se necesita es una tubería de 580 mm de diámetro interior real, en unos casos hará falta una tubería de DN 600 (fundición, por ejemplo), y en otros de DN 630 (PE, por ejemplo). Por tanto, una tubería de DN 600 en fundición sería el equivalente a una de DN 630 en plásticos.

3.10.4 Dimensiones En las figuras adjuntas se representan comparativamente las principales dimensiones de los tubos estudiados (diámetros, longitudes y espesores). Respecto a los diámetros nominales, en primer lugar, los posibles rangos de valores son los que se indican a continuación (UNE-EN 805:2000), según DN se refiera al ID (DN/ID) o al OD (DN/OD), detallándose en cada capítulo la serie de valores normalizada para cada tipo de tubo. DN/IN: 20, 30, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.100, 2.200, 2.400, 2.500, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.500, 4.000 DN/OD: 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 ,125, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.250, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.100, 2.200, 2.400, 2.500, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.500, 4.000 Otras normas, no obstante, especifican series normalizadas de DN algo diferentes. Por ejemplo, la norma UNE-EN ISO 6708:1996, cuyo objeto es expresamente la definición del DN, establece los siguientes valores preferentes del DN: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.400, 1.500, 1.600, 1.800, 2.000, 2.200, 2.400, 2.600, 2.800, 3.000, 3.200, 3.400, 3.600, 3.800, 4.000

191

Por otro lado, clasificando a los tubos en pequeños (por debajo de 500 mm), medianos (de 500 a 1.200 mm), grandes (de 1.200 a 2.500 mm) y especialmente grandes (más de 2.500 mm), puede observarse en la Fig 58 que el campo de aplicación habitual de los distintos tubos estudiados es el siguiente: a) Tubos de PVC-O: diámetros pequeños b) Tubos de PVC-U y de PE: diámetros pequeños y medianos c) Tubos de fundición: diámetros pequeños, medianos y parcialmente los grandes (hasta 1.600 mm) d) Tubos de acero: diámetros, medianos y grandes e) Tubos de PRFV: diámetros, pequeños, medianos y grandes f) Tubos de hormigón: diámetros medianos, grandes y especialmente grandes En relación con las longitudes, además de los valores para las mismas mostrados en la Fig. 57, debe destacarse que los tubos de PE hasta DN 110 pueden suministrarse en rollos y que los de acero admiten cierta curvatura en caliente (ver apartado 5.3.2). Por último, en la Fig. 59 se han representado los espesores nominales de los distintos tipos de tubos en función de sus diámetros. Puede apreciarse que los tubos metálicos (fundición y acero) son los de menor espesor, seguidos de los de termoplásticos, mientras que los de hormigón tienen espesores muy superiores.

PRFV

Acero

PE Fundición con junta flexible PVC

Hormigón Fundición con junta de bridas 0

2

4

6

8

10

Fig. 57. Longitudes (en m) de los distintos tipos de tubos

192

12

14

Tubos pequeños Tubos medianos Tubos grandes Tubos especialmente grandes Diámetros normalizados en UNE-EN , pero no empleados habitualmente Diámetros normalizados en otras normas de uso infrecuente Diámetros normalizados en UNE-EN y utilizados habitualmente 4.000 3.900 3.800 3.700 3.600 3.500 3.400 3.300 3.200 3.100 3.000 2.900 2.800 2.700 2.600 2.500 2.400 2.300 2.200 2.100 2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Hormigón

Acero

PRFV

Fundición

PE

PVC-U

PVC-O

193

Fig. 58. Diámetros (en mm) de los distintos tipos de tubos 160

160 Clase 40 Clase K9 Clase K10

140

espesor (mm)

espesor (mm)

120 100 80 60 40 20

140

espesor mínimo

120

espesor máximo

100 80 60 40 20

0

0 0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

0

500

Tubos de fundición S 12,5

160

S 10

S8

140

120

S 6,3

S5

S 3,2

S 2,5

80 60 40 20

espesor mínimo (mm)

S 20

140

espesor (mm)

160

100

1.000

1.500

2.000

2.500

Tubos de acero

0

120 100 80 THAsCCh THAcCCh THPsCCh THPcCCh

60 40 20 0

0

500

1.000

1.500

2.000

0

2.500

Tubos de PVC-U, PVC-O y PE

500

1.000

1.500

2.000

2.500

Tubos de Hormigón

Fig.59. Espesores normalizados en normas UNE-EN, prEN ó prISO (en mm) en los distintos tipos de tubos

A efectos de equivalencia entre los diámetros de tuberías de distintos diámetros, en el Anexo A del proyecto de norma CEN/TC 203 wi015:2001 se incluyen las relaciones que se muestran en la Tabla 68.

Tabla 68. Diámetros exteriores de tuberías según distintas normas (CEN/TC 203 wi015) Fundición dúctil Fundición gris

UNE-EN 545:1995I ISO 2531:1998

Acero DIN 2448:1981

PVC-U

PE

DIN 2458:1981 prEN 12201:2000 ISO 559:1991 UNE-EN 1452:2000 prEN 13224:1998 prEN 10224:1998

DN

OD

DN

OD

DN=OD

DN=OD

DN=OD

DN=OD

40 50 60 65 70 80 90 100

56 66 79 82 86 98 107 118

40 50 60 65

56 66 77 82

44,5 57

48,3 60,3 76,1

50 63 75

50 63 75

80

98

88,9

88,9

90

90

100

118

108

114,3 125

110 125

110

194

76,1

Tabla 68 (Cont.). Diámetros exteriores de tuberías según distintas normas (CEN/TC 203 wi015) Fundición dúctil Fundición gris

Acero

UNE-EN 545:1995I ISO 2531:1998

DIN 2448:1981

PVC-U

PE

DIN 2458:1981 prEN 12201:2000 ISO 559:1991 UNE-EN 1452:2000 prEN 13224:1998 prEN 10224:1998

DN

OD

DN

OD

DN=OD

DN=OD

DN=OD

DN=OD

125 150 175 200 225 250 275 300 350 400 450 500

144 170 197 222 245 274 296 326 378 429 480 532

125 150

144 170

133 159

139,7 168,3

200

222

216

219,1

250

274

267

273

300 350 400 450 500

326 378 429 480 532

318 368 419

323,9 355,6 406,4

521

508

600

635

600

635

610

610

140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630

140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630

3.10.5 Uniones Resumidamente, en la tabla adjunta se representan los sistemas de unión habituales entre los distintos tipos de tubos posibles. Uniones flexibles Elástica

Manguito

Uniones rígidas Soldada

Bridas

Fundición Acero Hormigón PVC-U PE PVC-O PRFV Tabla 69. Uniones según el tipo de tubo

Las uniones a que hace referencia la anterior Tabla 69 es a las relativas entre tubos. En uniones entre tubos y piezas especiales (o con válvulas) es muy frecuente, en cualquier tipo de material, utilizar uniones mediante bridas.

195

4. Dimensionamiento de la tubería

En el presente capítulo se establecen unas directrices básicas para el necesario dimensionamiento hidráulico y mecánico de cualquier tubería. Estas directrices hay que entenderlas como de aplicación para las instalaciones habituales, por lo que los casos singulares (como, por ejemplo, las impulsiones de las estaciones de bombeo o las tuberías forzadas de los aprovechamientos hidroeléctricos, o, en general, cualquier instalación que exceda lo usual, bien sea por el tamaño de la tubería, por el tipo de apoyo, por las condiciones del relleno o por cualquier otra singularidad) requerirán cálculos adicionales que complementen lo expuesto en este capítulo. Además, es preciso recordar que, aunque este documento tenga por objeto el establecimiento de unas recomendaciones sobre tuberías para el transporte de agua a presión (recomendaciones que exceden al propio tubo como tal, incluyendo aspectos relativos al cálculo hidráulico, mecánico, instalación, rehabilitación, etc.), el mismo no es ni un manual de hidráulica ni de cálculo mecánico o de resistencia de materiales, en el sentido estricto de los términos. Ello quiere decir que aspectos de detalle relativos tanto al cálculo hidráulico o mecánico de las tuberías (sobrepresiones debidas al golpe de ariete, cálculo de redes malladas, determinación del estado tensional en las paredes del tubo, etc.) requerirán de la consulta de textos especializados en la materia (ver bibliografía), habida cuenta que en este documento solo se establecen una serie de pautas o criterios generales al respecto. En cualquier caso, tanto los cálculos hidráulicos como los mecánicos, habitualmente, se realizarán mediante la ayuda de un ordenador, debiendo en estos casos, especificar en el respectivo anejo de cálculo la identificación, objeto y campo de aplicación del programa utilizado. Además, el listado de datos que se acompañe debe contener tanto los datos introducidos por el proyectista como los generados por el propio programa, debiendo el listado de salida definir claramente los resultados necesarios para justificar adecuadamente la solución adoptada. En cualquier caso, todos los listados en forma tabular que se adjunten deben llevar en su encabezamiento la notación y unidades para cada magnitud considerada, debiendo repetirse dicho encabezamiento en cada página distinta.

197

4.1. Cálculo hidráulico En cualquier proyecto de conducciones para el transporte de agua a presión debe figurar 2 IDtubería. i Π el oportuno dimensionamiento hidráulicoAide= la 4 4.1.1 Consideraciones generales A los efectos de este apartado, y en general a los del cálculo hidráulico de la tubería, siempre que se hagan referencias genéricas al diámetro de una conducción, debe entenderse que se trata del diámetro interior, ya que es el que condiciona la capacidad de transporte de la tubería. Las redes de distribución deben ser, en la medida de lo posible, de diseño mallado, disponiendo de mecanismos adecuados que permitan su cierre por sectores. Las conducciones de transporte en alta, por el contrario, suelen ser de diseño ramificado. El dimensionamiento hidráulico de una tubería tiene por objeto principal la determinación del diámetro de la misma. Se trata de una cuestión compleja cuyos condicionantes básicos de diseño son el caudal requerido y la presión exigida en los terminales de la red. Es evidente que dichos condicionantes dejan el problema abierto, sin solución única, permitiendo un gran número posible de diseños. Por lo tanto, en realidad, se trata de un problema de optimización en el que, además de los condicionantes básicos de diseño (caudales y presiones) intervienen otros factores, entre otros la velocidad de diseño o las pérdidas de carga (continuas y localizadas), y, en el fondo, las características de los materiales de la red (rugosidad y coste, básicamente). Además, la cuestión es aún más compleja en el caso de las redes malladas que en las ramificadas, ya que en las primeras no quedan definidos a priori los caudales que circulan por cada tramo. Por todo ello, debe insistirse en que esta Guía Técnica no pretende más que establecer unas pautas generales para dicho dimensionamiento en lo relativo al cálculo de pérdidas de carga, sobrepresiones debidas al golpe de ariete o velocidades máximas de diseño, debiendo consultarse los textos clásicos de hidráulica para su completo diseño (Granados, 1986; Liria, 1995; Universidad Politécnica de Valencia, 1996; etc.). En cualquier caso, las ecuaciones que rigen el movimiento permanente en tuberías son la de continuidad: Q = A1 v1 = A2 v2

198

y la de Bernouilli:

∆H = ∆Hc + ∆H1 siendo: Q Ai vi g IDi hi Pi γ ∆H ∆Hc ∆Hl

caudal circulante, en m3/s área de la tubería en la sección i, en m2 velocidad del agua en la sección i, en m/s aceleración de la gravedad, en m/s2 diámetro interior de la tubería en la sección i, en m cota geométrica en la sección i, en m presión interior del agua en la sección i, en kp/m2 densidad del agua, en kp/m3 pérdidas de carga totales, en m pérdidas de carga continuas, en m pérdidas de carga localizadas, en m

4.1.2. Pérdidas de carga 4.1.2.1 Pérdidas de carga continuas Las pérdidas de carga continuas (por unidad de longitud), J, se recomienda se calculen, en general, mediante la fórmula universal de Darcy-Weisbach:

siendo: J ∆Hc L ID v g f

pérdida de carga continua, por unidad de longitud, en m/m pérdida de carga continua, en m longitud del tramo, en m diámetro interior del tubo, en m velocidad del agua, en m/s aceleración de la gravedad, en m/s2 coeficiente de pérdida de carga por unidad de longitud (o coeficiente de fricción); adimensional

199

En general, independientemente de cual sea la rugosidad hidráulica de la tubería, el cálculo del coeficiente de pérdida de carga por unidad de longitud, f, puede realizarse mediante la expresión de Colebrook-White (1939): f f==

0,25 ,25 00,25 f= 2 22   KK  K , 51 2, 51  22 , 51 + log++  log log , 71 ID3, 71 ReIDf f Re f  Re  ID  33, 71

También en cualquier caso (bien sean tuberías hidráulicamente lisas, rugosas o semirugosas), puede emplearse el ábaco de Moody (1944) determinación gráfica del coe,25para 0la,25 00,25 = longitudinal (f), el f f==unidad fde ficiente de pérdida de carga por encontrarse en 2 22 cual puede       , 5 74 K 5 74 , K     , K 5 74   cualquier publicación especializada en la materia (Lencastre, 1987; Osuna, 1986; etc.). log++ 00,9,9+  log log , 71 ID3, 71 ReID  Re0,9  Re  ID  33, 71 La fórmula de Colebrook-White es del tipo implícito y requiere de un proceso iterativo para su resolución, lo que dificulta su empleo rápido, si bien en la actualidad, es fácilmente resoluble con cualquier ordenador0personal. 0,25 ,25 f f== 22  de200 ID puede emplearse la expresión 200 ID 22 KK ID , 51 , 51 200 Alternativamente a la expresión Colebrook-White Re > Re > Re > + + log log  y AkalankK. Jain, PSAK  explícita de Prabhata K. Swamee (1976), la cual arroja resul71 , 71 kRe f kk ID f ID 0f,25 f f Re  3f3, = 2 tados muy similares, y es de más fácil aplicación, pues no requiere de proceso iterativo   K0,25 2, 51  alguno para su resolución: + log f=     2     3, 71 K ID  2Re , 51 f  + log  3 71 ,025 ,,25 25 ID 0,25Re f   00 f f==f = f= 2 222 K v ID5K5,274  vv ID 51 2, 51  KK ,,74 ID + + log log log + log + Re = Re = Re    =  3, 71  9,9 3 ID 3,νc71 ,c71 ID 00ID ,0,25 ν,c71 Re Re Re  ID  f3ν= f Re f  2   K0,25 5, 74  f = log +   0,9 2 , 71 ID sea5Re Además de lo anterior, en particular, en función hidráulica de la     3de  ,la74rugosidad K cual + log  0 , 9 tubería, pueden seguirse los siguientes criterios:  30,,71 25 ID 0,25Re   200 200 ID fID = Re Ref>=> 2 2 en las se cumple la siguiente a) Tuberías hidráulicamente rugosas. aquellas kk fSon f K  K 5, 74 5, 74   que log + log +         0,9  0,9  condición: 3, 71 3, 71ReID 200  Re    IDID Re > f 200k ID Re > k f Re

200 200 ID ID ReID vv ID > Re=Re = > número de Reynolds Re (adimensional): k f ννc c k f

Re = νc k

200

v ID c v νID

Re = ν c -6 viscosidad cinemática, en m2/s (1,01 x10 , para el agua a 20°C) v ID de vla ID rugosidad equivalente de Nikuradse tubería, en m Re = Re = νc νc

Simplificadamente, en este dominio, puede emplearse bien la expresión implícita de Colebrook-White o bien la explícita de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain (PSAK), abreviadas en los siguientes términos:

0,25 0,25 2 f =f = 2  log k k     log  3, 71 ID   3, 71 ID    0,25 f = Son aquellas en b) Tuberías hidráulicamente semirugosas. 2 las que se cumple la siguien  k   te condición:  log 0,25 ID   f23=   3, 71 200 2 23 < Re ≤ 200 Re k  < ≤ log k / ID   ⋅ f k /⋅ID k / ID / ID ID f   3k, 71 ,25 la expresión completa de Colebrook-White o, En ellas se recomienda emplear0 0bien ,25 23 f = 200 2 f Prabhata = alternativamente, la de K. K. Jain (PSAK), en los térmi≤   kSwamee  2< yReAkalank  k k / ID   k / ID ⋅ f   nos generales expuestos allog comienzo de este apartado.  log , 71 ID23     3 23 200 , 71≤23 ID    Re 3Re < Re aquellas en≤las que c) Tuberías hidráulicamente lisas.≤Son k / ID k / ID k / ID ⋅se fcumple la siguiente condik / ID ción: −0 ,25 0, 316 0 ,25 f = f0,=316 ⋅ Re⋅−Re 23 23 200 23 < ReRe ≤ ≤ 200 / ID k / ID < Re ≤ k /kID ⋅ f k / ID k /023 ID ,25⋅ f 0 25 , Re ≤ f = En este dominio de las tuberías lisas se recomienda emplear la expre2 f = hidráulicamente ID 2−0,25  k2/,⋅51 0, 316 sión de Blasius:  f =log    Re 2,51 log  Re   f   f f = 0,Re 316 ⋅ Re −0,25 0,25 23 Re ≤ 23 f = 2 Re ≤ k / ID 0,25   bien 2, 51la expresión También en este dominio, puede implícita de Colebrookk / IDemplearse f = 0,25 log0,252   White o, alternativamente, fla= explícita de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain  Re f =  5, 74 2   f  2   5 74 ,   − 0 , 25 log  0,términos (PSAK) abreviadas ambas en los siguientes 2,51   (si bien los resultados obtenidos f = 0, 316 ⋅ Re log−0,25 log 9     f = 0arrojando , 316 ⋅ Re ,9  mayores son más conservadores, Re0Re  valores Re f  para las pérdidas de carga):    0,25 f= 0,25 0,25   5, 74  2 f= 2 f=  2 0,25 (Colebrook-White) 2, 51 log 0,9   log 2  ,f51 =  Re  2 log Re f   5, 74     Re flog   0,9     Re  

f= f=

0,25 0,25 2   5, 74  2 log 5, 74   0,9   log Re Re0,9   

(PSAK)

201

En cualquiera de las expresiones anteriores, debe tenerse la precaución de que la rugosidad ha de ir en m (en el caso de que el ID también se exprese en m), si bien lo habitual es referirse a dicha rugosidad con unidades de mm. El dominio de las tuberías hidráulicamente lisas, rugosas o semirugosas es conforme a lo propuesto por la Universidad de Navarra (www.esi.unav.es). No obstante, en el caso de diámetros medianos y grandes, lo más habitual es estar en el dominio de las tuberías hidráulicamente rugosas. La génesis de las expresiones recomendadas en este apartado de ColebrookWhite o Blaius son fácilmente encontrables en cualquier manual clásico de hidráulica. A la expresión abreviada de Colebrook-White empleada en el campo de las tuberías lisas se la conoce como fórmula de Karman Nikuradse. La expresión PSAK ha sido desarrollada por los ingenieros Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain, ambos de la Universidad de Roorkee (India) y su demostración figura, por ejemplo, en el Journal of the Hydraulics División, mayo 1976, pp 658-664. Por lo exacto de los resultados obtenidos de la aplicación de la misma respecto a la fórmula de Colebrook-White, algunos especialistas (Santos et al., 1986a; Vallarino, 2000) la incluyen como expresión recomendada para el cálculo de las pérdidas de carga continuas.

Ejemplo 23

En la Fig. 60 se han representado los valores que alcanzan las pérdidas de carga continuas en el caso de emplear la fórmula de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain (PSAK) para distintos diámetros y rugosidades, correspondientes a los casos de tuberías hidráulicamente semirugosas o rugosas, que son los habituales en las tuberías para el transporte de agua a presión de uso normal.

Por aplicación bien de la formulación de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain (PSAK) expresada en este apartado, o por los resultados de la misma representados en la Fig 60, una tubería de ID 1.000 mm, con rugosidad absoluta k=0,10 mm, transportando un caudal de 1.250 l/s sufrirá una pérdida de carga continua por rozamiento de 0,00169 m/m. O si la tubería fuera de ID 750 mm, rugosidad absoluta 1 mm y el caudal transportado fuera de 800 l/s, la pérdida de carga por rozamiento resultaría 0,00476 m/m.

202

0,012

0,011

0,010

0,009

0,008

Pérdida (m/m)

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

0,000 0

250

500

750

1.000

1.250

1.500

1.750

2.000 Caudal (l/s)

ID250 (k=0,05 mm)

ID250 (k=0,10 mm)

ID250 (k=1 mm)

ID500 (k=0,05 mm)

ID500 (k=0,10 mm)

ID500 (k=1 mm)

ID750 (k=0,05 mm)

ID750 (k=0,10 mm)

ID750 (k=1 mm)

ID1000 (k=0,05 mm)

ID1000 (k=0,10 mm)

ID1000 (k=1 mm)

ID1500 (k=0,05 mm)

ID1500 (k=0,10 mm)

ID1500 (k=1 mm)

Fig. 60. Pérdidas de carga según la fórmula de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain (PSAK)

203

Todo lo anterior corresponde al caso de la zona turbulenta del ábaco de Moody (Re>2.500), que es lo habitual en el caso de las tuberías para el transporte de agua a presión. Por otro lado, las expresiones recomendadas de Colebrook-White, Blasius, o PSAK para el cálculo de las pérdidas de carga, son las conocidas como “fórmulas racionales” (derivadas de la aplicación de la teoría de la hidráulica). No obstante, además de las expresiones anteriores, existen numerosas “fórmulas empíricas” para el cálculo de las pérdidas de carga. Son, por ejemplo, las de Ganguillet y Kutter (1869), Manning (1890), Bazin (1897), Hazen-Williams (1920), Scimemi (1925) o Scobey (1931), entre otras, si bien hay referencias hasta incluso del siglo XVIII (Chézy, 1765). De todas ellas, las de Manning y Hazen-Williams son, quizás, las que más empleo tienen en la práctica, si bien, no obstante, pueden presentar errores respecto a las racionales, especialmente en tuberías de paredes lisas. En concreto, la expresión de Manning (adimensional) es la siguiente:

n coeficiente de rugosidad de Manning J,ν,ID igual significado que para las expresiones anteriores La expresión de Hazen-Williams, por su parte, es la siguiente:

ν = 0,36 ⋅ C ⋅ ID0,36 ⋅ J 0,54 C coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams J,ν,ID igual significado que para las expresiones anteriores

Los valores que se adopten en el cálculo para la rugosidad son determinantes. Deben tener en cuenta no solo la del propio tubo, sino también la inducida por las uniones.

Efectivamente, en cualquier caso, sea cual sea la expresión que se emplee, los valores de las rugosidades adoptados son determinantes en los resultados obtenidos. Por ello, en su cuantificación deben tenerse en cuenta no solo el material de la tubería, sino aspectos tales como el estado de conservación de la misma, el número de uniones, de piezas especiales, etc.

204

Los textos clásicos de hidráulica suelen incluir valores de dichas rugosidades, si bien hay mucha disparidad entre unos y otros. En la Tabla 70 y en la Tabla 71 se han relacionado algunos de ellos (rugosidades absolutas o de Manning), junto a su procedencia, habiéndose representado en la Fig. 61 y en la Fig. 62 el rango de variación habitual de los mismos (descontados los casos extremos) a efectos de apreciar visualmente las diferencias de rugosidades entre los distintos tipos de materiales (los valores de rugosidad n de Manning son, en cualquier caso, unos valores medios ya que dependen del diámetro del tubo). En particular, en la Fig. 61 puede apreciarse la dispersión que pueden tomar los valores de la rugosidad en los tubos de acero o en los de fundición, habida cuenta de los posibles revestimientos. En los demás materiales, las diferencias son menores. En dicha figura no se han representado los valores de la rugosidad para el hormigón, ya que los valores son especialmente variables en este caso, pudiendo alcanzar cifras muy elevadas (son habituales valores de 3 ó 4 mm, existiendo incluso algunas referencias que hablan de 20 mm), lo que distorsionaría la escala del dibujo. Tabla 70. Valores de la rugosidad absoluta k (mm) según materiales y distintas fuentes Fundición + (a)

~

Acero –

+

0,500 1,500

(d) (e)

–

+

~

0,015 0,03 0,060 0,03 0,060 0,150 0,030 0,06 0,06 0,150 0,060 0,15

(b) 0,060 0,15 0,300 0,90 0,30 0,15 0,06 0,05 0,01 (c)

~

Hormigón

2,400 0,900 0,300 0,150 0,150 0,300

1,000 3,000 0,03

0,003

1,500 0,600 0,200 0,100 0,100 0,060

0,600 0,400 0,180 0,150 0,060 0,015

1,50 0,50 0,30 0,30 0,10 0,03

3,000 0,300 0,03

PVC –

+

0,15 0,60

~

+

~

PRFV –

+ 0,030

– 0,060

0,010

0,0015 0,007

0,020

0,20

(f)

0,0002 0,0015

(g) 0,030

0,100

(h) 0,030 0,10 3,000 (i)

0,050 0,05

(j)

0,150

0,500

(k)

0,150

0,250

0,25

0,0070

0,007

0,0250

0,025

0,010

0,007

0,046

0,300

4,00

0,300

3,00

(l)

0,023

(m) (o)

~

0,004

0,050

0,100

–

0,0600

3,00 0,002 0,60 0,40 0,50 0,18 0,06 20,0 3,00

PE

0,003 0,030

0,001

0,10

205

Tabla 70 (Cont.). Valores de la rugosidad absoluta k (mm) según materiales y distintas fuentes Fundición +

~

Acero –

+

~

Hormigón –

+

~

(p) 0,250

0,600 0,06

0,080 0,300

(q) 0,030

0,100 0,03

0,100 0,300

(r)

PVC –

+

0,50

~

3,00

0,040

0,25

–

+

0,0200

0,03 0,060

0,300

PE ~

PRFV –

+

~

–

0,002 0,003

0,005

(s) (t) + − ~

0,050

0,125

0,050

Valor mínimo de la rugosidad. Tubería en muy buen estado Valor máximo de la rugosidad. Tubería en muy mal estado Valor intermedio

Tabla 71. Valores de la rugosidad de Manning según materiales y distintas fuentes Fundición + (a)

~

0,010

Acero –

+

~

0,014

Hormigón –

+

~

0,010

PVC –

0,015

(f)

(n)

206

0,011

~

PRFV – 0,010

+

~ 0,010

0,008 0,008 0,009

0,011 0,013

0,017

0,012

0,013

0,0106

(o)

+

0,008 0,006 0,008

0,0110 0,017 0,008

PE –

0,010 0,008

0,006 0,017

(h) 0,013

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (l) (m) (n) (o) (p) (q) (r) (s) (t)

~

0,016 0,008

(c) (d)

(r)

+

0,017

Twort, Ratnayaka y Brandt, 2000 Lencastre, 1987 Saenger, 1997 Asetub, 2001 Liria, 1995 AWWA, 1980, 1985 y 1996 Pont a Mousson, 1986 Mayol, 1988 Siderúrgica del Tubo Soldado, 1996 Hernández, 1987 Osuna, 1987 Información técnica de Sarplast Uralita, 2000 Steel plate fabricators association, 1970 IETCC, 1980 Granados, 1986 Twort, Ratnayaka y Brandt, 2000 King y Crocker, 1967 Uralita, 1987 Pürschel, 1978

0,009

–

PRFV

PE

PVC

Acero

Fundición

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

Fig 61. Rugosidad absoluta k (mm) en tuberías

PRFV PE PVC Acero Fundición Hormigón 0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

Fig, 62. Rugosidad n de Manning en tuberías.

Por último, unos valores para la rugosidad C de Hazen-Williams, podrían ser los siguientes (Liria, 1995). Fibrocemento Hormigón Acero nuevo Acero usado Fundición PVC y PE

140 128 130 110 130 150

Para el caso particular de los tubos de materiales termoplásticos (PVC-U y PE ) se está elaborando en la actualidad una norma UNE (PNE 53959:2001 “Tubos de material termoplástico para el transporte de líquidos a presión. Cálculo de

207

pérdida de carga”) basada en un documento de ISO, en la que se incluye la siguiente expresión específica para el cálculo de la pérdida de carga en este tipo de tubos: J = 5,37 x 10–4 (ID1,24 ν1,76) si 4 x 103 < Re < 1,5 x 105 J = 5,37 x 10–4 (ID1,20 ν1,80) si 1,5 x 105 < Re < 106 siendo: J Re ID ν

pérdida de carga, en m/m número de Reynolds diámetro interior, en m velocidad media del agua, en m/s

Estas expresiones específicas para los tubos de materiales plásticos, si bien aún hoy experimentales, ya figuran recogidas en algunos textos específicos sobre la materia (Mayol, 1993).

Además, en la cuantificación de la rugosidad de la tubería debe tenerse en cuenta el envejecimiento de la misma y otros factores, tales como las irregularidades en el trazado o la ovalización de la tubería.

El aumento de la rugosidad debido al envejecimiento de la tubería es especialmente importante en los materiales metálicos (acero o fundición). Algunas de las fórmulas empíricas para el cálculo de la pérdida de carga antes indicadas proponen modificaciones de los parámetros de dichas expresiones para tener en cuenta esa circunstancia. Así, por ejemplo, Scobey contempla el deterioro de las tuberías de fundición con el tiempo, afectando a la rugosidad por el siguiente factor, función de los años de uso, t: e-0,00526t Correlacionado los resultados con los obtenidos por la fórmula universal, el envejecimiento así definido equivale a un incremento de la rugosidad k en función del tiempo que obedece, muy aproximadamente, a la expresión (Torrent, 1983): kt=k0 · e

0,05t

es decir, que la rugosidad se duplicaría cada 14 años. En cualquier caso, en rigor, el aumento de la rugosidad con el paso del tiempo debe depender tanto del material y el diámetro de la tubería como del fluido

208

transportado. De esta manera, simplificadamente, algunos manuales se limitan a dar dos o tres valores según se trate de material nuevo o usado, y aguas más o menos agresivas, según tipologías. Algunos autores (Lencastre, 1987, ver Tabla 72) cuantifican el aumento absoluto de la rugosidad con el paso del tiempo para distintos materiales en función del grado de ataque del agua transportada.

Tabla 72. Aumento de la rugosidad (en mm) para fundición y acero en función de la agresividad del agua (Lencastre, 1987) Aumento anual de la rugosidad (mm/año)

Grado de ataque del agua transportada

0,025 0,075 0,250 0,750 2,500 7,500

Bajo Moderado Considerable Severo Muy severo Extremo

Otros especialistas (Idelchick, 1994,) proponen utilizar la fórmula de Mostkov sobre la base experimental de Kamershtein (si bien en principio no se hace diferencia entre distintos materiales parece estar enfocada a aquellos susceptibles de sufrir un ataque por corrosión): kt = ko + αyt siendo k0 y kt la rugosidad inicial y a los t años y αy un parámetro que depende de la agresividad del agua transportada y del diámetro (ver Tabla 73). Tabla 73. Aumento de la rugosidad (en mm) en función de la agresividad del agua y del diámetro del tubo (Idelchik, 1994) Diámetro (mm)

αy (mm/año)

Grupo I Agua ligeramente salina; agua no corrosiva con un índice de estabilidad de –0,2 a 0,2; agua con un contenido moderado de sustancias orgánicas y hierro libre

150-300 400-600

0,005-0,055 0,025

Grupo II Agua muy corrosiva con un índice de estabilidad hasta –1,0; agua que contiene sustancias orgánicas y hierro libre en cantidades inferiores a 3 g/m3

150-300 400-600

0,0055-0,18 0,07

Agresividad del agua

209

Tabla 73 (Cont.). Aumento de la rugosidad (en mm) en función de la agresividad del agua y del diámetro del tubo (Idelchik, 1994) Diámetro (mm)

ay (mm/año)

Grupo III Agua muy corrosiva con un índice de estabilidad de –1,0 a 2,5 y con un contenido de cloruros menor de 100 ó 150 g/m3; agua con un contenido de hierrro superior a 3 g/m3

150-300 400-600

0,18-0,40 0,20

Grupo IV Agua corrosiva, con índice negativo de estabilidad, cuyo contenido de sulfatos y cloruros sea mayor a 500 ó 700 g/m3; agua no tratada con alto contenido de sustancias orgánicas

150-300 400-600

0,40-0,60 0,51

Agresividad del agua

También en relación con las pérdidas de carga, en rigor, debe tenerse en cuenta que éstas, en las tuberías para el transporte de agua a presión, variarían también con la temperatura del agua transportada. En puridad, la forma de tener en cuenta la influencia de la temperatura del agua transportada en las pérdidas de carga sería a través de la variación que se produce en la viscosidad cinemática del agua a causa de la temperatura. En la Fig. 63 de la izquierda (Lencastre, 1987) se adjuntan unos valores para dicha viscosidad cinemática en función de la temperatura del agua. Con ello, variando la viscosidad cinemática, variaría el número de Reynolds y, por ende, para una rugosidad, velocidad y diámetro determinado, la pérdida de carga. Simplificadamente, para los tubos de materiales termoplásticos, el proyecto de norma PNE 53959:2001 antes citado, establece directamente un factor de corrección FC para el cálculo de las pérdidas de carga a distintas temperaturas, el cual se representa en la Fig 63 de la derecha (JT °C=FC x J20°C). 1,8

1,15

1,6

1,10

Re<0,00001

FC en pérdidas de carga

Viscosidad cinemática (x10 -6 m2/s)

Re>0,00001

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6

1,05 1,00 0,95 0,90 0,85

0,4 0

10

20

30

Temperatura (°C)

40

50

0

10

20

30

40

Temperatura (°C)

Fig. 63. Corrección de las pérdidas de carga por la temperatura del agua (Lecastre, 1987 y PNE 53959:2001)

210

50

4.1.2.2 Pérdidas de carga localizadas Adicionalmente a las pérdidas de carga continuas, deben calcularse las pérdidas de carga localizadas ∆Hl en las piezas especiales y en las válvulas, las cuales pueden evaluarse como una fracción kl del término v2/2g o como una longitud equivalente de tubería. En la expresión anterior v es la máxima velocidad de paso del agua a través de la pieza especial o de la válvula (en un ensanchamiento, por ejemplo, será la velocidad a la entrada, y en un estrechamiento, a la salida).

Aunque, tal y como se ha indicado, las pérdidas de carga pueden calcularse bien como una fracción kl del término v2/2g o bien como una longitud equivalente de tubería, lo más habitual es lo primero. Ello es debido a que cuantificar las pérdidas de carga mediante una longitud equivalente de tubería recta es una simple aproximación al problema, ya que las pérdidas que se producirán en realidad han de depender de la velocidad a la que circule el agua. En los manuales clásicos de hidráulica suelen figurar, con el detalle requerido, complejas tablas con los valores de las pérdidas de carga en las piezas especiales y en las válvulas para una gran casuística posible. En la Tabla 74, a título orientativo y de forma muy simplificada, se indican unos valores de los coeficientes kl para el cálculo de las pérdidas de carga en las piezas más habituales, en el caso de que éstas se evalúen como una fracción del término v2/2g (Mayol, 1993). Tabla 74. Pérdidas de carga en piezas especiales y válvulas. Valores medios Elemento Ensanchamiento gradual

Codos circulares

Coeficiente kl α

5°

10°

20°

30°

40°

90°

kl

0,16

0,40

0,85

1,15 1,15

1,00

R/DN

0,1

k90º

0,3

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,09 0,11 0,20 0,31 0,47 0,69 1,00 1,14

kl =k90° x α/90°

211

Tabla 74 (Cont.). Pérdidas de carga en piezas especiales y válvulas. Valores medios Elemento

Codos segmentados

Disminución de sección

Otras

Válvulas de compuerta

Coeficiente kl α

20°

40°

60°

80°

90°

kl

0,05

0,20

0,50

0,90

1,15

S2/S1

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

kl

0,5

0,43

0,32

0,25

0,14

Entrada a depósito Salida de depósito x/D

kl

Válvulas de mariposa

kl =1,0 kl =0,5

1/8 2/8

3/8

4/8

5/8

6/8 7/8

97

5,5

2,1

0,8

0,3 0,07 0,02

17

8/8

α

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

kl

0,5

1,5

3,5

10

30

100

500

4.1.3 Sobrepresiones debidas al golpe de ariete Al objeto de determinar la MDP, el cálculo de las presiones que puedan actuar sobre la tubería debe incluir la determinación del golpe de ariete (sobrepresiones y depresiones). Se entiende por golpe de ariete a las variaciones de presión que se generan dentro de una tubería debido a los fenómenos transitorios derivados de cambios de régimen de circulación, tales como cierre o apertura de válvulas, paradas o arranque de bombas, etc.

212

Si para resistir dicho golpe de ariete se dispone de una chimenea de equilibrio o de un calderín, se genera un fenómeno que se denomina de oscilación en masa, mientras que, caso contrario (ausencia de chimenea de equilibrio o calderín), el fenómeno que se crea se conoce como de oscilación dinámica. La “oscilación en masa” se presenta, por tanto, cuando existen, en al menos uno de los extremos de la tubería, unos depósitos o embalses que almacenan agua y que pueden completar su llenado cuando se obliga a cortar bruscamente la circulación de agua, o que, caso contrario, cuando existe una mayor demanda de agua, proporcionan el caudal necesario suministrando parte del caudal requerido gracias al volumen almacenado. Por ejemplo, el caso típico de lo anterior es el de una chimenea de equilibrio intercalada en una conducción que esté alimentada por un embalse. Las alteraciones del caudal provocan una oscilación en la masa del agua del interior de la tubería que hace que dicha masa se desplace unas veces en dirección a un extremo y otras veces al contrario. Las presiones máxima y mínima se determinan en función de los niveles máximo y mínimo alcanzados en la chimenea de equilibrio. Su cálculo se hace con la metodología explicada en los textos clásicos de hidráulica, mediante la aplicación del teorema de la cantidad de movimiento y de conservación de la cantidad total de agua, aplicados en intervalos sucesivos mediante un cálculo de diferencias finitas. Cuando no existe un depósito capaz de almacenar o ceder agua (como una chimenea de equilibrio o un calderín de aire a presión parcialmente lleno de líquido), si se disminuye bruscamente el caudal circulante en la tubería (por el cierre brusco de una válvula, por ejemplo), el agua no tiene donde meterse, por lo que aumenta su presión de tal forma que dilata el diámetro de la tubería y se forma un almacenamiento de agua producido por esa dilatación de la tubería y por la compresión del agua. Como el material de la tubería siempre tiene una cierta elasticidad, se deforma de nuevo cediendo el agua almacenada en la dilatación e incluso más, por efecto de la inercia, con lo que se forma un movimiento alternativo del agua en una y otra dirección, al mismo tiempo que hay unas ondas de sobrepresión y de depresión que también se trasladan alternativa y periódicamente en ambas direcciones. De esa manera se obtienen unas presiones máximas y otras mínimas en cada punto de la tubería, creando un movimiento de “oscilación elástica”. El fenómeno puede aparecer no por disminución del caudal circulante, sino por aumento (debido, por ejemplo, a la apertura de una válvula), obteniéndose un fenómeno equivalente, en el que también se alternan las ondas de depresión y altas presiones, pero en orden opuesto. Cuando existe un fenómeno de “oscilación en masa”, existe también otro de “oscilación elástica”, pero los efectos de este último quedan, en general, sin efec-

213

to, ya que los volúmenes almacenables en los depósitos son en general superiores a los derivados de la deformación de la tubería. No obstante, cuando en la tubería hay un calderín de aire intercalado, que, en general, tendrá un volumen no muy grande, debe hacerse el cálculo teniendo en cuenta el conjunto de los efectos del calderín y de la deformabilidad de la tubería.

El fenómeno de la oscilación en masa se calcula obligando a que se cumplan las ecuaciones de conservación de la masa y de la cantidad de movimiento en cada sección de la tubería y para cada instante del fenómeno. Ello puede hacerse con suficiente precisión en un ordenador personal mediante alguno de los programas de cálculo que, al respecto, existen en el mercado. Sin embargo, la oscilación dinámica es el fenómeno que se produce con más frecuencia y su cálculo es más sencillo, de acuerdo a como se indica a continuación. En el caso de una válvula de corte, si la variación de la velocidad del agua en la maniobra de cierre o apertura sigue una ley lineal con respecto al tiempo (conducciones cortas) puede suponerse, simplificadamente, que la variación de sobrepresiones debidas al fenómeno del golpe de ariete siga una ley lineal a lo largo de la tubería, siendo máxima (positiva o negativa) junto a la válvula (o, en general, junto al elemento de cierre) y nula en el otro extremo de la tubería. En ese caso, puede, por ejemplo, utilizarse la fórmula de Michaud (1878) para el cálculo de las sobrepresiones : ∆P = ±

∆P L ν T g a

2Lν gT

2L a

1010 K c =9900 E D 48, 3 + K c m e Kc =

214

T>

sobrepresión debida al golpe de ariete, en m longitud de la tubería, en m 2Lν 2L ∆P =del ± agua, ensim/s T > velocidad de circulación gT a tiempo efectivo de cierre, en s 9900 2 aceleración de la gravedada (g=9,81 m/s ) = D m en m/s celeridad (velocidad de propagación 48,de 3 +lasKondas), c e a =

Dm e E

si

1010 E

diámetro medio de la tubería, en mm espesor de la tubería, en mm módulo de elasticidad del material de la tubería, en kg/m2

El tiempo efectivo de cierre es un valor minorado del tiempo de cierre real con objeto de linealizar la reducción de caudales en función del tiempo. Por otro lado, para un líquido cualquiera en general, la celeridad viene dada por la expresión:

donde Ew y g son el módulo de elasticidad y la densidad, respectivamente, del líquido transportado, y el resto de términos son los mismos que para la expresión anterior. En el caso particular del agua (Ew=21.000 kg/cm2 y γ=1 T/m3), esta expresión genérica se convierte en la antes indicada. No es posible dar unos valores resumidos para los distintos materiales de la celeridad, ya que ésta depende no solo del material de la tubería, sino también de la geometría del tubo (diámetro y espesor). En cualquier caso, para un mismo diámetro, resultan celeridades de onda mucho más pequeñas en el caso de los materiales plásticos que en el resto (habida cuenta de lo menor de su módulo de elasticidad), lo que hace que las sobrepresiones debidas al golpe de ariete sean menores en dichos materiales plásticos. No obstante, cuando se implementen tuberías de materiales plásticos en redes de materiales con un mayor módulo de elasticidad, debe tenerse la precaución de que, en esos casos, el golpe de ariete que se producirá (y el que deberá de resistir por lo tanto la tubería plástica) es el correspondiente a dichos materiales de mayor módulo de elasticidad. En caso de que la conducción tenga una longitud muy grande (conducciones largas), el valor del golpe de ariete de oscilación elástica alcanza su valor máximo no en el extremo de cierre como en el caso anterior, sino en un punto genérico del interior de la tubería. En este caso, el valor máximo de las sobrepresiones debidas al golpe de ariete puede calcularse mediante la fórmula de Allievi (1903; misma simbología que en el caso anterior):

∆P = ±

av g

si

T<

2L a

El valor determinado por la expresión de Allievi es el umbral máximo teórico de la sobrepresión alcanzable en un conducto, el cual queda siempre del lado de la seguridad.

215

Un caso singular de golpe de ariete sería el producido por una instalación de bombeo que actúe directamente sobre la tubería. Si la bomba se para por un corte de corriente, o por el contrario la bomba se conecta bruscamente a la línea eléctrica, se puede producir un golpe de ariete importante. En ocasiones se ha querido asimilar este proceso al antes citado producido por una válvula, para poder calcular el golpe de ariete por la fórmula de Michaud. No es admisible este proceder porque al faltar la corriente eléctrica a una bomba, ésta comienza a pararse por efecto de la presión hidráulica, pero sigue girando por efecto de la inercia del rotor del grupo motobomba. La ley de parada resultante (en la cual influye como es lógico la curva característica de la bomba) es más compleja de linealizar que la correspondiente al caso del cierre producido por una válvula. No hay más remedio que calcular el golpe de ariete generado por medio de un programa de ordenador que tenga en cuenta las leyes básicas del movimiento del agua en todos los puntos de la tubería y lo mismo se puede decir en el caso de conexión brusca de una bomba a una línea eléctrica. No obstante lo anterior, hay desarrolladas metodologías simplificadas para el cálculo aproximado del golpe de ariete en impulsiones (Mendiluce, 1987) e incluso algunos autores (Abreu et al., 1995) han estudiado su aplicabilidad en determinadas circunstancias. Puede haber otros casos en los cuales también sea difícil el cálculo con suficiente exactitud del golpe de ariete. Por ejemplo, si, junto a las ventosas, se deja pasar rápidamente una bolsa de aire, se produce una parada brusca de la columna de agua, con el consiguiente golpe de ariete. Además, debe tenerse en cuenta que si las tuberías están conectadas formando una red, la onda de un posible golpe de ariete se trasmite por las derivaciones, produciendo golpes de ariete adicionales no siempre fáciles de calcular. Sin embargo, en las redes de distribución de agua en poblaciones, este efecto no suele tenerse en cuenta, ya que las numerosas derivaciones, muchas de ellas abiertas en el momento de producirse el fenómeno, amortiguan bastante el golpe de ariete. En cualquier caso, el proyectista de la tubería tiene que tener el suficiente conocimiento de estos fenómenos para saber si puede valorar su importancia sin grandes cálculos, o si, por el contrario, necesita un cálculo detallado.

Es conveniente, en los casos en los que el valor del golpe de ariete sea elevado, disponer elementos que amortigüen el fenómeno, tales como chimeneas de equilibrio, calderines, tanques unidireccionales, válvulas de sobrepresión o alivio, by-pass, ventosas, etc., los cuales, en todo caso, deben ser robustos, de buena calidad y con garantía de funcionamiento en las condiciones de explotación a lo que van a estar sometidos.

216

Ejemplo 24

En este ejemplo quiere mostrarse la circunstancia antes reseñada de cómo en los tubos de materiales plásticos la celeridad de onda (y en consecuencia los efectos del golpe de ariete) son mucho menores que en el resto. Para ello, sobre la base de una tubería supuesta de igual diámetro medio para todos los materiales, y considerados unos espesores normales en cada material, en la tabla adjunta se calculan las celeridades de onda resultantes en cada caso, pudiéndose apreciar como éstas, en los materiales plásticos, son del orden de 2 ó 3 veces menores que en los restantes materiales.

Tabla 75. Celeridades en distintos materiales

Material

E (kg/m2)

Kc

Dm (mm)

e (mm)

a (m/s)

Fundición Acero

17 x 109 21 x 109

0,59 0,48

500 500

9 5

1.100 1.011

Hormigón

3 x 109

3,33

500

40

1.044

PVC-U PE PRFV

8

33,33

500

24

363

108

100,00

500

24

214

2 x 109

5,00

500

7

492

3 x 10

Las chimeneas de equilibrio y los calderines, como ya se ha indicado, transforman el golpe de ariete en un fenómeno de oscilación en masa del agua, en donde la característica más importante a calcular es el volumen del elemento que garantice la absorción de dicha oscilación. Las chimeneas están indicadas para grandes conducciones mientras que los calderines son los elementos más apropiados para el resto de conducciones. Los otros elementos mencionados, tanques unidireccionales, válvulas de sobrepresión o alivio y by-pass son más específicos y es necesario estudiarlos en cada caso, pudiendo utilizar una combinación de los mismos que permita resolver el problema, tanto el de las sobrepresiones como el de las depresiones. Las ventosas son elementos capaces de expulsar o introducir aire en las conducciones y por lo tanto son de aplicación general para la adecuada explotación de cualquier sistema hidráulico, llenado o vaciado de tuberías, eliminación del aire disuelto, etc.(ver apartado 3.9.5). También se puede utilizar para las depresiones del golpe de ariete, pero teniendo especial cuidado en el dimensionado para asegurar el adecuado funcionamiento.

217

4.1.4 Velocidad máxima del agua Otro aspecto a tener presente a efectos del cálculo hidráulico es el relativo a la velocidad máxima admisible para la circulación del agua. La determinación de la velocidad de circulación del agua debe ser el resultado de un ejercicio de optimización económica de la red que minimice los costes totales de la tubería, teniendo en cuenta tanto los costes de la propia instalación como los asociados a las pérdidas de carga. Por ejemplo, es clásico el caso de una impulsión, en la que para bombear un caudal dado, al aumentar la velocidad admisible disminuye el diámetro (menores costes de instalación) pero se incrementan las pérdidas de carga (elevándose, en consecuencia, los costes energéticos), existiendo, por tanto, una velocidad que hace mínima la suma de ambos costes. O parecido ocurre en una red mallada por gravedad, en la que las pérdidas de carga admisibles estén fijadas previamente. En este caso, existen numerosas combinaciones de diámetros en cada tramo (y en consecuencia diferentes velocidades del agua) para lograr dicho objetivo, de manera que solo una será la que corresponderá al coste mínimo de la red. No obstante, además de lo anterior, otro factor limitativo para la fijación de la velocidad máxima de circulación del agua sería que el valor de las sobrepresiones derivadas de los posibles golpes de ariete causados ante la variaciones del flujo no sea excesivo. O, por ejemplo, también podría ser limitativo para la determinación de la velocidad máxima el garantizar que, a causa de ella, no exista riesgo de ataque físico a la tubería.

Esto último es especialmente importante en las tuberías de hormigón o en las de materiales metálicos revestidas con mortero de cemento (fundición o acero). En ellas, habrá que limitar la velocidad a valores tales que no produzcan una erosión excesiva en los materiales de la tubería o del revestimiento, por lo que los valores de dichas velocidades máximas dependerán del carácter agresivo del agua. Habida cuenta de esta circunstancia, por ejemplo, la IET-80, y a falta de estudios concretos, recomienda de manera general no exceder velocidades de 3 m/s en los tubos de hormigón.

Con todo, unos valores habituales para las velocidades máximas en servicio en las tuberías a presión pueden oscilar entre 1,5 y 2,5 m/s. Habitualmente, cuanto mayores sean los diámetros, mayores serán las velocidades admisibles. No obstante lo anterior, en instalaciones singulares, como las tuberías forzadas de las centrales hidroeléctricas, pueden ser admisibles velocidades muy superiores a las anteriores,

218

de hasta 6 ó 7 m/s. O en las válvulas, las velocidades de paso pueden alcanzar los valores indicados en la Tabla 76 (norma UNE-EN 1074:2000).

Tabla 76. Velocidades de paso admisibles en las válvulas (UNE-EN 1074:2000) PN

ν (m/s)

6 10 16 25

2,5 3 4

5

En cualquier caso, en la Fig. 64, se representan las relaciones entre velocidad, diámetro y caudal transportado. 3,0

Velocidad (m/s)

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 0

500 DN 250 DN 1000

1000 DN 400 DN 1200

1500 DN 500 DN 1500

2000 DN 600 DN 2000

2500 DN 800

3000 Caudal (l/s)

Ejemplo 25

Fig. 64. Relaciones entre diámetros, velocidades y caudales

La Fig. 64 no es más que la representación gráfica de las relaciones entre velocidad, diámetro y caudal en una tubería a presión. Por ejemplo, si la velocidad de circulación se fija en 2,0 m/s, la capacidad de transporte de una tubería de 800 ó 1.200 mm de diámetro interior es, respectivamente, 1.000 ó 2.275 l/s. O, también, si fijada la velocidad en 2,0 m/s, se sabe que el caudal a transportar es de 1.000 l/s, el diámetro interior necesario sería 800 mm.

219

De lo expuesto se desprende que la determinación de la velocidad óptima de diseño de una conducción puede resultar un problema complejo. Simplificadamente, algunos autores (Clement-Galand, 1979 ó Granados, 1986) proponen como órdenes de magnitud de la velocidad máxima del agua en una conducción los que se indican en la tabla adjunta. Tabla 77. Velocidades máximas orientativas del agua en el diseño de conducciones ID

V (m/s) (Clement-Galand, 1979)

V (m/s) (Granados, 1986)

100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 >1.000

1,80 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,30 2,50 2,85 2,85 3,10 3,10 3,10 3,10 3,10

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 2 + ID (en m)

O también a modo de ejemplo, en ocasiones se han propuesto algunas expresiones para fijar la velocidad máxima de circulación del agua en función del diámetro de la tubería. Ha sido clásica (si bien poco utilizada en la actualidad), por ejemplo, la expresión de Mougnie, que relaciona la velocidad (m/s) con el ID ( m):

Los resultados obtenidos con la fórmula anterior (claramente conservadores) habría que entenderlos, en cualquier caso, como el resultado de la optimización económica antes mencionada. Si, además, se acepta que la expresión anterior haya sido desarrollada para el caso de tuberías de hormigón, las velocidades máximas admisibles para otros materiales, aplicando el criterio de que se produzca una pérdida de carga similar, vendrían dadas por la expresión siguiente (igualando las pérdidas de carga, calculadas simplificadamente con la fórmula de Manning):

220

Con ello, en la Fig. 65 se representan las velocidades en función del diámetro (y las capacidades hidráulicas asociadas), calculadas mediante la expresión anterior.

Fig. 65. Velocidades admisibles y capacidades de las tuberías en función de los materiales

221

Ejemplo 26

Aplicando la Fig. 65, en una tubería de 1.500 mm de diámetro interior de hormigón la velocidad de circulación del agua no debería ser superior a 1,87 m/s, lo que supone una capacidad de 3,3 m3/s. Esa misma tubería en PVC-U admitiría un caudal de 4,7 m3/s a una velocidad de 2,7 m/s. Si por esa misma tubería de 1.500 mm de diámetro hacemos circular un caudal de 2.000 l/s, la velocidad descendería a 1,20 m/s (Fig. 64). En la Fig 65 puede apreciarse cómo para transportar un determinado caudal, el diámetro necesario para que las pérdidas de carga sean constantes es mayor conforme aumenta la rugosidad del material. Por ejemplo, si se quiere transportar un caudal de 4,80 m3/s, se necesitará una tubería de diámetro 1,5 m si es de PVC o de 1,75 m si fuera de hormigón.

4.2 Cálculo mecánico Para todas las disposiciones de la tubería, y en cada una de sus secciones más desfavorables, debe realizarse el correspondiente cálculo mecánico de la misma, al objeto de dimensionar y comprobar su correcto funcionamiento.

4.2.1 Consideraciones generales 4.2.1.1 Clasificación de los tubos en función de su resistencia mecánica Es muy frecuente la división de los tubos en rígidos y flexibles según sea su comportamiento mecánico ante las solicitaciones a que estén expuestos, si bien no es muy precisa la frontera o división entre unos y otros tipos de tuberías. Incluso en los últimos años está habiendo un cambio en la concepción de los propios términos de rigidez y flexibilidad, de manera que en la actualidad estos conceptos se entienden como relativos a la instalación de la tubería y no exclusivamente al propio tubo como elemento singular. – Los criterios tradicionales de clasificación Tradicionalmente, la condición de rígido o flexible de un tubo se entendía que era una propiedad intrínseca del mismo relacionada con su capacidad para deformarse ante la acción de las cargas externas sin sufrir daños irrecuperables. Así, por ejemplo, AWWA (en Liria, 1995), establecía que un tubo era rígido si no podía soportar sin daños deformaciones de su diámetro de más del 1 por mil; era flexible si podía soportar deformaciones de más del 3 por ciento y semirígido si se encontraba en una situación intermedia.

222

O en la misma línea, Howard (en Instituto Agustín de Bethencourt, 1981 o en Jiménez Salas, 1980), por su parte, determinaba un criterio de clasificación según fuera la rigidez circunferencial del tubo del tubo Sc. E  e  Sc =   12  D m 

3

E módulo de elasticidad del material de la tubería e espesor del tubo Dm diámetro medio de la tubería Así los tubos se clasificarían de la siguiente forma: tubos flexibles Sc < 10 T/m2 10 < Sc < 20 T/m2 tubos semirígidos Sc > 20 T/m2 tubos rígidos Es fácil desprender de las definiciones anteriores que el comportamiento de un tubo puede variar con el diámetro y el espesor. Por ejemplo, es frecuente que ocurra que un comportamiento flexible para diámetros grandes y espesores reducidos se torne en rígido para diámetros pequeños y elevados espesores. Con lo anterior, en la mayoría de los casos, resultaban como tubos rígidos los de hormigón, como semirrígidos los de fundición y como flexibles los de acero y plásticos. – Los nuevos enfoques en materia de clasificación de tuberías A diferencia de los criterios anteriores, en los que la rigidez o flexibilidad era considerada como una característica exclusiva del tubo en sí mismo, hoy en día, la tendencia más aceptada es a entender la condición de rígido o flexible no como una propiedad del tubo analizado de forma individual, sino del conjunto que forman el propio tubo como tal, junto a las características del terreno que lo rodea, las condiciones de la instalación, etc, de manera que, la posibilidad de que un tubo en unas condiciones determinadas fuera una estructura flexible y en otras rígida ya no dependería solo de la geometría, como en el caso anterior, sino ahora también del tipo de relleno que lo rodee, de la compactación alcanzada, etc. Así las cosas, los tubos flexibles son aquellos que admiten ciertas deformaciones por la acción de las cargas verticales, produciéndose un efecto de ovalización que, al aumentar el diámetro horizontal, hace que entren en juego los empujes pasivos del terreno, aumentado de forma considerable su resistencia. Estos tubos quedarían fuera de servicio (las tensiones en la pared superarían las admisibles) si se alcanzasen deformaciones circunferenciales muy elevadas, superiores al 20% del diámetro ó mas. Sin embargo, en la práctica, se dimensionan para que la citada deformación causada por la acción exclusiva de las cargas externas, no supere un valor del orden del 3% ó el 6% del diámetro, no alcanzándose para entonces el agotamiento de su capacidad resistente.

223

La limitación de la deformación circunferencial en estos tubos flexibles a valores del orden del 3 ó el 6 % tiene su origen, pues, en motivaciones más funcionales que resistentes, esto es, evitar que las uniones se desenchufen por una deformación de las mismas excesiva, garantizar que los revestimientos de las tuberías (de haberlos) no se deterioren o se despeguen de la pared del tubo, etc, ya que el estado tensional en la pared del tubo causado por las acciones ovalizantes que producen dichas deformaciones está lejos de alcanzar su valor admisible. El criterio anterior fue propuesto por primera vez en Estados Unidos en el año 1926 por la “American Railway Engineering Association”, la que, tras inspeccionar un gran número de tuberías instaladas, llegó a la conclusión de que los tubos se rompían con una deflexión media del 20% de su diámetro, aunque recomendaron no sobrepasar un 5 ó un 6%. Simplificadamente, por tanto, el dimensionamiento mecánico de un tubo flexible ante la sola acción de las cargas externas consiste en comprobar que la deformación vertical del diámetro causada por tales acciones es inferior a un valor del orden del 3 ó el 6%, teniendo en cuenta el empuje pasivo del terreno. Para garantizar que realmente el comportamiento de estos tubos sea “flexible” en los términos indicados, es fundamental que el grado de compactación de los rellenos de las zanjas y de la cama de apoyo sea el adecuado, ya que el elemento resistente no es solo el tubo, sino más bien el binomio tubo-terrreno.

En el extremo opuesto estarían los tubos rígidos, en los que la deformación por la acción de las cargas ovalizantes es tan pequeña que no se benefician del posible empuje pasivo del terreno, sino que absorbe todas las solicitaciones el propio tubo. En este caso, el tubo queda fuera de servicio cuando el estado tensional en la pared excede el valor admisible.

Al contrario que en el caso anterior, en los tubos rígidos el elemento resistente es solo el tubo, no el binomio tubo-terreno, por lo que, en ellos, las condiciones de instalación son menos exigentes en lo relativo a tipos de apoyo o grados de compactación de los rellenos. Simplificadamente, por tanto, el dimensionamiento de un tubo rígido ante la acción de las cargas externas consiste en calcular los momentos flectores y axiles derivados de tales acciones en la pared del tubo y verificar que el estado tensional ocasionado por tales esfuerzos es inferior al admisible. La condición determinante en el dimensionamiento de estos tubos no es por tanto, la fijación de una deformación máxima, sino la superación de su estado tensional último.

224

Los estudios al respecto de los últimos años concluyen que, efectivamente, la división entre tubos flexibles y rígidos sería excesivamente simple, ya que habría un estadio intermedio, que serían los tubos semirígidos o semiflexibles, los cuales admiten cierta deformación ante las cargas externas, la cual es suficiente para poder hacer variar el empuje de las tierras (comportamiento flexible). En ellos puede ocurrir tanto que la deformación alcanzada para el estado tensional último sea muy pequeña (menor, por ejemplo del 2 ó del 3%: comportamiento rígido) como que sea muy grande (más de, por ejemplo, el 10%, de modo que se dimensionen limitando la deformación radial admisible a un valor del orden del 3 ó el 5% del diámetro: comportamiento flexible). Por tanto, en el dimensionamiento de estos tubos hay que comprobar que en cada instalación ni las deformaciones ni las tensiones superan los valores admisibles (en los tubos flexibles puros bastaba con comprobar únicamente lo primero, y en los absolutamente rígidos lo segundo). Los criterios anteriores son, sensiblemente, los recogidos en la norma UNE-EN 805:2000, la cual clasifica los tubos de la siguiente manera: – Tubos rígidos: “aquellos cuya capacidad de carga está limitada por la rotura, sin que previamente aparezcan deformaciones significativas en su sección transversal”. -

Tubos flexibles: “los que su capacidad de carga está limitada por la deformación admisible”.

-

Tubos semirígidos: “aquellos cuya capacidad de carga puede estar limitada bien por la rotura o bien por la deformación transversal”.

Otra forma de entender la rigidez o flexibilidad de un tubo sería tal como lo aborda el proyecto de norma europea prEN 1295-3:2001. Dicho documento introduce un criterio de clasificación a partir del parámetro que denomina rigidez relativa, Sr: Sr =

Sr E´ υs Sc

E'

(

8S c 1 – υ2s

)

rigidez relativa módulo de elasticidad o de reacción del relleno de la zanja módulo de Poisson del suelo, para el que generalmente se utiliza el valor 0,3 rigidez circunferencial de la tubería

Se considera que la tubería se comporta como rígida cuando Sr≤9 y como flexible cuando Sr>9. Sin embargo, aquellos casos en los que la rigidez relativa está comprendida entre 9 y 24 se suelen denominar tuberías semirrígidas o tuberías semiflexibles caracterizadas porque su deformada mantiene una forma elíptica. A la luz de todo lo anterior, debe decirse, en primer lugar, que no ha lugar a establecer clasificaciones absolutas de los tubos por rígidos, flexibles o semirrígidos, ya que dicha

225

condición no depende solo del propio tubo como tal sino además de las condiciones de la instalación (en rigor, habría que distinguir entre un tubo rígido o flexible y un comportamiento rígido o flexible). En cualquier caso, sí puede decirse que, en general, los tubos de acero y los de PRFV se comportan siempre de manera flexible, que los de hormigón lo hacen de forma rígida y que del resto (termoplásticos y fundición) nada puede decirse a priori, puesto que su comportamiento variará de rígido a flexible según diámetros y condiciones de instalación (en rigor, comportamiento semirígido).

Como se ha indicado al comienzo de este apartado, la división de los tubos en rígidos, flexibles o semirígidos no es, en absoluto, clara. En particular, puede llamar la atención del lector la consideración en teoría de los tubos de materiales termoplásticos como semirígidos, si bien dicha conclusión no es más que la aplicación rigurosa, estricta, de las definiciones de tubos rígidos, flexibles o semirígidos de la norma UNE-EN 805:2000. Tradicionalmente, a los tubos de PVC-U y PE se les ha considerado del tipo “flexible”, pero lo cierto es que, de la aplicación de la norma UNE 53331:1997 IN para el dimensionamiento de estos tubos (basada en el método ATV), se concluye que, ante la acción exclusiva de las cargas externas (y solo para el caso de diámetros pequeños y elevados espesores, así como en determinadas condiciones de instalación), para deformaciones muy pequeñas (1 ó 2% del diámetro), podría haberse alcanzado el estado tensional admisible, por lo que pasarían a tener la consideración de “semirrígidos”, conforme lo explicado antes (quedarían fuera de servicio al superar su estado tensional y no por limitación de las deformaciones). No menos verdad es que, tal como se muestra en el Ejemplo 27 y en los respectivos apartados de este capítulo, el comportamiento de estos tubos es, en general, casi siempre, flexible (especialmente el PE, que solo en muy pocas situaciones alcanza el estado tensional último para deformaciones pequeñas), de manera que solo tendrían un comportamiento rígido en determinadas situaciones de diámetros, espesores y condiciones de instalación. Y desde luego la materia prima que compone estos tubos es claramente flexible, deformable, maleable. Por tanto, si bien en teoría los tubos de PVC-U y PE podrían clasificarse como semirígidos, lo cierto es que en la práctica habitual casi siempre tienen un comportamiento flexible. En cualquier caso, todo ello es, por tanto, una cuestión puramente terminológica. No tiene mayor importancia clasificar a los tubos de materiales termoplásticos como flexibles o como semirígidos, pero no debe olvidarse que en determinadas condiciones estos tubos pueden quedar fuera de servicio por superar el estado tensional último y no por una limitación de las deformaciones, especialmente en los tubos de PVC-U (circunstancia ésta que no ocurre en los tubos puramente flexibles).

226

Ejemplo 27

Aunque se ha indicado que, en principio, salvo los tubos de hormigón (claramente rígidos) y los de acero y los de PRFV (absolutamente flexibles), el comportamiento de los demás materiales puede variar en función de la geometría o de las condiciones de instalación, lo cierto es que podría decirse que son mucho “más flexibles” los tubos de PE o los de PVC-U que los de fundición. Ello puede verse en la figura adjunta, en la que se han representado los resultados de la aplicación del anterior criterio de rigidez recogido en el proyecto de norma prEN 1295-3:2001 (los valores numéricos de cada tabla corresponden a la rigidez relativa Sr derivada de las combinaciones de diversos módulos de elasticidad del suelo, E´ y rigideces circunferenciales de la tubería, Sc). En dicha figura pueden verse, por tanto, las combinaciones de terrenos y geometrías de tuberías que darían lugar a situaciones de comportamiento rígido, flexible o semirrígido. Los tubos de fundición, por ejemplo, son una clara muestra de tubos semirígidos, ya que su comportamiento varía apreciablemente de flexible a rígido según diámetros y tipos de instalación. Por el contrario. los tubos de materiales termoplásticos, aunque también susceptibles de variar de flexibles a rígidos, tienen un comportamiento bastante más flexible (especialmente el PE).

E’ suelo N/mm2

Tubos de PVC-U 2

Rigidez anular del tubo, Sc (N/mm ) 0,001 0,008 0,016 0,032 0,061 0,125 0,25

E’ suelo N/mm2

Tubos de PE Rigidez anular del tubo, Sc (N/mm2) 0,003 0,002 0,005 0,010 0,020 0,041 0,083

0,6

82

10

5

3

1

1

0

0,6

247

31

15

8

4

2

1

1

137

17

9

4

2

1

1

1

412

52

26

13

7

3

2

5

687

86

43

21

11

5

3

5

2.060

258

129

64

34

16

8

10 1.374 172

86

43

23

11

5

10

4.121

515

258

129

68

33

16

15 2.060 258

129

64

34

16

8

15

6.181

773

386

193 101

49

25

20 2.747 343

172

86

45

22

11

20

8.242 1.030

515

258 135

66

33

25 3.434 429

215

107

56

27

14

25 10.302 1.288

644

322 169

82

41

30 4.121 515

258

129

68

33

16

30 12.363 1.545

773

386 203

99

49

35 4.808 601

300

150

79

38

19

35 14.423 1.803

901

451 236

115

58

Fig. 66 Comportamiento flexible o rígido en los tubos de fundición y en los termoplásticos

227

Ejemplo 27 (Cont.)

E’ suelo N/mm2

Comportamiento flexible

Tubos de fundición Rigidez anular del tubo, Sc (N/mm2) 5

10

0,6

0,016 0,03 5

3

0,1 1

1 0

0

0

14 0

1

9

5

1

0

0

0

0

5

43

23

7

1

0

0

0

10

86

46

14

1

0

0

0

15

129

69

21

2

0

0

0

20

172

92

27

3

1

0

0

25

215 114

34

3

1

0

0

30

258 137

41

4

1

0

0

35

300 160

48

5

1

0

0

Comportamiento semirígido

Comportamiento rígido

Fig. 66 (Cont.). Comportamiento flexible o rígido en los tubos de fundición y en los termoplásticos

En la figura se han representado los rangos habituales de la rigidez circunferencial Sc en cada material, por lo que las escalas no resultan armonizadas.

4.2.1.2 Acciones A los efectos de este documento, se entiende por acción a toda causa capaz de originar una solicitación o efecto en la tubería (Rodríguez Borlado et al., 2002). Las principales acciones que, en general, deben considerarse en el cálculo mecánico de la tubería son las siguientes: a) Acciones gravitatorias. Son tanto las producidas por los elementos constructivos de la tubería como las que puedan actuar por razón de su uso. a.1)

Peso propio. Es la carga debida al peso de la tubería

a.2)

Cargas permanentes o cargas muertas. Son las debidas a los pesos de los elementos constructivos o instalaciones fijas que tenga que soportar la tubería

a.3)

Sobrecargas de uso. Son las derivadas del uso de la tubería y cuya magnitud y/o posición puede ser variable en el tiempo. Son, básicamente, las siguientes: a.3.1) Carga debida al peso del agua en el interior de la tubería a.3.2) Presión interna actuante, incluyendo el golpe de ariete

228

En ocasiones (norma NBE AE 88, por ejemplo) a la suma del peso propio y de las cargas permanentes se la denomina “concarga”, entendiendo por ella a la carga cuya magnitud y posición es constante a lo largo del tiempo. De esta manera, las acciones gravitatorias se dividirían en “concargas” y ”sobrecargas”.

b) Acciones del terreno. Son las producidas tanto por el empuje activo como por el empuje pasivo del terreno. En su determinación deben tenerse en cuenta las condiciones de instalación de la tubería, así como que ésta sea rígida o flexible, el tipo de apoyo, el tipo de relleno, la naturaleza del terreno, etc. c) Acciones del tráfico. Son las producidas por la acción de los vehículos que puedan transitar sobre la tubería.

Estas acciones derivadas del tráfico son, por su propia naturaleza, unas sobrecargas puntuales que, además, tendrían la consideración de “acciones dinámicas”, las cuales actúan con un cierto impacto. Por ello, al determinar su valor hay que multiplicar la propia sobrecarga por un “coeficiente de impacto” que tenga en cuenta esta circunstancia. Otras acciones del tráfico serían, por ejemplo, las acciones causadas por máquinas compactadoras que produzcan vibraciones, en cuyo cálculo habría que tener en cuenta también la influencia de dichas vibraciones. Las acciones más determinantes en el dimensionamiento de tuberías enterradas suelen ser la presión interna (a.3.2), así como las acciones del terreno (b) y las del tráfico (c). Por ello, y a los efectos de este documento, para referirse a ellas se han empleado los términos “acciones internas” (para la presión interior), y “acciones externas” (para las acciones tanto del terreno como del tráfico).

d) Acciones climáticas. Son las derivadas de los fenómenos climatológicos. d.1)

Acciones del viento. Son las producidas por las presiones y succiones que el viento origina sobre la superficie de la tubería

d.2)

Acciones térmicas. Son las producidas por las deformaciones debidas a los cambios de temperatura.

d.3)

Acciones de la nieve. Son las originadas por el peso de la nieve que, en las condiciones climatológicas más desfavorables, podría acumularse sobre la tubería

e) Acciones debidas al nivel freático. Es el empuje hidrostático generado por el agua subterránea.

229

f) Acciones reológicas. Son las producidas por las deformaciones que experimentan los materiales en el tiempo por retracción, fluencia bajo las cargas u otras causas.

Salvo en las tuberías de hormigón armado y, sobre todo en las de hormigón pretensado, en las que sí que pueden tener cierta importancia estas acciones, en el resto de las tuberías contempladas en este documento, este fenómeno, en general, es despreciable. g) Acciones sísmicas. Son las producidas por las aceleraciones de las sacudidas sísmicas. En cualquier caso, además de las acciones anteriores, deberán tenerse en cuenta en el dimensionamiento mecánico de la tubería aquellas acciones específicas que puedan producirse durante la instalación de la tubería. Por último, en rigor, deberían también tenerse en cuenta en el cálculo mecánico las acciones derivadas de futuros desequilibrios que puedan producirse en las instalaciones.

La terminología empleada para la definición de las acciones anteriores es, en parte, la que figura en la norma NBE-AE-88 “Acciones en la edificación” del Ministerio de Fomento. No obstante, las acciones que solicitan una estructura admiten ser clasificadas de formas diferentes. A este respecto, por ejemplo, la EHE (artículo 9) distingue entre: a) Clasificación de las acciones por su naturaleza – Acciones directas. Las que se aplican directamente sobre la estructura (el peso propio, las sobrecargas de uso, etc.) – Acciones indirectas. Son aquellas deformaciones o aceleraciones impuestas capaces de dar lugar, de un modo indirecto, a fuerzas (efectos térmicos, sísmicos, etc.) b) Clasificación de las acciones por su variación en el tiempo – Acciones permanentes. Las que actúan en todo momento, y son constantes en magnitud y posición (son, sobre todo, el peso propio y las cargas muertas) – Acciones permanentes de valor no constante. Son las que actúan en todo momento, pero su magnitud no es constante. Un caso típico serían las acciones cuya variación es función del tiempo transcurrido (por ejemplo, la acción del pretensado) – Acciones variables. Son las que pueden actuar o no sobre la estructura (sobrecargas de uso, acciones climáticas, acciones debidas al proceso constructivo, etc.)

230

c) Clasificación de las acciones por su variación en el espacio. – Acciones fijas. Las que se aplican siempre en la misma posición (casi todas en el caso de las tuberías) – Acciones libres. Aquellas cuya posición de aplicación puede ser variable en la estructura (las menos en el caso de las tuberías; el viento, por ejemplo) Un ejemplo de acción específica durante la instalación que debe ser tenida en cuenta de forma expresa, sería, a título orientativo, en los tubos hincados, el importante esfuerzo de compresión que se ejerce sobre el tubo durante la puesta en obra, el cual debe ser considerado en su dimensionamiento. En relación con los desequilibrios futuros que puedan presentarse en las instalaciones son destacables, por ejemplo, los asentamientos del terreno que se produzcan por apertura de zanjas paralelas para otros servicios que anulen toda posibilidad de reacción lateral del terreno En el ámbito de las tuberías, salvo en las de hormigón armado o pretensado, las acciones no suelen mayorarse a efectos del cálculo mecánico. No obstante, y a criterio del proyectista, el valor de cálculo de las acciones sí podría mayorarse por un coeficiente de seguridad que tuviera en cuenta posibles imprevistos no considerados en el cálculo. En el ámbito genérico de las estructuras, éstas suelen dimensionarse, en general, de manera que, por un lado, se mayoren las acciones esperadas y, por otro, se minore la resistencia de los materiales constitutivos de la estructura. Este es en particular, por ejemplo, el espíritu de la EHE para el cálculo de las estructuras y elementos de hormigón, la cual distingue para las acciones entre “valores característicos”, “valores representativos” y “valores de cálculo” según los coeficientes que se apliquen. O, también de modo similar, la norma NBE-EA 95 del Ministerio de Fomento “Estructuras de acero en edificación” distingue entre “acciones características” y “acciones ponderadas”, resultantes éstas últimas de mayorar las anteriores por un coeficiente de seguridad. Sin embargo, en el ámbito particular de las tuberías, las acciones no suelen mayorarse a los efectos del cálculo mecánico de los tubos. Son varios los motivos que justifican dicho proceder. En primer lugar, por que las acciones esperadas durante la vida útil de una tubería son más previsibles que las que van a solicitar a una estructura genérica. Pero es que además, el coeficiente de minoración adoptado para la resistencia de los materiales de la tubería suele ser muy elevado (en torno a 2, ver Fig. 54), mayor que el considerado en las estructuras en general, y como en el fondo, los dos coeficientes de seguridad usualmente con-

231

siderados (el de mayoración de las acciones y el de minoracion de las resistencias) podrían englobarse en uno único, en las tuberías, ese elevado coeficiente de minoración cumpliría esa función de coeficiente único, garantizando una seguridad suficiente ante los imprevistos (ver los comentarios al apartado 3.10.3, donde ya se explicaron los criterios genéricos para la fijación de los coeficientes de seguridad). Sólo en el ámbito de las tuberías de hormigón, la IET-80, claramente influida por el procedimiento de cálculo genérico de las estructuras de hormigón, sí prevé mayorar las acciones y minorar las resistencias de los materiales (eso sí, con unos coeficientes reductores menores que los empleados en el resto de materiales).

4.2.1.3 La hipótesis pésima de carga Se entiende por “hipótesis pésima de carga” en una sección de una tubería a la combinación de acciones de cálculo que produzca la máxima solicitación o deformación en esa sección.

La “hipótesis pésima de carga” es, en general, la combinación de acciones que deja fuera de servicio una estructura desde el punto de vista estructural. La IET-80 (artículo 3) la define, para una sección de la tubería, como la “combinación de acciones que, durante el servicio de la tubería, produce la máxima solicitación en esa sección, habida cuenta del tipo de apoyo”. Por “combinación de acciones”, la EHE (artículo 13) entiende el “conjunto de acciones compatibles que se considerarán actuando simultáneamente para una comprobación determinada. Cada combinación, en general, estará formada por las acciones permanentes, una acción variable determinante y una o varias acciones variables concomitantes. Cualquiera de las acciones variables puede ser determinante”.

En las instalaciones aéreas, para todas las tipologías de materiales, la hipótesis pésima de carga suele corresponder bien al estado tensional en la pared del tubo derivado de la sola acción de la presión interior, o bien a la flexión longitudinal producida por las acciones gravitatorias, si bien, en ocasiones, tal como se detalla en los apartados siguientes, puede haber alguna otra situación también condicionante, como el pandeo causado por posibles presiones internas negativas (acero y plásticos), las posibles tracciones longitudinales o las tensiones en los apoyos, etc. En las instalaciones enterradas, si bien en el proyecto de la tubería deben considerarse todas las acciones indicadas en el anterior apartado 4.2.1.2, habitualmente, las más determinantes son la presión interior actuante (a.3.2), las acciones del terreno (b) y las del tráfico (c), de manera que la hipótesis pésima de carga suele producirse por la combinación de las acciones que se indican a continuación (las cuáles figuran resumidas en la Tabla 78), según tipologías de tuberías.

232

– Tubos de acero – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas. – Pandeo o colapso producido por la acción de las acciones externas y de la presión interna negativa. – Tubos de hormigón – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas. – Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna. – Tubos de materiales termoplásticos (PVC y PE) – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas. – Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna. – Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas. – Deformación causada por la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna. – Pandeo o colapso producido por la acción de las acciones externas y de la presión interna negativa. – Tubos de PRFV – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas. – Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna. – Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas. – Pandeo o colapso producido por la acción de las acciones externas y de la presión interna negativa. – Tubos de fundición Tubos de diámetro grande (comportamiento flexible): – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas . Tubos de diámetro pequeño (comportamiento rígido): – Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna. – Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas.

233

Los tubos de fundición son un claro ejemplo de tubos con comportamiento semirígido, cuyo comportamiento varía de flexible a rígido según el tamaño del diámetro (ver apartado 4.2.1.1). No obstante lo anterior, en los tubos de fundición de pequeño diámetro, la comprobación de que el estado tensional causado por la acción de las acciones externas no supera el admisible, puede sustituirse por la comprobación de que las deformaciones causadas por dichas cargas externas no excedan los valores indicados en la Tabla 82 (UNE-EN 545:1995) ya que en esos valores (bastante pequeños) va implícito que las tensiones en la pared sean admisibles. Por tanto, en los tubos de fundición basta con comprobar, en cualquier caso, el estado tensional producido por la sola acción de la presión interna o las deformaciones causadas en la hipótesis de actuación única de las acciones externas. Tabla 78. Hipótesis pésima de carga habituales en los diferentes tipos de tubos en instalaciones enterradas Hipótesis pésima de carga

Sólo acciones internas Tipo de tubo

Socilitación condicionante

Estado tensional Acero

Deformaciones Pandeo o colapsado

Hormigón

Estado tensional

Fundición

Estado tensional Deformaciones Estado tensional

PVC-U y PE

Deformaciones Pandeo o colapsado Estado tensional

PRFV

Deformaciones Pandeo o colapsado

234

Sólo acciones externas

Carga combinada (acciones internas y externas)

P W = 1− Pr Wr

P W = 3 1− Pr Wr

En resumen, las comprobaciones que hay que hacer en las tuberías enterradas son las siguientes: a) Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna (color azul en la Tabla 78) En cualquier tipología de tubería debe comprobarse que, al actuar únicamente la presión hidráulica interior, el estado tensional producido en la pared del tubo no excede el admisible. b) Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna (color morado en la Tabla 78) En los tubos de hormigón y en los de materiales plásticos (PVC-U, PE y PRFV) debe comprobarse que la actuación conjunta de la presión interior y de las acciones externas produce un estado tensional inferior al admisible. En estos tubos, determinadas combinaciones de presiones interiores (P) y momentos flectores debidos a las cargas externas (W) agotan la tubería. Los primeros estudios que profundizaron en lo anterior se realizaron para los tubos de fibrocemento, para los que, tradicionalmente, se representaban dichas combinaciones mediante la conocida como parábola de Schlick (Hüneberg, 1971), de forma que la curva que representa estados de agotamiento de la tubería venía representada por la ecuación (ver Fig 67):

W Wr P Pr

momento flector de aplastamiento momento flector de rotura al aplastamiento presión interna presión interna de rotura

En los tubos de hormigón pretensado, dicha curva viene representada por una ecuación similar (ver Fig 67), en concreto (Moser, 1990):

En los tubos de materiales plásticos, la curva que representa los valores de W y P que agotan la tubería es algo diferente (Liria, 1995), del estilo de la mostrada en la Fig 67. En ella puede verse que la presión máxima soportable es superior a la presión aislada de rotura, ya que la presión interior anula parte

235

de las flexiones producidas por las acciones externas, disminuyendo las ovalizaciones, de forma que la combinación de solicitaciones es mejor para el estado tensional. Esta comprobación del estado tensional derivado de la acción de las cargas combinadas no suele realizarse ni en los tubos de fundición ni en los de acero. Algunos especialistas (Pont a Mousson, 1986) han estudiado en profundidad esta hipótesis de carga en los tubos de fundición, concluyendo que, efectivamente, no es una situación condicionante. 1,4 1,2 1,0

P/Pr

0,8 0,6 0,4

Fibrocemento Hormigón

0,2

Plásticos 0,0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

W/Wr

Fig. 67. Curvas de rotura por la acción conjunta de la presión interior y las cargas externas

c) Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas (color verde en la Tabla 78) En los tubos de hormigón y en los de materiales plásticos debe comprobarse que, por la sola acción de las cargas externas, no se alcanza el estado tensional último. d) Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas (color rojo en la Tabla 78) En todas las tipologías de tuberías, excepto en las de hormigón, debe comprobarse que la deformación causada por la sola acción de las cargas externas no excede un valor del orden del 3 ó el 6% del diámetro del tubo, según materiales y diámetros. e) Deformación causada por la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna (color rosa en la Tabla 78) En los tubos de materiales termoplásticos (PVC-U y PE) debe comprobarse que la deformación causada por la acción conjunta de ambas acciones no excede el 5% del diámetro del tubo.

236

f) Pandeo o colpasado producido por la acción de las acciones externas y de la posible presión interna negativa (color naranja en la Tabla 78). En los tubos de acero y en los de materiales plásticos (PVC-U, PE y PRFV) debe comprobarse que no se produce la rotura por pandeo por la acción exclusiva de las acciones exteriores, o en combinación con la posible presión interna negativa. El pandeo transversal o colapsado puede producirse de manera diferente en las tuberías aéreas que en las enterradas. En las primeras (tuberías aéreas), cuando la presión interior sea menor que la atmosférica, la presión exterior es mayor que la interior, apareciendo una presión diferencial hacia el eje del tubo que puede provocar un fenómeno de inestabilidad en la sección. En las tuberías enterradas, sin embargo, el pandeo o colapsado se produce axialmente por una fuerza de compresión excesiva. La presión admisible por pandeo es menor en el primer caso (tubos aéreos) que en el segundo (tubos enterrados), ya que el relleno de la zanja contribuye a mitigar el posible efecto de la abolladura. Naturalmente, cuanto mejor compactado esté dicho relleno de la zanja, mayor será la carga crítica de pandeo.

4.2.1.4 Métodos de cálculo para la determinación de las acciones en tuberías enterradas Para la determinación de las acciones pueden utilizarse distintos métodos de cálculo, si bien para las acciones más determinantes (terreno y tráfico) en España en el caso más habitual de las tuberías enterradas, los más frecuentes son los siguientes (ver resumen en la Tabla 79): – Acciones del terreno Estas acciones, en las tuberías enterradas, se han venido calculando tradicionalmente en España mediante las teorías de Marston, desarrolladas en la Universidad de Iowa, Estados Unidos, entre los años 1910 y 1920. Las teorías de Marston son sobre todo de aplicación para los tubos rígidos (hormigón), en los cuales se aplica un coeficiente reductor a la carga obtenida. En los tubos de acero, por el origen norteamericano de la mayoría de la normativa existente al respecto, es también práctica habitual utilizar la teoría de Marston para el cálculo de las acciones del terreno, si bien en este caso no se suele emplear ningún coeficiente reductor, lo que supone una seguridad adicional. Y en los tubos de fundición y de PRFV, es también práctica habitual seguir este proceder. Por otro lado, en los años 80, se ha desarrollado en Alemania el conocido como método ATV de aplicación para el dimensionamiento mecánico de tuberías de cualquier tipo de material, pero especialmente para las tuberías flexibles o semirígidas

237

(norma ATV 127:2000). En España es el método que se emplea habitualmente para el cálculo de las acciones del terreno en los tubos de PVC-U y en los de PE, y, en ocasiones, también en los de PRFV. Por último, existe otra posibilidad diferente, desarrollada en Francia en los años 90, que es el conocido como método del Fascículo 70 (F-70:2001), de aplicación también, en principio, para el dimensionamiento mecánico de tuberías de cualquier tipo de material, si bien en España se utiliza sólo en ocasiones para los tubos de fundición.

Tres son, por tanto, los posibles métodos para el cálculo de las acciones del terreno en una tubería enterrada: el de Marston, el de la norma ATV 127:2000 o el del F-70:2001. a) El método de Marston La teoría clásica de Marston para el cálculo de las acciones producidas en una tubería instalada en zanja por el peso de las tierras fue originariamente concebida para los tubos rígidos (en concreto para los de hormigón), en los cuales las deformaciones ante la acción de las cargas externas son despreciables. Simplificadamente, dicha teoría consiste en suponer que la carga vertical debida al peso de las tierras (We) es el peso del prisma de relleno situado justo por encima de la tubería, menos la resistencia a cortante a lo largo de los lados verticales de dicho prisma. Dicha disminución debida al efecto axil hace que se emplee un coeficiente reductor que minore el peso teórico del prisma de relleno situado sobre el tubo.

We Cz γr H b

carga vertical debida al peso de las tierras (kN/m) coeficiente reductor densidad del relleno (kN/m3) altura de tierras sobre la clave del tubo (m) ancho de la zanja en la clave del tubo (m)

El coeficiente Cz depende del tipo de instalación (en zanja, en terraplén, en zanja terraplenada), de la profundidad de enterramiento, del diámetro del tubo y de las características del relleno. En el caso genérico de zanja estrecha, su valor viene dado por la expresión:

238

C1

parámetro que depende de la naturaleza geotécnica del relleno (varía desde 0,192 si se trata de rocas machacadas a 0,11 si son arcillas plásticas).

Las fórmulas anteriores están deducidas en la hipótesis de que, al ser más rígida la tubería que los rellenos laterales, éstos ceden y la tubería tiene que soportar las cargas que actúan sobre todo el ancho de la zanja. Los empujes laterales, en teoría, se calculan de la siguiente manera, si bien en la práctica no se suelen tener en cuenta (Liria, 1995 ó IET-80):

empuje horizontal en cada punto del tubo definido por un radio que forma un ángulo β con la vertical (en kN/m2) ϕ ángulo de rozamiento interno del relleno OD diámetro exterior de la tubería (en m) qh

Cuando la tubería es flexible (o por lo menos, el terreno que la rodea es más rígido que la tubería), y se emplea la teoría de Marston para el cálculo de las acciones del relleno, la tubería solo tiene que resitir las cargas que actúan sobre un ancho igual a su diámetro externo (ya que se entiende que la tubería se va a deformar por dichas acciones verticales y, en consecuencia, va a transmitir a los rellenos laterales parte de las cargas verticales). Con ello, la expresión genérica anterior se transforma en:

Como se ha indicado, en ocasiones, del lado de seguridad, en la aplicación de la teoría de Marston en los tubos flexibles tampoco se emplea el coeficiente reductor de las cargas Cz. Ello es así, por ejemplo, en los tubos de PRFV o en los de fundición, para los que los manuales clásicos norteamericanos sobre su dimensionamiento prevén el cálculo de las acciones del terreno aplicando las teorías de Marston sin coeficiente reductor alguno (ver, por ejemplo, el Manual AWWA

239

M45, apartado 5.7.3.5, o la norma AWWA C150-96, apartado 50.4.3, para los tubos de PRFV o fundición respectivamente). En los tubos de acero, en ocasiones, sí se prevé el empleo de un coeficiente reductor (Manual AWWA M11, apartado 6.1), pero lo cierto es que, en la práctica, quedando del lado de la seguridad, puede obviarse dicho coeficiente (Siderúrgica de tubo soldado, 1996). En cualquier caso, hay muchos textos en los que se puede encontrar con el suficiente detalle el desarrollo genérico de la teoría de Marston para cualquier material. Como referencias españolas, por ejemplo, puede citarse la IET-80 y en el ámbito norteamericano el “Concrete pipe design manual”, de la American Concrete Pipe Association, o el “Manual M9. Concrete pressure pipe”, de la AWWA. b) El método ATV Este método, elaborado por la Asociación Técnica para el Saneamiento de Alemania (Abwasser Teschnische Verein), es relativamente reciente y está desarrollado en la norma ATV 127:2000. En España está recogido íntegramente en la norma UNE 53331:1997 IN. Pretende ser un método del tipo multimaterial, universal, aplicable a tuberías de cualquier material. Se basa en el cálculo de los momentos en la pared del tubo teniendo en cuenta de la forma más precisa posible la influencia de las deformabilidades del terreno y del tubo, considerando no solo la carga vertical sobre el tubo, sino también el empuje horizontal de las tierras. Según él (en el caso genérico de instalación en zanja) la carga vertical del relleno (We , en kN/m2) viene dada por la expresión: We = mv Cz γr H mv factor de concentración de la presión vertical que tenga en cuenta que, a consecuencia de las distintas deformaciones del tubo y del suelo que lo rodea, la carga vertical sobre el tubo puede ser mayor o menor que la soportada por las tierras que lo rodean Cz

coeficiente reductor de la carga, análogo al de la teoría de Marston, si bien de cálculo más complejo en este caso, pues depende de más parámetros

En este caso es fundamental la consideración de los empujes laterales del terreno (qh), los cuáles se calculan mediante la expresión (también en el caso genérico de instalación en zanja): qh = mh K2 Cz γr H

240

mh factor de concentración de la presión lateral K2 coeficiente de empuje lateral de las tierras del relleno c) El método de F-70:2001 De manera análoga al anterior procedimimiento de la norma ATV 127:2000, el método del F-70:2001, es también del tipo multimaterial, común para todo tipo de tuberías. En él (en el caso genérico de instalación en zanja) las cargas verticales del relleno (We) se calculan mediante la expresión: We = Cz γr H donde Cz es un factor de concentración, que en los tubos flexibles o semirígidos toma valor 1 y que en los tubos rígidos se calcula según la teoría de Marston. El empuje lateral del terreno (qh), por su parte, se calcula mediante la expresión (también en el caso genérico de instalación en zanja): qh = K2 We donde K2 es un coeficiente que depende de la naturaleza y grado de compactación del relleno de la zanja.

– Acciones del tráfico En los tubos de acero y hormigón, de forma clásica, las acciones del tráfico se han venido calculando mediante las teorías de Boussinesq, las cuales se encuentran desarrolladas de forma simplificada (con pequeñas variaciones entre unas fuentes y otras) en DIN 1072:1985 o en IET-80. En los tubos de PVC-U y en los de PE (y también en ocasiones en los de PRFV), de manera análoga a las acciones del terreno, en España suele emplearse el método de la norma ATV 127:2000 para la determinación de las acciones del tráfico. Por último, en los tubos de fundición y de PRFV pueden emplearse los procedimientos específicos previstos en las normas UNE-EN 545:1995 (o alternativamente en la norma F-70:2001) y en el manual AWWA M45, respectivamente. Como se indicó al inicio de este apartado 4.2.1.4, en la tabla adjunta se resumen los métodos de cálculo habituales de las acciones del terreno y del tráfico en el dimensionamiento de tuberías enterradas en España.

241

Tabla 79. Métodos habituales de cálculo de las acciones del terreno y del tráfico en tuberías enterradas en España Acción

Terreno Tráfico

Tubos de fundición

Tubos de acero

Tubos de hormigón

Tubos de PVC y PE

Tubos de PRFV

UNE-EN545:1995 y F-70:2001

Marston sin coefciente reductor

Marston con coeficiente reductor

ATV 127:2000

Marston sin coefcte reductor ó ATV 127:2000

UNE-EN545:1995 y F-70:2001

Boussinesq

Boussinesq

ATV 127:2000

AWWA M45 ó ATV 127:2000

4.2.1.5 Métodos de cálculo para el dimensionamiento de tuberías enterradas El método de cálculo a emplear para el dimensionamiento de la tubería debe ser seleccionado por el proyectista de entre los de uso frecuente en el ámbito de las tuberías, recogido o no en las normas específicas de cada tipología, de forma que se garantice el adecuado dimensionamiento de la tubería. En el caso más habitual de tuberías enterradas, los métodos de cálculo habitualmente empleados en España para la comprobación de las solicitaciones pésimas indicadas en el apartado anterior (ver resumen en la Tabla 78), y en consecuencia recomendados en el dimensionamiento, son los que se indican a continuación, los cuales se resumen en la Tabla 80. a) Estado tensional debido a la acción exclusiva de la presión interna (color azul en la Tabla 78) La comprobación de que el estado tensional producido por la acción exclusiva de la presión interna no excede el admisible se realiza, en los tubos de material homogéneo, a través de la siguiente expresión:

σ adm ≥

MDP σadm C ID e

MDP ⋅ C ⋅ ID 2⋅e

presión máxima de diseño en la sección de la tubería tensión admisible a tracción del material constitutivo tubo coeficiente de seguridad diámetro interior del tubo espesor de la pared del tubo

Los valores habituales de σadm y C figuran resumidos en la Tabla 66 y en la Fig. 54. Simplificadamente, en los tubos que se fabriquen bajo distintas series de presiones nominales (plásticos, básicamente), la comprobación anterior, no obstante, puede sustituirse simplemente por verificar que la PN del tubo sea superior a la DP, ya que en el concepto de PN va implícito el que el tubo resista, en ausencia de cargas externas,

242

y de forma continuada y a largo plazo, una presión igual a la DP. Debe, en cualquier caso, comprobarse que las sobrepresiones debidas al golpe de ariete son igualmente soportables por el tubo. En los tubos de hormigón, por su parte, se recomienda seguir lo especificado en la IET-80. En la expresión anterior, en rigor, por aplicación estricta de la resistencia de materiales, el diámetro que debe figurar es el interior (ID). No obstante, en algunos de los apartados de este documento específicos para determinadas tipologías (y siguiendo lo especificado por las normas de producto o por algunos manuales clásicos de diseño de tuberías) se ha empleado el diámetro exterior (OD) o el medio (Dm), si bien las diferencias son muy pequeñas.

b) Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna (color morado en la Tabla 78). Para verificar que el estado tensional en la pared del tubo por la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna no excede el admisible pueden emplearse diversos procedimientos. Así, por ejemplo, en los tubos de PVC-U y en los de PE, viene utilizándose desde los años 90 el método de la norma ATV 127:2000 (desarrollado en UNE 53331:1997 IN), mientras que en los de PRFV puede utilizarse bien el mismo método ATV o bien el procedimiento recogido en el manual AWWA M45. En los tubos de hormigón, por último, suele emplearse la formulación descrita en la IET-80. c) Estado tensional debido a la acción exclusiva de las acciones externas (color verde en la Tabla 78). Para verificar que el estado tensional en la pared del tubo por la acción exclusiva de las acciones externas no excede el admisible pueden emplearse los mismos procedimientos que en el caso anterior. d) Deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas (color rojo en la Tabla 78). La verificación de que la deformación causada por la acción exclusiva de las acciones externas no excede la admisible suele realizarse mediante la fórmula de Spangler en los tubos de acero y mediante el método de la norma ATV 127:2000 en los de PVC-U y PE. En los tubos de PRFV puede utilizarse cualquiera de ambas y en los de fundición, bien la fórmula de Spangler o bien el método del F-70:2001. e) Deformación causada por la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna (color rosa en la Tabla 78). La verificación de que la deformación causada por la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna no excede la admisible suele realizarse mediante el

243

método de la norma ATV 127:2000 en los de PVC-U y PE. f) Pandeo o colapsado producido por la acción de las acciones externas y de la posible presión interna negativa (color naranja en la Tabla 78). Para comprobar que por la acción de las acciones externas, bien solas o bien en combinación con la presión interna negativa, no se produzca la rotura por pandeo, debe verificarse que las acciones totales que solicitan a la tubería no alcancen el valor de la carga crítica de pandeo (Pcrit) minorada por un coeficiente de seguridad, C. En los tubos de acero y en los de PRFV, la carga crítica de pandeo Pcrit suele calcularse mediante la formulación de Luscher (AWWA M11 ó M45):

Pcrit = 32ff B ′ E′

EI D3m

Pcrit E I E´ B´

carga crítica de pandeo, en N/mm2 módulo de elasticidad del material de la tubería, en N/mm2 momento de inercia de la pared de la tubería, en mm3 (I=e3/12) H2 módulo de reacción del suelo, ff = 1 en – 0N/mm , 33 w coeficiente de origen empírico, de valor: H

H Dm ff

1 B´= 1+4 e(–0,213 H) EI Pcrit = 32ff B ′ E′ 3 Dm EI en mm altura de tierras por encima de la clave del tubo, Pcrit = 32ff B ′ E′ 3 diámetro medio del tubo, enPcrit mm = 2 S t Ssh D m factor de flotación

Hw

Hw H Hw ff = 1 – 0, 33 H altura del nivel frático sobre el tubo, en mm ff = 1 – 0, 33

En los tubos de materiales termoplásticos, sin embargo, la carga crítica de pandeo Pcrit suele calcularse mediante la siguiente expresión (método de la norma ATV 127:2000 en UNE 53331:1997 IN): Pcrit = 2 S t Ssh Pcrit = 2 S t Ssh

Pcrit carga crítica de pandeo, en N/mm2 St rigidez circunferencial específica a largo plazo, en N/mm2 Ssh rigidez horizontal del relleno hasta la clave del tubo (ver UNE 53331:1997 IN, apartado 4.1.2), en N/mm2.

244

La formulación del factor B’ que interviene en la expresión de Luscher antes enunciada ha variado en las últimas ediciones de las normas AWWA. En concreto, la expresión propuesta para su cálculo es la que aparece en la 4.ª y última edición del manual AWWA M 11 (de 2004), la cual difiere respecto a la incluida en las primeras ediciones de esta Guía Técnica (basada, a su vez, en la 2.ª edición del Manual AWWA A M11, DE 1987). En el caso de los tubos aéreos, la carga crítica de pandeo Pcrit producida exclusivamente por depresiones interiores, se determina de manera diferente. Por ejemplo, es habitual su cálculo mediante la formulación de Levy (Vallarino, 2000 ó AWWA M11, 1987):

Pcrit E υ e Dm

carga crítica de pandeo, en N/mm2 módulo de elasticidad del material de la tubería, en N/mm2 coeficiente de Poisson del material de la tubería espesor del tubo, en mm diámetro medio del tubo, en mm

No obstante, algunos autores (Moser, 1990 o Jiménez et al., 1980), prevén también la posibilidad de calcular la carga crítica de pandeo por otras expresiones diferentes a la de Levy. Por ejemplo la de Meyerhof y Baike (1963):

Pcrit E E´ υ e I rm

carga crítica de pandeo, en N/mm2 módulo de elasticidad del material de la tubería, en N/mm2 módulo de reacción del suelo, en N/mm2 coeficiente de Poisson del material de la tubería. espesor del tubo, en mm momento de inercia de la pared del tubo, en mm3 (I=e3/12) radio medio de la tubería, en mm

No obstante lo anterior, en instalaciones enterradas, se recomienda adoptar como carga crítica de pandeo la obtenida por alguna de las expresiones anteriores (Levy o Meyerhof y Baike) si resultase superior a la calculada por la expresión de Luscher o a la propuesta en el método de la norma ATV 127:2000 para los materiales termoplásticos. En cualquier caso, las formulaciones antes expresadas hacen la comprobación del pandeo de una tubería enterrada en términos de cargas (en N/mm2), lo que de alguna manera es una simplificación del problema usualmente aceptada. Algunos documentos (Der Norske Veritas, 1981) prevén procedimientos en los que dicha comprobación la realizan en términos de tensiones en la pared del tubo, pudiendo utilizarse alternativamente este procedimiento que arroja resultados más exactos.

245

Tabla 80. Métodos habituales para el dimensionamiento de tuberías enterradas en España Solicitación Estado tensional por la presión interna

Tubos de fundición

Tubos de acero

Fórmula de los “tubos delgados”:

Tubos de hormigón

Tubos de PVC y PE

Tubos de PRFV

IET-80

DP
DP
IET-80

ATV 127:2000

IET-80

ATV 127:2000

σadm > PxCxID/(2xe)

Estado tensional por la carga combinada Estado tensional por las acciones externas Deformación por la carga combinada Deformación por las acciones externas

AWWA M45 ó ATV 127:2000

ATV 127:2000

Spangler ó F-70:2001

Pandeo o colapsado Normativa

AWWA M45 ó ATV 127:2000

UNE-EN 545:1995 o F-70:2001

AWWA M45 ó ATV 127:2000

Spangler

ATV 127:2000

Luscher

ATV 127:2000

Luscher

UNE 53331:1997 IN

AWWA M45

Manual AWWA M11

IET-80

De lo dicho en los apartados 4.2.1.4 y 4.2.1.5 se desprende que los posibles métodos de cálculo para las tuberías son muy variados. En Europa, desde los últimos diez o quince años, hay una tendencia a la utilización del método desarrollado en la norma ATV 127:2000 para el dimensionamiento de todas las tipologías de tuberías (especialmente en países como Alemania u Holanda, precursores del mismo). No obstante, no pueden establecerse generalidades, ya que, por ejemplo, en Francia, es habitual el cálculo mecánico de cualquier clase de tuberías a presión mediante la metodología recogida en el denominado Fascículo 70 (F-70:2001) “Ouvrages d´assainissement” elaborado por su Ministerio de Transporte y Vivienda, el cual es un método también del tipo multimaterial, común para todo tipo de tuberías.

246

O diferente es el caso de los Estados Unidos, país con una vasta experiencia en el estudio científico de las tuberías, en donde, para el dimensionamiento de cualquier tipo de tubo, se suelen utilizar las teorías de Marston y Spangler (desarrolladas en los años 1910 y 1920 en la Universidad de Iowa), habida cuenta del origen norteamericano de ellas. Las posibilidades, por lo tanto, resultan numerosas. Ante este panorama, la UE, a través del CEN, siguiendo el mismo espíritu unificador en el tratamiento de todas las tuberías que el comentado anteriormente con la norma UNE-EN 805:2000 (ver apartado 2.2.2.3), está elaborando la norma EN 1295 relativa al cálculo estructural de tuberías enterradas a presión, de la cual su parte 3 pretende establecer un método de cálculo común a todas las tipologías (en la actualidad está ya publicada la parte 1, UNE-EN 1295-1:1998, mientras que las partes 2 y 3 son aún proyectos de normas europeas, prEN 1295-3:2001 y prEN1295-2:2000). La norma UNE EN 1295-1 informa de los distintos métodos nacionales existentes para el cálculo mecánico de las tuberías enterradas, concluyendo que la gran mayoría de los países hacen uso de las formulaciones de Marston y Spangler. En prEN1295-2:2000, partiendo de ese entendimiento de base, se informa más detalladamente de algunos métodos que precisan de explicaciones adicionales (básicamente los basados en las normas ATV 127:2000 y en la F-70:2001). Por último, el prEN 1295-3:2001 trata la convergencia de todos los métodos, centrándose en el entendimiento de dichos métodos ATV 127:2000 y F-70:2001, tratando de aprovechar lo mejor de cada uno de ellos. El espíritu de prEN 1295-3:2001 es, por tanto, la adopción de un método de cálculo común para todas las tipologías de tuberías, si bien, obviamente, contemplando diferencias en el cálculo que respeten las particularidades del comportamiento de los tubos flexibles y de los rígidos. Para ello se prevén dos posibles métodos: uno inspirado en ATV 127:2000 (opción 1) y otro en F-70:2001 (opción 2). Con cualquiera de ellos se pretende adoptar una metodología de cálculo de tensiones y deformaciones común para todos los tubos, de forma que el dimensionamiento de los tubos, a partir del estado tensional y deformacional obtenido, se reserve a las distintas normas específicas de los respectivos tipos de tubos. La adopción de un método multimaterial de cálculo de este estilo, tiene la indudable ventaja de poder comparar las posibilidades de diferentes tipos de tuberías ante unas solicitaciones determinadas, si bien la dificultad estriba en que, precisamente, esas diferencias de comportamiento de los distintos tipos de tubos ante las cargas externas dificultan la adopción de una metodología general para todos ellos. Las principales diferencias respecto a los procedimientos de cálculo tradicionalmente empleados en España no radican tanto en el método empleado sino en los valores de los diferentes parámetros utilizados en dicho cálculo, los cuales pre-

247

tenden ser comunes para todos los tipos de tubos. Así, por ejemplo, existen las siguientes diferencias, entre otras: – Mientras que en la aplicación tradicional de los métodos de cálculo en España suelen distinguirse cuatro o cinco tipos de posibles rellenos, en el prEN 12953:2001 se contemplan ocho posibilidades. – Análogamente, en la metodología española suelen preverse tres tipos posibles de apoyo (cama de arena con ángulo de apoyo 90º o cama de hormigón con ángulos de apoyo 90 ó 120º), el prEN 1295-3:2001 contempla cinco diferentes (y sólo uno de ellos de hormigón). – En cuanto a las cargas debidas al tráfico, para las que en España se suelen adoptar las posibilidades de eje simple, de 7 ó 13 t, y eje doble, de 60 t, en el prEN 1295-3:2001 se siguen los criterios de los eurocódigos al respecto, los cuáles tienen distribuciones de cargas diferentes a las anteriores. – El prEN 1295-3:2001, además, prevé la consideración de parámetros no considerados habitualmente en España como, por ejemplo, el grado de compactación alcanzado en el relleno (el cual es función de la maquinaria utilizada, del número de pasadas realizadas, del espesor de las tongadas, etc.), la presencia o no de nivel freático, la utilización de sistemas de entibación (incluso dependiendo de que su retirada se haga antes o después de compactar), etc. Todo ello hace que los resultados obtenidos con los métodos tradicionales empleados en España y la propuesta de CEN no sean perfectamente comparables entre sí, habida cuenta que dependen de parámetros diferentes.

4.2.2 Tubos de fundición En los tubos de fundición, en general, la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la Tabla 81.

Tabla 81. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos de fundición Combinación de acciones

Solicitación determinante

Tubos aéreos

Hipótesis I Hipótesis II

Presión interna Acciones gravitatorias

Estado tensional Estado tensional y deformaciones

Tubos enterrados

Hipótesis I Hipótesis II

Presión interna Acciones externas

Estado tensional Deformaciones

248

4.2.2.1 Tubos aéreos Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de fundición instalados entre apoyos son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, debe comprobarse que dicha presión (para un determinado valor de DN y espesor e del tubo) produce un estado tensional inferior al admisible, supuesto el coeficiente de seguridad que se indica a continuación. Dicha comprobación puede hacerse mediante las siguientes expresiones:

DP ≤

DP y MDP e Dm OD Rm C1 C2

2e Rm D m C1

MDP ≤

2e Rm D m C2

presión de diseño y máxima de diseño, en N/mm2 espesor de la pared del tubo, en mm diámetro medio del tubo, en mm. (Dm = OD - e) diámetro exterior del tubo, en mm resistencia mínima a la tracción. Rm = 420 N/mm2 coeficiente de seguridad para DP. C1 = 3 coeficiente de seguridad para MDP. C2 = 2,5

Ejemplo 28

En la Fig. 68 se representan los valores máximos de las presiones DP y MDP que resisten los tubos de fundición, según sea la clase de que se trate. Las presiones que agotan los tubos unidos con bridas vienen limitadas por la PN de las bridas y no por el propio tubo como tal.

Una tubería de fundición de 1.200 mm de diámetro medio que vaya a estar sometida a una DP de 2,60 N/mm2 y una MDP de 3,10 N/mm2, deberá ser, como mínimo, de clase K9. En la Fig 68 puede apreciarse claramente la circunstancia comentada en el apartado 3.2.2.1 de que, aunque a un tubo unido con bridas la DP máxima a la que puede sometérsele es la PN de las bridas, el tubo como tal soporta una presión mucho mayor. Efectivamente, por ejemplo, un tubo de diámetro medio 800 mm unido con bridas incorporadas PN 25 será de la clase K10 (ver Fig 5), por lo que el propio tubo como tal soportaría una DP de 3,58 N/mm2 (ver Fig 68 derecha), si bien las bridas de unión condicionan que la máxima DP a que pueda estar sometido sea 2,5 N/mm2.

249

6

5

5

4

4

DP (N/mm 2 )

MDP (N/mm2 )

6

3

3

2

2

1

1

0

0 0

200 400

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0

Diámetro medio (mm) Tubos clase K9

Tubos clase K10

Tubos con bridas PN10

Tubos con bridas PN16

Tubos con bridas PN25

Tubos con bridas PN40

Tubos clase 40

200

400

600

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Diámetro medio (mm) Tubos clase K9

Tubos clase K10

Tubos con bridas PN10

Tubos con bridas PN16

Tubos con bridas PN25

Tubos con bridas PN40

Tubos clase 40

Fig. 68. Presiones interiores máximas en los tubos de fundición dúctil

– Hipótesis II. Acciones gravitatorias (estado tensional y deformaciones) En general, para la hipótesis pésima de carga hay que comprobar que la tensión y la deformación máxima no superan las admisibles. La tensión admisible es 330 N/mm2 y la deformación admisible la que hace que se alcancen las desviaciones angulares tolerables de las uniones. Esta comprobación, no obstante, no suele ser limitativa más que para diámetros pequeños. Además de las comprobaciones anteriores, en los tubos instalados entre apoyos debe verificarse que, para la hipótesis pésima de carga, las tensiones producidas en las zonas de los apoyos, bifurcaciones, derivaciones, etc, debidas a las reacciones en las mismas, no superan las admisibles. Esta comprobación, que tiene menor interés cuanto menores son los diámetros y las presiones de trabajo, puede obviarse a criterio del proyectista. 4.2.2.2 Tubos enterrados Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de fundición instalados entre apoyos son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna (estado tensional) La comprobación de los tubos enterrados sometidos a la sola acción de la presión hidráulica interior es como en el anterior caso de los tubos aéreos. – Hipótesis II. Acciones externas (deformaciones) Debe comprobarse que, actuando únicamente las acciones externas (terreno, sobrecargas móviles o fijas, y otras si existen), la deformación máxima debida a la flexión transversal no supera la admisible.

250

Como deformaciones máximas admisibles pueden tomarse las indicadas en la Tabla 82 (UNE-EN 545:1995).

Tabla 82. Rigideces diametrales mínimas y deformaciones diametrales admisibles (UNE-EN 545:1995)

DN 40 50 60 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000 1)

Rigidez diametral Sc mínima 1) (kN/m2) Clase 40 K9 K10 7.000 4.200 2.600 2.100 1.200 680 370 250 130 91 68 67 63

16.500 9.500 5.500 4.800 2.700 1.500 810 480 230 160 110 89 72 61 52 41 34 30 26 24 22 20 18 17 17 16 16

16.500 9.500 5.500 4.800 2.700 1.500 880 300 340 220 160 124 102 86 74 58 49 42 37 34 31 29 26 24 23 22 22

Deformacion diametral admisible (%) 0,50 0,55 0,65 0,70 0,85 1,00 1,25 1,45 1,85 2,20 2,45 2,65 2,90 3,05 3,25 3,50 3,75 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00

Sc = E.I/DN3 = E.e3/12DN3 ; E = 170.000 N/mm2

Esta comprobación de la deformación máxima producida por flexión transversal en los tubos enterrados, puede realizarse, en una primera aproximación, a título orientativo, de acuerdo con la metodología indicada en el Anexo G informativo de la norma UNE-EN 545:1995, según el cual los valores de la deformación diametral admisibles que figuran en la Tabla 82 garantizan que el revestimiento interior de mortero de cemento no sufra daños y que la tensión en el tubo no supere su valor admisible.

251

En el citado Anexo G de la norma UNE-EN 545:1995 se propone calcular las deformaciones producidas en el tubo por las cargas externas mediante la fórmula de Spangler de la siguiente manera (todos los valores orientativos indicados en el prsente apartado son los previstos en la norma UNE-EN 545:1995):

δ Ka

E´=0

We

carga debida al peso de 11 las tierras, en kN/m2

E´=5000

Wt

We = γ ⋅ H 10 γ peso específico del relleno, en kN/m3 (a falta de datos al respecto, se suele 9 tomar 20 kN/m3) H altura, en m, de tierras 8 sobre la clave del tubo carga debida al tráfico,15en kN/m2 7

β

Altura de tierras (m)

deformación vertical del tubo debida a las cargas externas, en % 15 del ángulo de apoyo 2 α (ver Fig 87) factor de apoyo en función ángulo de apoyo 2 α = 14 20° Ka = 0,110 ángulo de apoyo 2 α = 45° Ka = 0,105 ángulo de apoyo 2 α = 13 60° Ka = 0,102 ángulo de apoyo 2 α = 120° Ka = 0,090 12180° Ka = 0,083 ángulo de apoyo 2 α =

14 6

E´= 100

E´=2000

E´=0

13tráfico, coeficiente de carga de de valores: 5 β = 2,00 tráfico intenso 12 4 β = 1,50 carreteras principales β = 0,75 carreteras11 intermedias 3 β = 0,50 carreteras rurales 10 2 Se recomienda tomar como mínimo β = 0,5, aún en el caso de no existencia de

E´= 1000 k

E´=2000 kN

E´=5000 kN

DN Sc E’

Altura de tierras (m)

tráfico rodado. Esta fórmula 9 1 no debe emplearse en alturas de relleno inferiores a 0,5 m, debiendo procurarse recubrimientos superiores si se prevén cargas de trá8 0 fico.

diámetro nominal del tubo, 7 en 0 mm 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1 rigidez diametral del tubo, en kN/m2 (ver Tabla 82) 6 módulo de reacción del suelo, en kN/m2 . Unos valores habituales de este coe5 siguientes: ficiente E´ pueden ser los E´ E´ E´ E´

= = = =

4terreno 0 1.000 kN/m2 terreno 2.000 kN/m2 3terreno 5.000 kN/m2 2terreno

sin compactar con compactación mala con compactación media con compactación buena

1 252

0 0

200

400

600

800

1.000 1.200 1.400 1.60

De acuerdo con todo lo anterior, en la figura adjunta (extractada de UNE-EN 545:1995) se indican, a título orientativo, las alturas máximas admisibles de enterramiento para tubos de fundición (las que originan las deformaciones de la Tabla 82), conforme lo especificado en el presente apartado, en las siguientes hipótesis: – tubos de clase K 9 – densidad del terreno γ = 20 kN/m3 – ángulo de apoyo 2α=60° en DN 500 a 2000, 2α=45° en DN 300 a 500 y 2α=20° en DN<300 – terreno con compactación alta (E´ = 5.000 kN/m2), media (E´ = 2.000 kN/m2) o baja (E´ = 1.000 kN/m2) o sin compactación (E´=0) – sin presencia de tráfico (β=0,50) Las alturas máximas de enterramiento representadas en dicha figura hay que entenderlas como unos valores medios puramente orientativos ya que la variación de los parámetros que inciden en la resistencia de estos tubos (ángulo de apoyo, geometría de las zanjas, tipo de relleno, etc.) determinaría alturas de relleno máximas diferentes. 15 14 E´=0

13

E´= 1000 kN/m2

12

E´=2000 kN/m2

11

E´=5000 kN/m2

Altura de tierras (m)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

DN

0 0

200

400

600

800

1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000

Fig. 69. Valores medios orientativos de las alturas máximas de enterramiento en los tubos de fundición en la hipótesis de acción única de las cargas externas (UNE-EN 545:1995)

253

Ejemplo 29

Continuando con el Ejemplo 28, si la tubería de 1.200 mm de diámetro y clase K9 a que se hacía referencia va a estar enterrada a una profundidad de 4 metros con un ángulo de apoyo de 60°, deberá de garantizarse que la compactación del relleno sea al menos “media” (E´ = 2.000 kN/m2; ver Fig. 69)

En el caso de existencia de cargas de tráfico, debe tenerse en cuenta que éstas son decrecientes con la altura del relleno, al contrario que las cargas debidas al propio relleno, que son siempre crecientes (ver Fig 70, en la que se ha representado, a título de ejemplo para un determinado valor de DN esta circunstancia), por lo que las cargas puntuales son sólo condicionantes en alturas de relleno pequeñas (aproximadamente un metro). Por tanto, la presencia de tráfico no disminuye en exceso el valor máximo de altura de relleno admisible, sino que crea una nueva posible situación pésima para la tubería que serían las hipótesis de recubrimientos escasos (menores de un metro).

80 Cargas debidas al tráfico, Wt Cargas debidas al relleno, We 60

We ó Wt (kN/m)

Cargas totales

40

20

0 0

1

2

3

4

5

Altura del relleno (m)

Fig. 70. Acciones producidas por el relleno de las zanjas y del tráfico

Por otro lado, en los tubos de fundición es habitual también comprobar la deformación producida por la flexión transversal según lo especificado en F-70:2001, especialmente en los casos en los que se requieran cálculos en detalle. También existe la norma ISO 10803:1999 cuyo objeto es expresamente el dimensionamiento mecánico de las tuberías de fundición dúctil y que sigue, aproximadamente, lo previsto en UNEEN 545:1995.

254

La metodología prevista en la norma AWWA C–150-96, era la habitualmente empleada en España para dimensionar los tubos de fundición hasta la aparición de la UNE-EN 545:1995 y realizaba el cálculo de un modo análogo a ésta, basándose en las formulaciones de Marston y Spangler. Actualmente, ese procedimiento está en desuso en España. Además de las comprobaciones anteriores, si es previsible que, aun enterrados, los tubos estén sometidos a flexión longitudinal, y si la relación longitud/diámetro es mayor o igual que 25, la norma UNE-EN 545:1995 obliga a comprobar que soportan los momentos flectores indicados en la Tabla 83. Estos momentos están calculados bajo las hipótesis de un tubo con espesor mínimo en la pared y una tensión admisible de 250 N/mm2 y corresponden a cargas de igual valor, en kN, aplicada en el medio de un vano de una luz de 4,00 metros. Los momentos flectores que provocan la rotura de los tubos son, al menos, 1,7 veces mayores que los indicados en dicha Tabla 83. Tabla 83. Comprobación a flexión longitudinal.Momentos flectores admisibles (UNE-EN 545:1995) DN

Ejemplo 30

40 50 60 65 80 100 125 150 200

Momentos admisibles (kNxm) Clase 40 K9 K10 1,8 2,6 3,7 4,2 6,1 9,0 13,5 20,0 36,4

2,4 3,4 4,8 5,5 8,0 11,8 17,9 25,2 44,4

2,4 3,4 4,8 5,5 8,0 11,8 18,2 26,7 50,6

En este ejemplo se persigue mostrar los pasos a seguir en el dimensionamiento mecánico completo de una tubería de fundición dúctil enterrada (sin acción del tráfico) de las siguientes características: Diámetro nominal DP MDP Altura de enterramiento: Densidad del relleno Ángulo de apoyo 2α Módulo de reacción del suelo E´

800 mm 1,6 N/mm2 2,1 N/mm2 3 metros 20 kN/m3 60° 2.000 kN/m2

La metodología que se va a emplear es la recogida en la norma UNE-EN 545:1995 (procedimiento aproximado), para lo que hay que hacer las siguientes comprobaciones:

255

Ejemplo 30 (Cont.)

a) Hipótesis I: Estado tensional debido a la acción única de la presión interna Si se selecciona un tubo de la clase K9, el espesor del mismo es 11,7 mm y el diámetro exterior 842 mm (ver Tabla 8). Aplicando las expresiones indicadas en el apartado 4.2.2.1, se comprueba que el estado tensional producido por la acción de la DP ó de la MDP es inferior al admisible.

DP = 1,6 N/mm2 ≤

MDP = 2,1 N/mm2 ≤

2 ⋅ 11,7 ⋅ 420

(842 − 11,7 ) ⋅ 3

= 3,94N/mm2

2 ⋅ 11,7 ⋅ 420 = 4,73N/mm2 (842 − 11,7) ⋅ 2,5

2 ⋅ 11,7 ⋅ 420 DP = 1,6 N/mm2 ≤ = 3,94N/mm2 842 − 11,7 3 ⋅ ( ) b) Hipótesis II: Deformaciones causadas por la acción única de las cargas externas 2 ⋅ 11,7 ⋅ 420 2 2 MDP =para 2,1 N/mm ≤ de la deformación = 4,73N/mm Los parámetros el cálculo son los siguientes: (842 − 11,7) ⋅ 2,5 We = 20x 3 = 60 kN/m2 100 ⋅ 0,102 ⋅ 60 δ = = 1,6% Wt = 0 8 ⋅ 30 + 0,061 ⋅ 200 Ka = 0,102 (2α = 60°) Sc = 30 kN/m2 (ver Tabla 82) E´= 2.000 kN/m2 (ver enunciado)

δ =

100 ⋅ 0,102 ⋅ 60 = 1,6% 8 ⋅ 30 + 0,061 ⋅ 200

El tubo es también suficiente, puesto que la deformación es inferior a la admisible (4%, ver Tabla 82).

Con todo lo anterior, para resitir las solicitaciones de este ejemplo, sería necesaria una tubería de fundición dúctil de DN 800 y clase K9 (éstos son los parámetros de clasificación de una tubería de fundición con unión flexible, conforme lo indicado en el apartado 3.2.2.2). Por otro lado, simplificadamente, lo anterior podría haberse comprobado también mediante la aplicación de la Fig. 68 y de la Fig. 69.

256

4.2.3 Tubos de acero En los tubos de acero, en general, la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la tabla adjunta.

Tabla. 84. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos de acero Combinación de acciones

Solicitación determinante

Tubos aéreos

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III

Presión interna positiva Presión interna negativa Acciones gravitatorias

Estado tensional Pandeo o colapsado Estado tensional y deformaciones

Tubos enterrados

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III

Presión interna Acciones externas Acciones externas y presión interna negativa

Estado tensional Deformaciones Pandeo o colapsado

Las conducciones singulares, por su gran diámetro, altas presiones o disposiciones especiales, requerirán cálculos adicionales no contemplados en el presente epígrafe, los cuales deben figurar en el proyecto de la tubería.

Dichos cálculos adicionales deben ser realizados por procedimientos sancionados por la práctica, como por ejemplo los que figuran en las “Recomendaciones para el proyecto, la fabricación y el montaje de tuberías forzadas de acero en construcción soldada destinadas a instalaciones hidroeléctricas” del Comité Europeo de la Calderería (CETC), en el Manual M11 de AWWA o en API 5L:2000.

4.2.3.1 Tubos aéreos Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de acero instalados entre apoyos son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna positiva (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, debe comprobarse que dicha presión (para un determinado valor de DN y espesor e del tubo) produce un estado tensional inferior al admisible, supuesto el coeficiente de seguridad que se indica a continuación. Dicha comprobación puede hacerse mediante la siguiente expresión (manual AWWA M11):

MDP ≤

2e σ adm OD

257

MDP e OD σadm

presión máxima de diseño, en N/mm2 espesor del acero de la pared del tubo, en mm diámetro exterior del tubo, en mm tensión a tracción admisible del acero en N/mm2. En general se adoptará como tensión a tracción admisible del acero el 50% de su límite elástico mínimo (1/2 Le,min, ver Tabla 19), si bien otro prosible criterio sería adoptar como valor de dicha tensión a tracción admisible el menor de los siguientes: 1/3 de la resistencia mínima a la tracción (1/3 Rm) ó 2/3 del límite elástico mínimo (2/3 Le,min)

Los valores propuestos para el coeficente de seguridad C son los habitualmente previstos en muchos de los manuales clásicos para el dimensionamiento de tubos de acero. Asi, por ejemplo, el coeficiente de seguridad propuesto (1/2 Le,min) es el recomendado en el manual M11 de AWWA “Steel pipe. A guide for design and installation” (apartado 4.2), en la norma CPD 501 “Welded steel pipe” de la United States Pipe and Foundry Company o en el “Welded steel water pipe manual” de la Steel Plate Fabricators Association. Por su parte, el valor alternativo considerado (el menor de 1/3 Rm ó 2/3 Le,min) es el recomendado por el Bureau of Reclamation en “Welded steel penstocks. Monograph 3” o por la American Society of Civil Engineeers (ASCE) en su Manual nº 79 “Steel penstocks” (apartado 3.4.10). El proyecto de norma prEN 10224:1998 no establece cual debe ser el coeficiente de seguridad para la resistencia del acero.

Ejemplo 31

No obstante lo anterior, en los tubos de acero, en la práctica real, más que comprobar para un determinado valor de DN y espesor e del tubo que, en la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, se produzca un estado tensional inferior al admisible, lo que se suele hacer es calcular el espesor mínimo necesario para resistir dicha presión interior.

258

En este ejemplo se han representado los valores de las MDP admisibles en tubos fabricados con acero L235 ó L 355 de los especificados en prEN 10224:1998, para los espesores normalizados indicados en la Tabla 85. El origen de los valores seleccionados en dicha Tabla 85 tiene su motivación en que en prEN 10224:1998 se normalizan muchos valores para el espesor de la tubería (ver Tabla 24), de manera que a efectos de poder representar gráficamente la capacidad resistente de las tuberías de acero, se han seleccionado solo unos pocos de ellos, que son los que se indican precisamente en dicha Tabla 85, bajo la denominación ”series B, C, D y E”. Este proceder era el adoptado en las primeras versiones del prEN 10224 (1992).

Tabla 85. Espesores normalizados (en mm) en tubos de acero (prEN 10224:1992) DN

Serie B

Serie C

33,7 42,4 48,3 60,3 76,1 88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273,0 323,9 355,6 406,4 457,0

2,0 2,0 2,0 2,0 2,3 2,3 2,6 2,6 2,6 2,6 3,6 4,0 4,0 4,0 4,0

2,3 2,3 2,3 2,3 2,6 2,9 2,6 3,2 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 5,0 5,0

Serie Serie D E 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,9 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 5,6 6,3 6,3

2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 3,2 3,6 4,0 4,5 6,3 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0

DN

Serie B

Serie C

Serie D

Serie E

508 610 711 813 914 1.016 1.067 1.118 1.219 1.422 1.626 1.829 2.032 2.235 2.540

5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 8,8 8,8 10,0 12,5 14,2 14,2 16,0 17,5 20,0

5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 10,0 10,0 11,0 14,2 16,0 16,0 17,5 20,0 22,2

6,3 6,3 7,1 8,0 10,0 10,0 11,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 22,2 25,0

11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0

Tubos de acero L355

Tubos de acero L235 10

10

Serie B Serie D

Serie C Serie E

Serie B

Serie C

Serie D

Serie E

8

MDP (N/mm2)

8

MDP (N/mm2)

Ejemplo 31 (Cont.)

Por ejemplo, un tubo de acero de diámetro 1.626 mm, que vaya a estar sometido a una MDP de 3,20 N/mm2, deberá ser, al menos, del tipo de acero L355 y de la serie de espesores C.

6

4

6

4

2

2

0

0 0

500

1000

1500

DN

2000

2500

0

500

1000

1500

2000

2500

DN

Fig 71. MDP admisibles en los tubos de acero (aceros de prEN 10224:1998)

259

Ejemplo 32

En este otro ejemplo se ha querido representar la circunstancia de cómo otras normas, (API 5L:2000, por ejemplo) prevén aceros de mayor resistencia a los de prEN 10224:1998, e incluso con series de espesores diferentes, de manera que las máximas presiones admisibles en dichos casos serían diferentes, en concreto las representadas en la figura adjunta. Los valores representados en esta figura corresponden a la hipótesis de emplear los aceros indicados en cada caso (X42, X52, X60 ó X70) en una tubería de distintos diámetros, supuesto el espesor máximo posible previsto en API 5L:2000 (ver Tabla 23). Por ejemplo, una tubería de 1.219 mm de DN, fabricada con acero X60 podrá soportar una MDP de cómo máximo 5,9 N/mm2 (supuesto un espesor de 17,5 mm, ver Tabla 23). 10

MDP (N/mm2)

8

6

4

Acero X42 Acero X52 Acero X60 Acero X70

2

DN

0 0

500

1.000

1.500

2.000

Fig. 72. MDP admisibles en los tubos de acero (aceros de API 5L:2000)

– Hipótesis II. Presión interna negativa (pandeo o colapsado) Ante la actuación exclusiva de presiones interiores negativas, debe comprobarse que el coeficiente de seguridad C frente al colapso por abolladura o pandeo sea al menos 2, lo cual se puede verificar mediante la expresión:

C=

Pcrit ≥2 Pv

Pcrit

carga crítica de pandeo, en N/mm2, calculada, por ejemplo, según la expresión de Levy (ver comentarios al apartado 4.2.1.5, f)

Pv

depresión debida a posibles golpes de arietes, succiones, etc., en N/mm2

C

coeficiente de seguridad, al menos 2 (US Army Corp of Engineers, 1970)

260

Ejemplo 33

En este ejemplo se han representado los valores de las depresiones máximas admisibles en tubos de las series B, C y D (acero L355) de las previstas en prEN 10224:1992 (ver Ejemplo 31) calculadas conforme a la metodología expuesta anteriormente. Habida cuenta que en un tubo aéreo la máxima presión negativa que puede solicitar a la tubería es 0,1 N/mm2 (vacío absoluto), de la figura adjunta puede concluirse que, con dicho acero, cualquier combinación de diámetros y espesores resistirían dicha presión máxima negativa. 1,00 Serie B Serie C Serie D

Pv, max (N/mm2)

0,75

0,50

0,25

0,00 0

500

1000

1500

2000

2500

DN

Fig. 73. Presiones internas negativas máximas en los tubos de acero (aceros de prEN 10224:1998)

– Hipótesis III. Acciones gravitatorias (estado tensional y deformaciones) En general, para la hipótesis pésima de carga debe comprobarse que la tensión y la deformación máxima no superan las admisibles. Como deformación admisible puede adoptarse el valor de 1/360 de la luz entre apoyos. Además de lo anterior, en los tubos instalados entre apoyos debe comprobarse que, para la hipótesis pésima de carga, las tensiones producidas en las zonas de los apoyos, bifurcaciones, derivaciones, etc. debidas a las reacciones en las mismas, no superan las admisibles. 4.2.3.2 Tubos enterrados Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de acero instalados enterrados son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna (estado tensional) La comprobación de los tubos enterrados sometidos a la sola acción de la presión hidráulica interior es como en el anterior caso de los tubos aéreos.

261

– Hipótesis II. Acciones externas (deformaciones) Cuando actúen únicamente las acciones exteriores al tubo (terreno, sobrecargas móviles o fijas y otras si existen), debe comprobarse que la deformación máxima debida a la flexión transversal no supera la admisible. Como deformaciones máximas admisibles suelen admitirse valores entre el 2 y el 5% del diámetro exterior. Valgan como ejemplo los valores indicados en la Tabla 86. Tabla 86. Deformaciones diametrales admisibles de los tubos (Manual AWWA M11) Tipo de revestimiento Exterior

Deformación admisible (% DN)

Interior

Flexible Flexible Mortero de cemento

Flexible Mortero de cemento Mortero de cemento

5 3a4 2

El cálculo de la deformación máxima debida a la flexión transversal se suele hacer mediante la formulación de Spangler (1941), la cual, en su forma más general, adopta la expresión siguiente (manual AWWA M11, 1987): d = D1

Ka

( We + Wt )rm3

3 EI + 0, 061E′rm

d

deformación producida en el tubo, en m

Dl

coeficiente empírico de deformación diferida, que considera la reducción de volumen que a lo largo del tiempo va a tener el terreno de los laterales. Oscila entre 1 y 1,5, tomándose en valor medio 1,2 Todas los manuales referenciados en el apartado 4.2.3.1 (AWWA, ASCE, Bureau of Reclamation, Steel Plate Fabricators Association, United States Pipe and Foundry Company) establecen unos valores para Dl entre 1 y 1,5.

Ka

coeficiente de factor de apoyo.Unos valores habituales son los siguientes (Fig 87): ángulo ángulo ángulo ángulo ángulo

We y Wt rm E I

262

de de de de de

apoyo apoyo apoyo apoyo apoyo

2 2 2 2 2

α α α α α

= = = = =

20° 45° 60° 120° 180°

Ka Ka Ka Ka Ka

= = = = =

0,110 0,105 0,102 0,090 0,083

cargas debidas al peso de las tierras y al tráfico respectivamente, en kN/m radio medio de la tubería, en m módulo de elasticidad del acero. Habitualmente, E = 2,1 x 108 kN/m2 momento de inercia de la pared del tubo, en m3 (I=e3/12)

e E´

espesor de la pared del tubo, en m modulo de reacción del suelo. Es frecuente adoptar los siguientes valores: terreno bien compactado terreno con compactación media terreno con mala compactación

E´= 5.000 kN/m2 E´= 2.000 kN/m2 E´= 1.000 kN/m2

Respecto a las cargas debidas al peso de las tierras y al tráfico (We y Wt respectivamente), pueden seguirse las siguientes indicaciones: a) Cargas debidas al peso de las tierras, We En los tubos de acero es habitual calcularlas según la teoría de Marston, sin considerar ningún coeficiente reductor, lo que supone una seguridad adicional (Siderúrgica de Tubo Soldado, 1996):

We = γ ⋅ H ⋅ OD We γ H OD

cargas debidas al peso de las tierras, en kN/m peso específico del relleno. Por defecto, puede tomarse 20 kN/m3 altura de tierras sobre la clave del tubo, en m diámetro exterior del tubo, en m

b) Cargas debidas al tráfico, Wt Para el cálculo de las sobrecargas puntuales debidas al tráfico, puede emplearse la formulación genérica de Boussinesq. En la IET-80 (anejo 4, apartado 2.4) se incluye una simplificación de dicha formulación, suponiendo que los vehículos que transitan sobre una superficie producen una acción dinámica que se transmite a la tubería en forma de tronco de pirámide cuyas caras laterales forman un ángulo de 45° con la vertical. A modo de resumen de dicha formulación simplificada, para tubos menores de dos metros de diámetro y para una carga de triple eje con 60 t, el valor de las cargas puntuales debidas al tráfico, en t/m, son las siguientes: alturas de tierra H menores de 1,0 m OD>t OD1,5 m

Wt = 30/le´ Wt = 10 OD/ (t x le) Wt = 30 OD / (t x le´)

alturas de tierra H mayores de 1,0 m OD>s OD
Wt = 30 (OD + s) / (t x le´) Wt = 60 OD / (t x le´)

le = 0,20 + 1,4 H + 1,05 OD t = 1,4 H + 0,60 s = 1,40 (H-1,00) le´= le + 3,0 altura de tierras sobre la clave del tubo, en m H OD diámetro exterior del tubo, en m

263

Ejemplo 34

En la hipótesis de actuación única de las cargas del relleno (sin tráfico y sin presión interna), se representan en la figura adjunta, a título orientativo, las alturas de relleno que originan deformaciones superiores al 2,5% del diámetro de la tubería, y que en consecuencia deberían ser estudiadas en detalle, en la hipótesis de un relleno de densidad 20 kN/m3 y un ángulo de apoyo de 60°, suponiendo diferentes grados de compactación del relleno y para las cuatro series de diámetros previstas en prEN 10224:1992 (ver Ejemplo 31). Al igual que en otros casos, estos valores no hay que entenderlos más que como orientativos de las alturas máximas admisibles ya que la variación de otros parámetros que también influyen en el cálculo mecánico (ángulo de apoyo, densidad del relleno, etc.) determinarían alturas diferentes. La presencia de cargas de tráfico, en particular, (ver Fig. 70) obligaría a evitar alturas de relleno inferiores a un metro, en valor medio. Continuando con el Ejemplo 31, si ese tubo de acero L355, serie C y 1.626 mm de DN va a estar enterrado 3 metros con un ángulo de apoyo de 60°, deberá garantizarse que su compactación es “alta” (módulo de reacción del terreno de al menos 5.000 kN/m2).

Fig. 74. Alturas máximas de enterramiento en los tubos de acero en la hipótesis de acción única de las cargas externas

264

– Hipótesis III. Acciones externas y presión interna negativa (pandeo o colapso) Ante la actuación conjunta de las cargas externas y de las posibles presiones internas negativas, debe comprobarse que el coeficiente de seguridad C frente al pandeo sea al menos 2,5 ó 3 (Manual AWWA M11, apartado 6.3), lo cual puede comprobarse mediante la siguiente expresión: C=

Pcrit qe

Pcrit ≥ 2, 5 ó 3 qe

Pcrit N/mm2. Se recomienda calcularla mediante la carga crítica de pandeo, C = en ≥ 2, 5 ó 3 expresión de Luscher (ver q apartado 4.2.1.5, f) e 2 We Wt P acciones totales, enqN/mm . Se +calculan mediante la expresión: w = ff crit ≥ + e = γ w HC 2 , 5 ó+ 3Pv DN DN qe We Wt + + Pv DN DN We Wt q e =Hγ w H w + ff + + Pv w 3 DN DN peso específico delffagua, N/mm = 1 − en 0, 33 H altura del nivel freático sobre el tubo, en mm factor de flotación, de valor: H w ff = 1 − 0, 33 P H C = crit ≥ 2, 5 ó 3 q H ff = 1e − 0, 33 w We H Wt q e = γ w h w + ff + DN DN altura de tierras sobre el tubo, en mm We WtWt We ff + de + las tierras, + Pv en N/mm cargas verticales totales qqe e= debidas γ=wγhwwH+wal ff+peso DNDNDNDN cargas verticales totales debidas a las sobrecargas concentradas, fijas o móviles We Wt el correspondiente coefien N/mm (en el caso de losq móviles se considerará + e = γ w h w + ff DN DN ciente de impacto) q e = γ w H w + ff

γw Hw ff

H We Wt

DN PV

diámetro nominal del tubo, en mm H depresión interna debida ff = 1 −a0,posibles 33 w golpes de H N/mm2

ariete, succiones, etc., en

Cuando la actuación conjunta de las cargas concentradas, Wt, y la depresión interna, PV, sea poco probable, lo cual es frecuente, las acciones externas totales pueden calcularse mediante la expresión (manual AWWA M11):

q e = γ w h w + ff C

We Wt + DN DN

coeficiente de seguridad, de valor mínimo 2,5 (si H/DN > 2) ó 3,0 (si H/DN< < 2)

265

Ejemplo 35

En este ejemplo se persigue mostrar los pasos a seguir en el dimensionamiento mecánico completo de una tubería de acero enterrada (sin acción del tráfico) de las siguientes características: Diámetro nominal Norma de producto utilizada Tipo de acero de la tubería Tipo de revestimiento del tubo DP MDP Altura de enterramiento: Densidad del relleno Ángulo de apoyo 2α Módulo de reacción del suelo E´

813 mm API 5L:2000 X42 (ver Tabla 21) flexible (interior y exterior) 1,6 N/mm2 2,1 N/mm2 6 metros 20 kN/m3 60° 2.000 kN/m2

Conforme a lo explicado en este apartado, para el dimensionamiento de la tubería hay que hacer las siguientes comprobaciones:

a) Hipótesis I: Estado tensional debido a la acción única de la presión interna El espesor mínimo de la tubería se calcula mediante la expresión (apartado 4.2.3.1):

emin (mm) =

MDP ⋅ OD 2,1⋅ 813 = = 5,88 2 ⋅ σ min 2 ⋅ 145

La tensión admisible es el 50% del límite elástico, que en el acero X42 es 290 N/mm2 (ver Tabla 21). Por tanto, el tubo habrá de ser de espesor 3 API 5L:2000 nominal 6,40 mm, ya que es el primer valor⋅ 97,20 normalizado 0,102 ⋅ 0,4033en 1,2Tabla ⋅ = 0,061 superior a 5,88d(m) mm =(ver 23). 8 9 2,1⋅ 10 ⋅ 21,84 ⋅ 10 + 0,06 ⋅ 2000 ⋅ 0,4033 3 b) Hipótesis II: Deformaciones causadas por la acción de las cargas externas Los parámetros para el cálculo de la deformación son los siguientes: 0,102 ⋅ 97,20 ⋅ 0,40213 d(m) = 1,2 ⋅ = 0,039 We = 20 x 6 x 0,81 = 97,20 kN/m 2,1⋅ 10 8 ⋅ 54,874 ⋅ 109 + 0,06 ⋅ 2000 ⋅ 0,40213 Wt = 0 Ka = 0,102 (2α = 60º) E´= 2.000 kN/m2 (ver enunciado) Dl = 1,20 2,1⋅ 10 5 ⋅ 54,87 Pcrit ( N/mm2 ) = 32 ⋅ 0,253 ⋅ 2 ⋅ = 0,589 804,3 3

266

Ejemplo 35 (Cont.)

⋅ ODmm,2,1 813 que: Para el espesorMDP e=6,40 se⋅ tiene emin (mm) = = = 5,88 2 ⋅ σ min 2 ⋅ 145 rm = (813-6,40)/2 = 403,3 mm I=e3/12 = 21,84 mm3 Con ello, la deformación que se produce en el tubo es:

0,102 ⋅ 97,20 ⋅ 0,4033 3 = 0,061 9 3 2,1 ⋅ 10⋅ OD ⋅ 21,84 MDP 2,1⋅ 10 ⋅ 813+ 0,06 ⋅ 2000 ⋅ 0,4033 emin (mm) = = = 5,88 2 ⋅ σ min 2 ⋅ 145 la deformación es superior a la admisible (61/813= 7,5%, ver Tabla 86), por lo que habría que aumentar el espesor del tubo hasta lograr que la deformación fuera inferior a la admisible (5%). 0,102 ⋅ 97,20 ⋅ 0,40213 d(m) = 1,2 ⋅ = 0,039 Puede comprobarse que con los dos siguientes valores normalizados del 9 3 2,1⋅ 10 8 ⋅ 54,874 ⋅ ⋅10 + 0,06 ⋅ 2000 3 ⋅ 0,4021 0,102 97,20 ⋅ 0,4033 espesor en API 5L:2000, 7,1 y 7,9 mm (ver Tabla 23) sigue sin cumplird(m) = 1,2 ⋅ = 0,061 9 se la condición 2,1 de ⋅ deformación inferior 5% y⋅ que hay3 que recurrir al 10 8 ⋅ 21,84 ⋅ 10 + 0,06al⋅ 2000 0,4033 siguiente superior, 8,7 mm: d(m) = 1,2 ⋅

8

rm = (813-8,7)/2 = 402,15 mm 2,1⋅ 10 5 ⋅ 54,87 2 3 ⋅ 0,253 ⋅ 2 ⋅ = 0,589 32 I=eP3crit /12 = 54,87 ( N/mm ) =mm 804,3 3 3 0,102 ⋅ 97,20 ⋅ 0,4021 d(m) = 1,2 ⋅ = 0,039 2,1⋅ 10 8 ⋅ 54,874 ⋅ 109 + 0,06 ⋅ 2000 ⋅ 0,40213 MDP MDP⋅ OD ⋅ OD 2,1 2,1⋅ 813 ⋅ 813 (mm) == (39/813=4,78%) ==5,88 (mm)== 5,88 sí es inferior a la admiahora laeemin deformación producida min 22⋅ σ 22⋅ 145 ⋅debería ⋅ σmin 145 sible, por lo que el tubo amininstalar ser de DN 813, acero X42 y espesor 8,7 mm.

2,1⋅ 10 5 ⋅ 54,87 = 0,589 Pcrit ( N/mm2 ) = 32 ⋅ 0,253 ⋅ 2 ⋅ 804,3 3 c) Hipótesis III: pandeo, colapso o abolladura 33 0,102 ⋅ 97,20 0,4033 0,102 ⋅ 97,20⋅ver ⋅ 0,4033 La carga crítica de⋅ pandeo (según Luscher, apartado 4.2.1.5), acciod(m) ==1,2 ==las 0,061 d(m) 1,2 ⋅ 0,061 2,1 ⋅ 21,84 ⋅ 10 0,06 2,1⋅ 10 ⋅ 108 8de ⋅ 21,84 ⋅ 109 9++ 0,06⋅ 2000 ⋅ 2000⋅ 0,4033 ⋅ 0,40333 3 nes totales y el coeficiente seguridad valen):

f = 1 (supuesto Hw=0) 1 = 0,47 (1+4 e–0,213 x 6) 33 0,102 0,102⋅ 97,20 ⋅ 97,20⋅ 0,4021 ⋅ 0,4021 2 2 d(m) ==1,2 ⋅=⋅ 2 N/mm ==0,039 0,039 d(m) 1,2 E´=2.000 kN/m 88 99 33 2,1 ⋅ 10 2,1 ⋅x54,874 ⋅ 10 2++0,06 0,06⋅ 2000 ⋅ 2000⋅ 0,4021 ⋅ 0,4021 2 ⋅ 10 E = 2,1 x 108 kN/m =⋅ 10 2,1⋅ 54,874 105 N/mm B´=

I = 8,73/12 = 54,87 mm3 Dm = 813-8,7 = 804,3 mm

2,1 2,1⋅ 10 ⋅ 105 5⋅ 54,87 ⋅ 54,87 0,816 0,47 ⋅ 2 ==0,589 PP N/mm2 2) )== 32 32⋅ 0,253 0,589 ⋅ 0,253 ⋅ 2⋅ ⋅ ( (N/mm crit crit 804,3 804,33 3

267

Ejemplo 35 (Cont)

97,20 2 2 97,20 = 0,12 qe q = 0,12 ( N/mm ) =) = e ( N/mm 813 813

0,589 P P 0,816 0,589 6,80 4,9 ≥ 2,5 CC 4,9 = = crit crit= = == ≥ 2,5 0,12 qe qe 0,12

Por lo tanto, para resistir las solicitaciones de este ejemplo, sería necesario un tubo de acero X42, DN 813 y espesor 8,7 mm, que son los parámetros de clasificación de esta tipología de tubos (ver apartado 3.3.2.2).

4.2.4 Tubos de hormigón En esta Guía Técnica se han recogido los criterios que para el dimensionamiento estructural de los tubos de hormigón figuran en la IET-80 y en las vigentes normas UNE-EN al respecto. En cualquier caso, en los tubos de hormigón, en general, la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la tabla adjunta. Para el diseño de los tubos de hormigón pretensado existe también la norma AWWA C 304-99, si bien en España no es de uso habitual. A diferencia de lo realizado en otros materiales, no es posible resumir los resultados del cálculo en forma de figuras, tablas o ejemplos, habida cuenta que los tubos de hormigón no se clasifican como los restantes tubos respecto a uno o dos parámetros, sino que dependen de las características propias de cada diseño (cuantías de armaduras, separaciones, espesores, etc.). El cálculo mecánico de estos tubos no es, por tanto, fácilmente simplificable en forma de figuras, sino que debe ser realizado en detalle (con la ayuda de programas informáticos) para cada aplicación en particular. Por ello, no se ha incluido en este apartado un ejemplo de dimensionamiento completo de una tubería de hormigón, de manera análoga a como se ha hecho en el resto de tipologías

Tabla 87. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos de hormigón Combinación de acciones

Solicitación determinante

Tubos aéreos

Hipótesis I Hipótesis II

Presión interna Acciones gravitatorias

Estado tensional Estado tensional y deformaciones

Tubos enterrados

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III

Presión interna Acciones externas Presión interna y acciones externas

Estado tensional Estado tensional Estado tensional

268

4.2.4.1 Tubos aéreos Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de hormigón instalados entre apoyos son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, debe comprobarse que la MDP no excede la presión para la que esté diseñado el tubo. – Hipótesis II. Acciones gravitatorias (estado tensional y deformaciones) En general, para la hipótesis pésima de carga debe comprobarse que no se rebasen los estados límites últimos ni los de utilización, de acuerdo con lo indicado en las vigente EHE. Debe también verificarse que la deformación que pueda producirse en los tubos instalados entre apoyos no supera la admisible, entendiendo como tal la que hace que se alcancen las desviaciones tolerables por las uniones.

4.2.4.2 Tubos enterrados Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de hormigón instalados enterrados son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna (estado tensional) La comprobación de los tubos enterrados sometidos a la sola acción de la presión hidráulica interior es como en el anterior caso de los tubos aéreos – Hipótesis II y III. Acciones externas y acción conjunta de la presión interna y de las acciones externas (estado tensional) Los tubos deben dimensionarse para que, en la hipótesis pésima de carga, no se rebasen los estados límites últimos ni de utilización, de acuerdo con lo indicado en la vigente EHE. La hipótesis pésima de carga es la definida en el apartado 4.2.1.3 y según los casos corresponderá a situaciones de tubería vacía (actuación única de las acciones externas) o de tubería en servicio (actuación conjunta de las acciones externas y de la presión interna). El dimensionamiento transversal de los tubos se recomienda se realice de acuerdo con los criterios que a continuación se indican para cada tipo de tubo. Los coeficientes de seguridad C serán los correspondientes a un nivel de control intenso, para el acero, el hormigón y la ejecución. Durante la ejecución, transporte y colocación de la tubería, no deberá sobrepasarse la solicitación máxima.

269

Además, para el dimensionamiento a flexión transversal de los tubos puede seguirse, a título orientativo, lo expuesto en el anejo 4 cálculo mecánico de la IET-80. a) Tubos de hormigón armado sin camisa de chapa. El estado límite de rotura de una sección se define por su agotamiento resistente o su deformación plástica excesiva. El estado límite de aparición de fisuras se define por un valor máximo de la tensión de tracción del hormigón. Ambas situaciones se comprobarán en las secciones de base, riñones y clave, de acuerdo con sus respectivas solicitaciones. Se adoptarán como cuantías de armaduras transversales los valores máximos obtenidos para el interior y el exterior de las mencionadas secciones. Con el fin de estar en buenas condiciones respecto a la fisuración, se limita la tensión de tracción del hormigón, en la sección homogeneizada del tubo, al valor fct/C, siendo C un coeficiente de seguridad que depende principalmente del grado de control y de la función que haya de desempeñar la tubería (unos valores habituales del coeficiente de seguridad C figuran, por ejemplo, en el anejo 4 cálculo mecánico de la IET-80) y fct la resistencia a tracción del hormigón. b) Tubos de hormigón armado con camisa de chapa. El estado límite de rotura de una sección se define por su agotamiento resistente o su deformación plástica excesiva y el estado límite de fisuración controlada se define por la aparición de la primera fisura, de 0,2 mm de abertura y 0,30 m de longitud ininterrumpida. Ambos estados se comprobarán en las secciones de base, riñones y clave, de acuerdo con sus respectivas solicitaciones. Las cuantías de chapa y de armadura transversal a adoptar se recomienda sean los valores máximos obtenidos para el interior y el exterior de las mencionadas secciones. Con el fin de estar en buenas condiciones respecto al estado límite de fisuración controlada, debe cumplirse que la tensión de trabajo del acero en servicio no supere el valor de 130 N/mm2, con independencia del valor del límite elástico del acero. Los valores máximos de los diámetros de las armaduras, de los espesores de chapa y de la cuantía, pueden ser, a título orientativo, los que figuran en el apartado b.2. del epígrafe 4 del anejo 4 cálculo mecánico de la IET-80. c) Tubos de hormigón pretensado con camisa de chapa. Debe comprobarse que se cumplan, una vez que han tenido lugar todas las pérdidas, las condiciones siguientes: – El hormigón del primario esté sometido a una compresión igual o superior 0,49 N/mm2 ≈ 0,5 N/mm2. – La tensión en el alambre de pretensar no supere su tensión de zunchado. – El hormigón del revestimiento no esté sometido a una tracción superior a la máxima admisible, fct.

270

En el proceso de zunchado del núcleo se tendrán en cuenta las condiciones siguientes: – Que durante el zunchado, la tensión del alambre no supere el 80% del valor característico de la carga unitaria de rotura del acero de las armaduras activas (fmax). – Que inmediatamente después de terminado el zunchado, la fuerza de tesado proporcione a las armaduras activas una tensión no mayor que 0,75 fmax. – Que la compresión del hormigón del primario no supere el 0,60 de la resistencia característica a compresión del hormigón en ese momento. – Que en la chapa no se supere el 80% del límite elástico característico del acero (Le min). – Que la tracción longitudinal transitoria, producida durante el postensado transversal, y que no es absorbida por la resistencia admisible del hormigón del núcleo, lo sea mediante la chapa. En el estado final de postensado, y a efectos de cálculo, se cumplirá además: – Que el valor característico final de postensado adoptado (el obtenido una vez deducidas todas las pérdidas) no sea superior al que corresponde a una tensión en las armaduras activas igual a 0,60 fmax. d) Tubos de hormigón pretensado sin camisa de chapa Debe comprobarse que se cumplan, una vez que han tenido lugar todas las pérdidas, las condiciones siguientes: – El hormigón del primario esté sometido a una compresión igual o superior a 0,49 N/mm2 – La tensión en el alambre de pretensar no supere su tensión de zunchado. – El hormigón del revestimiento no esté sometido a una tracción superior a la máxima admisible, fct. En el proceso de zunchado del núcleo se tendrán en cuenta, además las condiciones siguientes: – Que durante el zunchado, la tensión del alambre no supere el 0,80 fmax. – Que inmediatamente después de terminado el zunchado, la fuerza de tesado proporcione a las armaduras activas una tensión no mayor que 0,75 fmax. – Que la compresión del hormigón del primario no supere el 0,60 de la resistencia característica a compresión del hormigón en ese momento.

271

– Que la tracción longitudinal transitoria, producida durante el pretensado transversal, y que no es absorbida por la resistencia admisible del hormigón del núcleo, lo sea mediante las correspondientes armaduras longitudinales o un pretensado longitudinal. En el estado final del pretensado, y a efectos de cálculo, se cumplirá además: – Que el valor característico final de pretensado adoptado (el obtenido una vez deducidas todas las pérdidas) no sea superior al que corresponde a una tensión en las armaduras activas igual a 0,60 fmax. Además, en general, para la hipótesis pésima de carga, la armadura longitudinal de los tubos de hormigón pretensado sin camisa de chapa se dimensionará para que sea capaz de absorber, en parte, las tracciones transitorias producidas durante el zunchado. Además de todo lo anterior, cuando a juicio del proyectista, y como consecuencia de las condiciones de apoyo de los tubos, pudieran resultar solicitaciones significativas de flexión longitudinal sobre los mismos, deberá comprobarse que no se rebasen los estados límites últimos ni los de utilización, de acuerdo con lo indicado en las vigente EHE y en la IET80. Esta comprobación tiene mayor interés cuanto menor es el diámetro del tubo.

4.2.5 Tubos de PVC-U Los tubos de PVC-U suelen instalarse enterrados por lo que, en general, en estos tubos, la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la Tabla 88.

Tabla 88. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos de PVC-U

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III Hipòtesis IV

Combinación de acciones

Solicitación determinante

Presión interna positiva Acciones extermas y presión interna positiva Acciones externas Acciones externas

Estado tensional Estado tensional y deformaciones Estado tensional y deformaciones Pandeo o colapsado

El dimensionamiento mecánico de los tubos de PVC-U se recomienda realizarlo según el método de la norma ATV 127:2000, recogido en UNE 53331:1997 IN. Dicho método tiene un desarrollo muy complejo (interviniendo en el cálculo muchos parámetros de gran detalle, como el módulo de compresión del relleno en la parte superior, inferior o lateral de la tubería, el coeficiente de empuje lateral de las tierras, etc.), por lo que en la presente Guía Técnica no se han recogido más que las líneas básicas del mismo, debiendo consultarse la norma UNE 53331:1997 IN si se desea ver la formulación completa.

272

Además, por lo complejo del mismo, para su aplicación en el dimensionamiento de estos tubos suelen emplearse programas informáticos desarrollados para ordenadores personales. Por todo ello, la notación empleada en este apartado es algo diferente a la del resto del documento, ya que se ha optado por seguir la utilizada en UNE 53331:1997 IN. En particular, se entiende que cuando dicha norma habla de “esfuerzo tangencial” se refiere a la tracción producida por una flexión. Conforme a la terminología de UNE 53331:1997 IN, la clase de seguridad A corresponde al caso general (amenaza de capa freática; reducción de servicio o fallos con consecuencias económicas notables), mientras que la clase B es para los casos especiales (sin amenaza de capa freática; débil reducción de servicio o fallos con consecuencias económicas poco importantes). También es importante precisar que no es lo mismo el “esfuerzo tangencial” admisible a flexotracción (50 N/mm2 a largo plazo) que el MRS (que se refiere solo a la resistencia a tracción, 25 N/mm2, ver Tabla 40).

– Hipótesis I. Presión interna positiva (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, debe comprobarse que la DP no excede el valor de la PN del tubo, de acuerdo con la serie de valores indicados en el apartado 3.5.2.2. En la Fig. 75 se representan las presiones de servicio admisibles DP en función del diámetro nominal del tubo. Dichos valores están calculados sobre la base de un coeficiente de seguridad C 2 ó 2,5, según diámetros (ver Tabla 40).

Ejemplo 36

Debe también comprobarse que la tubería es capaz de resistir las sobrepresiones debidas al golpe de ariete (ver el Ejemplo 13 y los comentarios incluidos en el apartado 3.5.2.1).

Por ejemplo, un tubo de PVC-U de DN 600 mm que vaya a estar sometido a una DP de 1,1 N/mm2, bastará con ser de la serie de presiones PN 12,5 (que corresponde a la serie de espesores S10). No obstante, además, debería comprobarse que las sobrepresiones producidas debidas al golpe de ariete sean también soportables por el tubo, conforme a lo explicado en el Ejemplo 13 y en los comentarios incluidos en el apartado 3.5.2.1.

273

Presión de diseño DP (N/mm2)

3,0

PN 6 (S20)

2,5

PN 7,5 (S16,7)

2,0

PN 8 (S16)

1,5

PN 10 (S12,5)

1,0

PN 12,5 (S10)

0,5

PN 16 (S8)

0,0

PN 20 (S6,3) 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000 PN 25 (S5)

DN

Fig. 75. Presiones de diseño (DP) admisibles en función de PN en los tubos de PVC-U

– Hipótesis II. Acciones externas y presión interna positiva (estado tensional y deformaciones) Debe comprobarse que, actuando conjuntamente ambas acciones, el coeficiente de seguridad C a largo plazo para los esfuerzos tangenciales a flexotracción en clave, riñones y base es superior al valor admisible, conforme los valores indicados en la Tabla 89, y que la deformación producida es inferior al 5% del diámetro del tubo (UNE 53.331:1997 IN, apartado 5).

Tabla 89.Esfuerzo tangencial a flexotracción admisible y coeficiente C en tubos de PVC-U (UNE 53331:1997 IN) Esfuerzo tangencial de diseño a flexotracción (N/mm2) Corto plazo Largo plazo

90 50

Coeficiente de seguridad C Clase de seguridad A Clase de seguridad B

2,50 2,00

La determinación de estos esfuerzos tangenciales suele realizarse en España mediante la siguiente expresión, calculando los parámetros que en ella intervienen según el método de la norma ATV 127:2000, el cual se encuentra desarrollado en UNE 53331:1997 IN.

 N 100M  σ = 10 ± αk  W S  σ N

esfuerzo tangencial, en N/mm2 suma de fuerzas axiles por unidad de longitud (kN/m)

δ = Cv 274

q ct − q h 100 St

N=Nqvt + Nqh + Nqht + Nt + Na + NPa Nqvt , Nqh, Nqht, Nt, Na, NPa axiles debidos a la acción del terreno (carga vertical, qvt, carga horizontal, qh y reacción horizontal, qht), a las acciones gravitatorias (peso propio del tubo, qt y peso del agua contenida en su interior, qa) y a la presión interior, qPa M suma de momentos por unidad de longitud (kNm/m) M=Mqvt + Mqh + Mqht + Mt + Ma + MPa Mqvt , Mqh, Mqht, Mt, Ma, MPa momentos debidos a la acción del terreno (carga vertical, qvt, carga horizontal, qh y reacción horizontal, qht), a las acciones gravitatorias (peso propio del tubo,qt y peso del agua contenida en su interior, qa) y a la presión interior, qPa S área de la sección de la pared del tubo por unidad de longitud (cm2/m) S=100 e W momento resistente de la sección (cm3/m) W=100e2/6  N 100M  αk factor de corrección por curvatura σ = 10 ± αk  W S  Al igual que la comprobación del estado tensional, el estado deformacional de los tubos de PVC-U suele realizarse en España desarrollada en la 100M la formulación  N según  σ = 10ATV αk  norma UNE 53331:1997 IN (método  S ±127:2000): W  

δ = Cv δ Cv qvt qh St

q % − qh deformación vertical a largo plazo, en δ = C v ct 100 coeficiente de deformación St presión vertical total sobre el tubo, en kN/m2 presión lateral de tierras, en kN/mE2  e  3 t rigidez a largo plazo del tubo,S ten= N/mm  2 12  rm  St =

Et e rm DN

– qhh qqctvt − 100 St

Et  e    12  rm 

3

módulo de elasticidad a largo plazo del tubo, en N/mm2 espesor de la pared del tubo, en mm radio medio del tubo, en mm diámetro nominal tubo, en mm

Es importante destacar que, para esta hipótesis pésima de carga (actuación conjunta de las acciones interiores y exteriores), prácticamente siempre es más limitante el estado tensional que el deformacional.

275

Ejemplo 37

En las figuras adjuntas se han dibujado las alturas de enterramiento que dejan fuera de servicio a las tuberías de PVC-U por exceder el valor de la tensión admisible (50 N/mm2), calculadas conforme a lo indicado en la norma UNE 53331:1997 IN, en la hipótesis de actuación conjunta de presión interior y cargas externas, en las siguientes condiciones: – – – – – – – –

Densidad del relleno: 20 kN/m3 Coeficiente de empuje lateral de las tierras: K1=0,5 y K2=0,2 Sin tráfico Zanja estrecha ataluzada con ángulo de 75° Apoyo en cama granular con ángulo de 60° ó 90° Dos hipótesis de compactación del relleno (ver tabla adjunta) Presión interior actuante igual a la PN del tubo Coeficiente de seguridad 2,50 (clase de seguridad A)

Dicho cálculo se ha realizado mediante un programa de ordenador (Asetub, 2002) y, al igual que en los restantes materiales, los resultados hay que entenderlos únicamente como orientativos, debiendo en cada caso particular realizar el cálculo en detalle, especialmente en las zonas frontera de las curvas. La consideración de tráfico rodado (o en general de cargas puntuales), también como en el resto de tipologías supone tener que garantizar profundidades de enterramiento superiores a un metro. En este caso, además, los cálculos de las alturas de enterramiento máximas correspoden a la hipótesis de que el tubo esté solicitado por una presión interior igual a la PN del tubo, lo que supone una hipótesis conservadora, ya que habitualmente la presión real será algo menor que la propia PN y, en consecuencia, el estado tensional menor y la alturas de enterramiento admisibles algo mayores (ver Fig. 67). El cálculo en detalle conforme a UNE 53331:1997 IN no debe, por tanto, en ningún caso, obviarse ya que las variables son muchas y las figuras adjuntas no son más que una referencia orientativa. De esta forma, por ejemplo, si un tubo de DN 600 mm va a instalarse enterrado con un ángulo de apoyo de 60º y sometido a una DP de 0,6 N/mm2 (PN 6, por tanto) y no hay garantías de la compactación del relleno, no deberían de excederse profundidades de unos 0,75 metros (Fig 76 abajo a la derecha). Si tiene que ser instalado con un cubrimiento de tierras de 2 metros, deberá ser de la serie de presiones PN 16 (serie de espesores S8), aunque por presión interior bastase con un PN 6 (serie S20).

276

Compactación Proctor Normal (%) Ángulo de rozamiento interno del relleno (ρ) Valor de cálculo del ángulo de rozamiento interno del relleno (ρ´) Módulo de compresión del relleno en la parte superior del tubo (E1) Módulo de compresión del relleno alrededor del tubo (E2) Módulo de compresión del terreno en la zona lateral del tuno (E3) Módulo de compresión del terreno en la zona inferior del tubo (E4)

Ángulo de apoyo 90° Relleno bien compactado

Compactación alta

Compactación baja

97% 25° 25° 8,0 N/mm2 8,0 N/mm2 10,0 N/mm2 10,0 N/mm2

85% 25° 8,33 ° 1,2 N/mm2 1,2 N/mm2 1,2 N/mm2 10,0 N/mm2

Ángulo de apoyo 90° Relleno mal compactado PN 6 (SDR41; S20)

8

8

7

7

8 6

8 6

7 5

7 5

6 4 5 3 4 2

PN 6 (SDR41; S20)

3 1

PN 10 (SDR26; S12,5) 2 0

PN 6 (SDR41; S20) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 PN 10 (SDR26; S12,5)

0

1

Alturra deAlturra tierrasde (m)tierras (m)

Alturra deAlturra tierrasde (m)tierras (m)

PN 10 (SDR26; S12,5) PN 16 (SDR17; S8) PN 6 (SDR41; S20) PN 10 (SDR26; S12,5) PN 16 (SDR17; S8)

6 4 5 3 4 2 3 1 2 0

0

1

DN 0 8

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

6 4

PN 10 (SDR26; S12,5) PN616 (SDR17; S8) PN (SDR41; S20) PN 10 (SDR26; S12,5)

4 2

PN 16 (SDR17; S8)

3 1 2 0

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

0

DN

Alturra deAlturra tierrasde (m)tierras (m)

PN 6 (SDR41; S20)

Ángulo de apoyo 60°. Relleno mal compactado

S20) 100 200 300 400 500 PN 6006 (SDR41; 700 800 900 1000 PN 10 (SDR26; S12,5)

DN PN 16 (SDR17; S8) PN 6 (SDR41; S20)

8 6

7 5

1

8 0

7

DN

8 6

5 3

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

Ángulo de apoyo 60°. Relleno bien compactado

0

7

Alturra de tierrasde(m) Alturra tierras (m)

Ejemplo 37 (Cont.)

Tabla 90. Hipótesis consideradas de compactación en las zanjas

PN 10 (SDR26; S12,5)

7 5

PN 16 (SDR17; S8)

6 4 5 3 4 2 3 1 2 0 1

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

Fig .76 ). Alturas máximas de enterramiento en los tubos de PVC-U en la hipótesis de acción conjunta de las cargas internas y externas

277

– Hipótesis III. Acciones externas (estado tensional y deformaciones) Debe comprobarse que, actuando únicamente las acciones externas al tubo, el coeficiente de seguridad C a largo plazo para los esfuerzos tangenciales a flexotracción en clave, riñones y base es superior al valor admisible, conforme los valores indicados en la Tabla 89, y que la deformación producida es inferior al 5% del diámetro del tubo (UNE 53.331:1997 IN, apartado 5). Para esta hipótesis pésima de carga III (actuación única de las acciones exteriores) puede ser limitante tanto el estado deformacional como el tensional (cuando el relleno de la zanja está poco o mal compactado suelen condicionar las deformaciones y, caso contrario, las tensiones).

Ejemplo 38

No obstante, en cualquier caso, esta hipótesis III (deformaciones o tensiones producidas por las acciones externas) suele ser menos condicionante que la anterior II (estado tensional o deformacional causado por las acciones internas y externas).

En las figuras adjuntas se han dibujado las alturas de enterramiento que dejan fuera de servicio a las tuberías de PVC-U bien por exceder el valor de la tensión máxima (50 N/mm2) o bien por sobrepasar la deformación admisible (5% del DN), calculadas conforme a lo indicado en la norma UNE 53331:1997 IN, en la hipótesis de actuación única de las cargas externas y en las mismas condiciones que las del Ejemplo 37 (la línea gruesa representa que la solicitación condicionante es la tensión y la línea fina la deformación). La figura de arriba a la izquierda (ángulo de apoyo 90°; relleno bien compactado) se ha representado a otra escala, ya que las alturas de enterramiento que dejan fuera de servicio a los tubos en esas condiciones (en este caso por superar el estado tensional) son muy elevadas. De esta forma, y continuando con el Ejemplo 37 , si ese tubo de DN 600 mm va a instalarse enterrado con un ángulo de apoyo de 60° y no hay garantías de la compactación del relleno, no deberían de excederse profundidades de unos 3,40 metros (figura de abajo a la derecha) en la hipótesis de actuación única de las cargas externas . Por tanto, es condicionante la hipótesis de actuación conjunta de cargas internas y externas (ver Ejemplo 37), ya que, en esas condiciones, la máxima altura de enterramiento no debía exceder los 0,75 metros.

278

Ángulo de apoyo 90°. Relleno mal compactado 8

7

7

6

6

5 PN6 (SDR41; S20) 4 3 2

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

Ejemplo 38 (Cont.)

Ángulo de apoyo 90°. Relleno bien compactado 8

1 0

5 4 3 2

PN6 (SDR41; S20)

1

PN10 (SDR26; S12,5)

0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

DN

DN

Ángulo de apoyo 60°. Relleno bien compactado

8

8 7

8 7

7 6

7 6

6 5

6 5

5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 00 0

PN6 (SDR41; S20)

PN6 (SDR41; S20)

Alturradedetierras tierras(m) (m) Alturra

Alturradedetierras tierras(m) (m) Alturra

8

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

PN10 (SDR26; S12,5)

2 1 1 0 00 0

PN6 (SDR41; S20) PN10 (SDR26; S12,5)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN DN

Fig. 77. Alturas máximas de enterramiento en los tubos de PVC-U 8 PN6 (SDR41; S20) en la hipótesis de acción única de las cargas externas

7

7

6

6

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

Ángulo de apoyo 60°. Relleno mal compactado PN6 (SDR41; S20)

5 4 4 3 3 2

DN DN 8

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

PN10 (SDR26; S12,5)

5 – Hipótesis IV. Acciones externas y presión interna 5negativa (pandeo o colapsado) 4

4

Ante la actuación conjunta de las cargas externas y de las posibles presiones internas 3 negativas, debe comprobarse que el coeficiente de3seguridad C frente al pandeo alcan(SDR41; S20) en la Tabla 89, 2lo cual puede comprobarse mediance al menos2 los valoresPN6 indicados te la siguiente expresión 1 1 Pcrit Pcrit ≥ C 0 0 C q vt900 ≥ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 q vt DN

DN

Pcrit carga crítica de pandeo, en N/mm2. Puede calcularse mediante la expresión (UNE 53331:1997 IN):

Pcrit = S t ⋅ Ssh Pcrit = S t ⋅ Ssh

279

Ejemplo 39

qvt C St Ssh

presión vertical total sobre el tubo, en kN/m2 coeficiente de seguridad (iguales valores que los de la Tabla 89) rigidez circunferencial específica a largo plazo, en N/mm2 rigidez horizontal del relleno hasta la clave del tubo (ver UNE 53331:1997 IN, apartado 4.1.2), en N/mm2.

En este ejemplo se persigue mostrar los pasos a seguir en el dimensionamiento mecánico completo de una tubería de PVC-U enterrada (sin acción del tráfico) de las siguientes características: Diámetro nominal 450 mm DP 0,8 N/mm2 MDP 1,05 N/mm2 Altura de enterramiento: 4 metros Sin tráfico Zanja estrecha (ancho de 1,7 m) ataluzada con ángulo de 75° Apoyo en cama granular con ángulo de 60º Coeficiente de seguridad 2,00 (clase de seguridad B) Relleno medianamente cohesivo, compactado por capas en toda la altura de la zanja y con las características que se indican en la tabla adjunta Tabla 91. Hipótesis consideradas de compactación en las zanjas Compactación Proctor Normal (%) 97% Ángulo de rozamiento interno del relleno (ρ) 25° Densidad 20 kN/m3 Valor de cálculo del ángulo de rozamiento interno del relleno (ρ´) 25° 0,5 Coeficiente de empuje lateral K1 (sobre la generatriz superior del tubo) Coeficiente de empuje lateral K2 (hasta la generatriz superior del tubo) 0,2 8,0 N/mm2 Módulo de compresión del relleno en la parte superior del tubo (E1) Módulo de compresión del relleno alrededor del tubo (E2) 8,0 N/mm2 Módulo de compresión del terreno en la zona lateral del tuno (E3) 10,0 N/mm2 Módulo de compresión del terreno en la zona inferior del tubo (E4) 10,0 N/mm2

Las hipótesis pésimas de carga que deben comprobarse son las siguientes: a) Hipótesis I: Actuación única de la presión interna En este caso, debe seleccionarse un tubo capaz de resistir una DP de 0,8 N/mm2 y una MDP de 1,05 N/mm2, lo que obliga a seleccionar un tubo de PN 10 (ó SDR26, S12,5), ya que es el primer valor normalizado superior a 0,8 N/mm2. La sobrepresión debida al golpe de ariete es moderada (en torno al 30%), por lo que es soportable por el tubo de PVC-U (ver comentarios incluidos en el apartado 3.5.2.1.).

280

Ejemplo 39 (Cont.)

b) Hipótesis II: Actuación conjunta de la presión interna (MDP) y de las acciones externas En este caso, aplicando el método de la norma ATV 127:2000 (desarrollado en UNE 53331:1997 IN), bien operando manualmente toda la formulación en él incluida o bien mediante algún programa de ordenador diseñado al respecto, se obtiene que el estado tensional a largo plazo y, en consecuencia el coeficiente de seguridad C, es el que se indica en la tabla adjunta.

Tabla 92. Resultados obtenidos en el dimensionamiento de un tubo de PVC-U en la hipótesis II Esfuerzo tangencial de cálculo (N/mm2)

Esfuerzo tangencial máximo (N/mm2)

Coeficiente de seguridad C

Coeficiente de seguridad mínimo C

Clave

15,16

50,00

3,29

2,00

Riñones

10,56

50,00

4,73

2,00

Base

19,27

50,00

2,59

2,00

En esta hipótesis, además, la deformación circunferencial producida es del 0,93%, inferior a la admisible (5%). Por todo ello, la instalación es válida en esta hipótesis con el tubo seleccionado de DN 450 mm y PN 10. c) Hipótesis III: Actuación exclusiva de las acciones externas En este caso, aplicando de nuevo el método de la norma ATV 127:2000 (desarrollado en UNE 53331:1997 IN), bien operando manualmente toda la formulación en él incluida o bien mediante algún programa de ordenador diseñado al respecto (Asetub, 2002, en este caso), se obtiene que la deformación circunferencial producida es también del 0,93%, inferior a la admisible (5%) y el estado tensional y el coeficiente de seguridad el mostrado en la tabla adjunta. Tabla 93. Resultados obtenidos en el dimensionamiento de un tubo de PVC-U en la hipótesis III Esfuerzo tangencial de cálculo (N/mm2)

Esfuerzo tangencial máximo (N/mm2)

Coeficiente de seguridad C

Coeficiente de seguridad mínimo C

Clave

2,20

50,00

22,64

2,00

Riñones

–2,36

50,00

21,12

2,00

Base

6,32

50,00

7,91

2,00

281

Ejemplo 39 (Cont.)

Por todo ello, en esta hipótesis, la instalación es también válida con el tubo seleccionado de DN 450 mm y PN 10. d) Hipótesis IV: Colapsado o abolladura Por último, y aplicando de nuevo el método de la norma ATV 127:2000 (desarrollado en UNE 53331:1997 IN) bien operando manualmente todas la formulación en él incluida o bien mediante algún programa de ordenador diseñado al respecto, se obtiene que el coeficiente de seguridad ante el colapso es de 29,74, muy superior al admisible. Por lo tanto, para resistir las solicitaciones de este ejemplo, sería necesario un tubo de PVC-U de 450 mm de DN y PN 10, los cuáles son los parámetros de clasificación de esta tipología (ver apartado 3.5.2.2). De forma orientativa, la misma conclusión podría haberse obtenido de la observación de la Fig. 75, de la Fig. 76 (abajo a la izquierda), y de la Fig. 77 (también abajo a la izquierda).

4.2.6 Tubos de PE El dimensionamiento mecánico de los tubos de PE es análogo al de los de PVC-U, recomendándose realizarlo también conforme a lo especificado por la norma UNE 53331:1997 IN. Por ello, en los tubos de PE la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la tabla adjunta (los tubos de PE tampoco suelen instalarse aéreos).

Tabla 94. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos enterrados de PE

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III Hipótesis IV

282

Combinación de acciones

Solicitación determinante

Presión interna positiva Acciones externas y presión interna positiva Acciones externas Acciones externas y presión interna negativa

Estado tensional Estado tensional y deformaciones Estado tensional y deformaciones Pandeo o colapsado

Mientras que en los tubos de PVC-U la hipótesis pésima de carga casi siempre corresponde al estado tensional causado bien por la sola acción de la presión interior o combinada con las acciones externas, en los tubos de PE es muy frecuente que el cálculo mecánico quede condicionado por las deformaciones alcanzadas bien por la acción exclusiva de las cargas exteriores o bien en combinación con la presión interior, por lo que su comprobación es fundamental. No se ha incluido un ejemplo de dimensionamiento mecánico completo para esta tipología, puesto que el procedimiento es exactamente el mismo que para los tubos de PVC-U desarrollado en el anterior apartado 4.2.5 (ver Ejemplo 39), símplemente cambiando las características del material que, obviamente, son distintas en este caso.

– Hipótesis I. Presión interna positiva (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna, debe comprobarse que la DP no excede el valor de la PN del tubo, de acuerdo con la serie de valores indicados en el apartado 3.6.2.2. En la Fig. 78 se representan las presiones de servicio admisibles DP en función del diámetro nominal del tubo y del tipo de PE. Dichos valores están calculados sobre la base de un coeficiente de seguridad C 1,25 (ver apartado 3.6.3). Debe también comprobarse que la tubería es capaz de resistir las sobrepresiones debidas al golpe de ariete (ver el Ejemplo 13 y los comentarios incluidos en el apartado 3.6.2.1).

DP (N/mm 2 )

3,0

PE 100

PN 4 (S20)

2,5

PN 5 (S16)

2,0

PN 8 (S10)

1,5

PN 10 (S8)

1,0

PN 12,5 (S6,3)

0,5

PN 16 (S5)

0,0

PN 20 (S4) 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

PN 25 (S3,2)

DN 3,0 Fig.

DP (N/mm 2 )

2,5 2,0 1,5

78. Presiones de diseño (DP) admisibles en función de PN en los tubos de PE PE 80

PN 3,2 (S20) PN 4 (S16) PN 5 (S12,5) PN 8 (S8)

1,0 PN 10 (S6,3) 0,5 PN 12,5 (S5) 0,0

283

0,5 PN 20 (S4)

0,0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

PN 25 (S3,2)

DN 3,0

PE 80 PN 3,2 (S20)

DP (N/mm 2 )

2,5

PN 4 (S16)

2,0

PN 5 (S12,5)

1,5

PN 8 (S8) 1,0 PN 10 (S6,3) 0,5 PN 12,5 (S5) 0,0 PN 16 (S4) 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

DN

PN 20 (S3,2)

DP (N/mm 2 )

3,0

PE 63

2,5

PN 2,5 (S20)

2,0

PN 3,2 (S16) PN 4 (S12,5)

1,5

PN 5 (S8,3) 1,0 PN 8 (S6,3) 0,5 PN 10 (S5) 0,0 0

100

200

300

400

DN

500

600

700

800

900

1000

PN 12,5 (S4) PN 16 (S3,2)

3,0

PE 40 PN 1,6 (S20)

2,5

DP (N/mm 2 )

PN 2,5 (S12,5) 2,0 PN 3,2 (S10) 1,5 PN 4 (S8,3) 1,0 PN 5 (S6,3) 0,5 PN 8 (S4) 0,0 PN 10 (S3,2) 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

DN

Ejemplo 40

Fig. 78 (Cont.). Presiones de diseño (DP) admisibles en función de PN en los tubos de PE

Una tubería de PE de DN 400 mm que vaya a estar sometida a una DP de 1,5 N/mm2 no podrá ser de PE40, sino que habrá de seleccionarse de PE 63, 80 ó 100. En cualquier caso, deberá ser de PN 16, equivalente a una serie de espesores S5, S4 ó S3,2 según se trate, respectivamente, de PE 100, 80 ó 63. Debe recordarse que existen distintos tipos de PE según sea el valor de su MRS, de forma que las series de espesores correspondientes a cada valor de PN son distintas de unos tipos a otros de PE. En el PE 100, por ejemplo, que es el más resistente, la serie de espesores S8 equivale a una PN 10 (capaz de resistir una presión de diseño de 1 N/mm2), mientras que con el PE40, se necesita una serie de espesores mucho mayor, la S 3,2, para alcanzar la misma presión de 1 N/mm2).

284

– Hipótesis II. Acciones externas y presión interna positiva (estado tensional y deformaciones) Debe comprobarse que, actuando conjuntamente ambas acciones, el coeficiente de seguridad C a largo plazo para los esfuerzos tangenciales a flexotracción en clave, riñones y base sea superior al valor admisible, conforme los valores indicados en la Tabla 95, y que la deformación producida sea inferior al 5% del diámetro del tubo (UNE 53331:1997 IN).

Tabla 95. Esfuerzo tangencial a flexotracción admisible y coeficiente C en tubos de PE (UNE 53331:1997 IN) Esfuerzo tangencial de diseño a flexotracción (N/mm2) Corto plazo Largo plazo

30,0 14,4

Coeficiente de seguridad C Clase de seguridad A 2,50 Clase de seguridad B 2,00

Conforme a la terminología de UNE 53331:1997 IN, la clase de seguridad A corresponde al caso general (amenaza de capa freática; reducción de servicio o fallos con consecuencias económicas notables), mientras que la clase B es para los casos especiales (sin amenaza de capa freática; débil reducción de servicio o fallos con consecuencias económicas poco importantes). En relación con el valor previsto en UNE 53331:1997 IN del esfuerzo tangencial admisible a flexotracción a largo plazo (14,4 N/mm2) es importante precisar que dicho valor es de aplicación únicamente para los antiguos polietilenos de alta o media densidad, PE50A y PE 50B, equivalentes aproximadamente al nuevo PE80 (ver Tabla 46). Para los nuevos PE 40, PE63, PE80 y PE100 las respectivas normas de producto no incluyen los valores de la resistencia a flexotracción del material, debiendo ser los respectivos fabricantes los encargados de facilitarlos. En cualquier caso, a su vez, debe recordarse que no es lo mismo la resistencia a flexotracción del material que la resistencia simplemente a tracción (MRS). Además, en este caso, puede haber bastante diferencia entre el coeficiente de seguridad C contemplado en UNE 53331:1997 IN para el caso de tubos sometidos a flexotracción (2 ó 2,50) que el previsto en prEN 12201:2001 o en prEN 13244:1998 para la sola acción de la tracción (como mínimo 1,25).

285

Ejemplo 41

La determinación de estos esfuerzos tangenciales suele realizarse en España mediante el método de la norma ATV 127:2000, el cual se encuentra desarrollado en UNE 53331:1997 IN y es el mismo que para los tubos de PVC-U (ver apartado 4.2.5).

En las figuras adjuntas se han representado (conforme a UNE 53331:1997 IN) las alturas de enterramiento que hacen que queden fuera de servicio los tubos de PE en la hipótesis de actuación conjunta de la presión interior y de las cargas externas. Corresponden al caso del antiguo PE50, equivalente, aproximadamente al nuevo PE80, supuesto un valor de la tensión admisible a largo plazo de 14,4 N/mm2 y un coeficiente C igual a 2), suponiendo que las condiciones de cálculo (tipo de relleno, compactación, apoyo, presión interior, etc.) sean las mismas que las indicadas en el Ejemplo 37. Las presiones hidráulicas que se han supuesto en el cálculo que soliciten a la tubería son las siguientes: Tubos de la serie S 20: 0,20 N/mm2 Tubos de la serie S 12,5: 0,32 N/mm2 Tubos de la serie S 8: 0,5 N/mm2 Se ha representado con línea fina las situaciones en las que la solicitación condicionante es la deformación y en línea gruesa cuando el estado tensional producido sea el que deja fuera de servicio a la tubería. Ángulo de apoyo 90°. Relleno bien compactado

Ángulo de apoyo 90°. Relleno mal compactado 8

8

S20

S 20

7

7

S 12,5

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

5 4 3 2

S 12,5 S8

6

6

5 4 3 2 1

1

0

0 0

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

DN 8

8

máximas en tubos de PE en la hipótesis Fig. 79. Alturas de enterramiento S 20 7 7 de actuación conjunta de presión interior y cargas externas S 12,5 6

S8

Alturra de tierras (m)

286

Alturra de tierras (m)

6 5 4 3 2 1

5 S 20

4

S 12,5 3

S8

2 1

0

0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Alturra

Alturra

3 2

2 1

1

0

0

Ángulo 60°. 100 200 300 400de 500apoyo 600 700 800 900 1000

0

0

Relleno bien DNcompactado

60°. 100 200Ángulo 300 400 de 500apoyo 600 700 800 900 1000 Relleno mal DN compactado

8

8 S 20

7

7

S 12,5 6

6

S8

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

Ejemplo 41 (Cont.)

3

5 4 3 2 1

5 S 20

4

S 12,5 3

S8

2 1

0

0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

Fig. 79 (Cont.). Alturas de enterramiento máximas en tubos de PE en la hipótesis de actuación conjunta de presión interior y cargas externas

En esta hipótesis pésima de carga (actuación conjunta de la presión interna y de las cargas externas), en los tubos de PE, en muchas ocasiones, el estado deformacional es limitante antes que el estado tensional, por lo que su comprobación es fundamental. – Hipótesis III. Acciones externas (estado tensional y deformaciones) Debe comprobarse que, actuando únicamente las acciones externas (terreno, sobrecargas móviles o fijas, y otras si existen) el coeficiente de seguridad C a largo plazo para los esfuerzos tangenciales a flexotracción en clave, riñones y base sea superior al admisible, conforme los valores indicados en la Tabla 95 y que la deformación producida sea inferior al 5% del DN.

Ejemplo 42

Al igual que la comprobación del estado tensional, las deformaciones en los tubos de PE en estos tubos suelen calcularse en España según la formulación desarrollada en UNE 53331:1997 IN (método ATV 127:2000), que es la misma que la descrita en el apartado 4.2.5 para los tubos de PVC-U. En las figuras adjuntas se han representado (conforme a UNE 53331:1997 IN) las alturas de enterramiento que hacen que queden fuera de servicio los tubos de PE en la hipótesis de actuación exclusiva de las cargas externas. Corresponden al caso del antiguo PE50, equivalente, aproximadamente al nuevo PE80, supuesto un valor de la tensión admisible a largo plazo de 14,4 N/mm2 y un coeficiente de seguridad C igual a 2, suponiendo que las condiciones de cálculo (tipo de relleno, compactación, apoyo, etc.) sean las mismas que las indicadas en el Ejemplo 37.

287

Ejemplo 42 (Cont.)

Se ha representado con línea fina las situaciones en las que la solicitación condicionante es la deformación y en línea gruesa cuando el estado tensional producido sea el que deja fuera de servicio a la tubería. Ángulo de apoyo 90°. Relleno bien compactado

Ángulo de apoyo 90°. Relleno mal compactado 8

8

7

7

S 20

S 20

S 20 12,5

6

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

6 5 4 3 2

8 S 12,5

5 4 3 2 1

1

0

0 0

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

DN

8

8

7

7

S 20

6

S 12,5

6

S 20

5

S 12,5

4 3 2

Alturra de tierras (m)

Alturra de tierras (m)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

S8

5 4 3 2 1

1

0

0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

DN

Fig. 80. Alturas de enterramiento máximas en tubos de PE en la hipótesis de actuación única de las cargas externas

En esta hipótesis pésima de carga (actuación única de las cargas externas), en los tubos de PE, prácticamente siempre el estado deformacional es limitante antes que el estado tensional. No obstante, suele ser más condicionante la hipótesis anterior (actuación conjunta de presión interna y acciones externas) que esta (solo acciones externas).

288

– Hipótesis IV. Acciones externas y presión interna negativa (pandeo o colapsado) Actuando tanto las acciones externas al tubo (terreno, sobrecargas móviles o fijas, nivel freático y otras si existen) como las posibles presiones internas negativas, debe hacerse la misma comprobación que la indicada en el apartado 4.2.5.

4.2.7 Tubos de PVC-O El dimensionamiento mecánico de los tubos de PVC-O es análogo al de los anteriores de PVC-U y de PE, estos es, recomendándose realizarlo también conforme a lo especificado por la norma UNE 53331:1997 IN (método de la norma ATV 127:2000).

En tanto en cuanto estos tubos no estén normalizados por CEN o por AENOR, las características del material necesarias para dicho cálculo mecánico (básicamente la resistencia a flexotracción y el módulo de elasticidad a largo plazo) están en estudio.

4.2.8 Tubos de PRFV El método de cálculo recomendado (así como los valores de cálculo propuestos) para el dimensionamiento mecánico de los tubos de PRFV es, básicamente, el que figura en el manual AWWA M45. Con ello, en los tubos de PRFV, la hipótesis pésima de carga y la solicitación condicionante, suelen corresponder a alguna de las combinaciones de acciones indicadas en la Tabla 96.

Tabla 96. Hipótesis pésima de carga y solicitaciones condicionantes en los tubos de PRFV

Tubos aéreos

Tubos enterrados

Combinación de acciones

Solicitación determinante

Hipótesis I Hipótesis II

Presión interna positiva Presión inerna negativa

Estado tensional Pandeo o colapsado

Hipótesis I Hipótesis II Hipótesis III

Presión interna positiva Acciones externas Acciones externas y presión interna positiva Acciones externas y presión interna negativa

Estado tensional Estado tensional y deformaciones Estado tensional

Hipòtesis IV

Pandeo o colapsado

289

4.2.8.1 Tubos aéreos Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de PRFV instalados entre apoyos son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna positiva (estado tensional) En la hipótesis de actuación única de la presión interna del agua, debe comprobarse que la DP y la MDP no exceden los valores de PFA y PMA, respectivamente, indicados en la Tabla 53, según cual sea la PN del tubo.

PN 4

PN 6

PN 10

PN 4

PN 6

PN 10

PN 12,5

PN 16

PN 20

PN 12,5

PN 16

PN 20

PN 25

PN 32

PN 25

PN 32

5,0

5,0

4,5

4,5

Presión máxima de diseño MDP (N/mm 2)

2) 2 Presión máxima diseño (N/mm Presión de de diseño DPMDP (N/mm )

En la Fig. 81 se representan los valores admisibles para las presiones DP y MDP en los tubos de PRFV, en función del diámetro nominal, DN.

4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

0

500

1.000

1.500

DN

2.000

2.500

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

DN

Ejemplo 21

Fig. 81. Valores admisibles de la presión de diseño (DP) y máxima de diseño(MDP) en los tubos de PRFV

290

Por ejemplo, un tubo de PRFV de 1.200 mm de diámetro que vaya a estar sometido a una DP de 1,7 N/mm2 y una MDP de 2,4 N/mm2, deberá ser como mínimo de la serie de presiones PN 20.

Ante la acción única de la presión interna positiva, debe también comprobarse que el alargamiento unitario producido (εpr) sea inferior al 0,65%, minorado por un coeficiente de seguridad C de 1,8. Esta verificación puede hacerse mediante la siguiente expresión: MDP MDP (OD (OD– –e)e)< <− −0,065 , 65 ε pr ε pr= =100 100 2Ee 2Ee 1,180 , 80 r r

εpr OD e er E MDP

alargamiento unitario debido a la presión interior positiva, en % diámetro exterior del tubo, en mm espesor de la pared del tubo, PP en mm ≥22 CC= = critcrit≥de espesor de la parte estructural PvPv 2 la pared del tubo, en mm módulo de elasticidad, en N/mm presión máxima de diseño, en N/mm2

– Hipótesis II. Presión interna negativa (pandeo o colapsado) – e) MDP(OD 0, 65 ε pr = 100 <− 2Ee r negativas, 1, 80debe comprobarse que Ante la actuación exclusiva de presiones interiores el coeficiente de seguridad C frente al colapso por abolladura o pandeo sea al menos 2, lo cual se puede verificar mediante la expresión: C=

Pcrit Pv C

Pcrit ≥2 Pv

carga crítica de pandeo, en N/mm2, calculada, por ejemplo, según la expresión de Levy (ver comentarios al apartado 4.2.1.5, f) depresión debida a posibles golpes de arietes, succiones, etc., en N/mm2 coeficiente de seguridad, de valor igual o superior a 2

4.2.8.2 Tubos enterrados Las principales comprobaciones que deben hacerse en los tubos de PRFV instalados enterrados son las siguientes: – Hipótesis I. Presión interna positiva (estado tensional) La comprobación de los tubos sometidos a la sola acción de la presión hidráulica interior es igual que en el caso anterior. – Hipótesis II. Acciones externas (estado tensional y deformaciones) Debe comprobarse que, actuando únicamente las acciones externas, la deformación vertical no excede el 5% del DN del tubo. Ello puede hacerse mediante la formulación de Spangler:

291

δ = 100

δ Ka

8SN + 0, 01E′ SS

<5

deformación producida en el tubo, en % We = γ ⋅ H coeficiente de factor de apoyo. Unos valores habituales de este parámetro son los siguientes (ver Fig 87): ángulo ángulo ángulo ángulo ángulo

Ss

Ka( W K ee + 1, 5 Wt )

de de de de de

apoyo apoyo apoyo apoyo apoyo

2 2 2 2 2

α α α α α

= = = = =

20° K I= 0,110 P W = 10 −6 rda f 45°t 0,105 LK1aL= 2 60° Ka = 0,102 120° Ka = 0,090 180° Ka = 0,083 13, 31 + 1, 75H L2 = factor combinado de soporte del suelo 8 (ver Tabla 97)

Tabla 97. Factor combinado desoporte Ss, en 1tubos 5eδ max −MDPdel , 3 de PRFV  suelo, E´/Es 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0 > 5,0

ε b = 1001  OD − e  < 1, 5 3  b/DN  = 2,5   b/DN = 4,0 b/DN = 1,5 b/DN = 2,0 b/DN = 3,0 0,15 0,30 0,50 0,70 0,85 1,00 1,30 1,50 1,75 2,00

0,30 0,45 0,60 0,80 0,90 1,00 1,15 1,30 1,45 1,60

0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,00 1,10 1,15 1,30 1,40

0,80 0,85 0,90 0,95 0,98 1,00 1,05 1,10 1,20 1,25

0,90 0,92 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,08 1,10

b/DN = 5,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

We y Wt cargas debidas al peso de las tierras y al tráfico respectivamente, en N/m2 SN rigidez nominal del tubo, en N/m2 E´ modulo de reacción del suelo. Es frecuente adoptar los siguientes valores, según sea la compactación del relleno: terreno bien compactado E´= 5 x 106 N/m2 E´= 2 x 106 N/m2 terreno con compactación media E´= 1 x 106 N/m2 terreno con mala compactación Es módulo de elasticidad del suelo naturalm en N/m2. b ancho de la zanja Respecto a las cargas debidas al peso de las tierras y al tráfico (We y Wt respectivamente), pueden seguirse las siguientes indicaciones:

292

Ka( K e + 1, 5 Wt ) a) Cargas debidas al peso de las tierras, δ = 100We <5 8SN + 0, 01E′ SS En los tubos de PRFV es habitual calcularlas según la teoría de Marston, sin considerar ningún coeficiente reductor, lo que supone una seguridad adicional: We = γ ⋅ H

5 W2t ) Ka( K e +en1,N/m las tierras, We cargas debidas al pesoδ de <5 = 100 3 SN +.0Por , 01Edefecto, ′ SS γ peso específico del relleno, en 8N/m puede tomarse 20 N/m3 P I −6 en rd fm H altura de tierras sobre la claveWdel tubo, t = 10 L1L2 b) Cargas debidas al tráfico, Wt We =puntuales γ ⋅H Para el Ka cálculo sobrecargas debidas al tráfico, puede emplearse la K e +de 1, 5lasW ( t) 13 , 31 + 1, 75H siguiente formulación (manual AWWA M45). <5 L = δ = 100 2 8SN + 0, 01E′ SS 8

Prd I f L1L2 MDP  1, 5WW KaKa K(eK+e 1+, 5 ( t) t )− We = γ ⋅ H ε = 100 δ δ= 100 = 100 b 1 < 3<5 5  8SN +,N/m 0 8SN +en0 01 E′2E S′SSS , 01  Wt cargas debidas al tráfico, H profundidad de enterramiento, en+m 13, 31 1, 75H Prd carga por rueda, en NL2 = 8 P If If W =factor If=1,0 si H>0,91 10 −6 derd impacto t WW γf=1,1 ⋅γH⋅ H L1L2 si H<0,91 e = e I= Wt = 10 −6

 5eδ max  1, 3  OD − e  < 1, 5  

m m

 −MDP   5eδ max  1, 3 ε b = 1001 < 3   OD − e  1, 5  13, 31 + 1, 75H si PI I H>0,756 m L2 = −6 −P 6 rd rd f f = 10 WW 8 t =t 10 L1L12L2 L2 = 0,59 + 1,75 H si H<0,756 m L1 = 0,253 + 1,75 H

En esta misma hipótesis (actuación única de las cargas externas) debe comprobarse 1, 31, 75  −MDP   5eδ13 , 31 max que,ε bsupuesta circunferencial , 31 13 H H máxima admisible (5%), el alargamiento = 1001 la deformación <+ 1+, 75    = = L L 2 2OD − e  minorado 3  al 1 , 5  inferior unitario (εb) sea 1,30%, por un coeficiente de seguridad C de 1,5. 88 Esta verificación puede hacerse mediante la siguiente expresión: δ max −MDP MDP 1, 3  −MDP   5e5δemax   1, 3 ε bε=b 100 = 100 – 1 1    OD  < < 1, 5  − e−e  1, 5   3 3   OD

εb δmax OD e MDP

alargamiento unitario debido a la acción de las cargas externas, en % deformación vertical debida a las cargas externas máxima (=0,05) diámetro exterior del tubo, en mm espesor nominal del tubo, en mm presión máxima de diseño, en N/mm2

293

– Hipótesis III. Acciones externas y presión interna positiva (estado tensional) Debe comprobarse que actuando conjuntamente las cargas externas y la presión interior no se excede el estado tensional límite. Ello puede hacerse mediante las siguientes expresiones (Manual AWWA M45):

ε pr 0, 65

εb 1, 3 1, 8

1− ≤

ε pr 1− ε εb 0,b65 ≤ 1− ε1pr , 3 ≤ 1,15, 3 0, 65 1, 8 ε – Hipótesis IV. Acciones externas y presión negativa (pandeo o colapsado) 1 − binterna ε pr ε pr 1 −1, 3 ≤ εcargas P externas Ante la actuación conjunta de0las , 65 1, 8≥0,265 Cb =≤ crit , 5 εóby3de las posibles presiones internas 1 − de q 1, 3el coeficiente 1 , 5 negativas, debe comprobarse que seguridad C frente al pandeo sea e ε pr ε pr 1, 3 ≤ al menos 2,5 ó 3, lo cual puede comprobarse mediante la siguiente expresión: 1− 0, 65 εb 0, 65 1, 8 ≤ 1, 3 1, 5 ε pr P We = γεcrit ≥1 2,−f5 0 ó 3 Wt + P qC = H + e w v f , 65+ qwbe ≤ DN DN 1, 3 1, 5 Pcrit 2. Se recomienda calcularla mediante la exprePcrit carga crítica de pandeo,Cen= N/mm ≥ 2, 5 ó 3 sión de Luscher (ver apartadoq e4.2.1.5, f) We Wt qe acciones totales, en N/mm calculan mediante la expresión: q e 2=. γSe + +P critfH w H wP+ f ≥w 2, 5 ó 3 v DN DN ff = 1C− =0, 33 qe H

We Wt + + Pv DN DN H wWe WeWt Wt =qN/mm γ w0h,γ33 3+ ff + f + = + + Pv e 1 ww H e− = w γw peso específico del agua,ffqen DNf DNDN DN H Hw altura del nivel freático sobre el tubo, en mm ff factor de flotación, de valor: H ff = 1 − 0, 33 w H We Wt q e = γ w h w + ff H+ DN w DN ff = 1 − 0, 33 H We Wt q = γ w h w + ff + H altura de tierras sobre eel tubo, en mm DN DN We cargas verticales totales debidas al peso deWe las tierras, Wt en N/mm q e = γawlas h w sobrecargas + ff + concentradas, fijas o móviles Wt cargas verticales totales debidas DN DN en N/mm (en el caso de los móviles se considerará el correspondiente coeficiente de impacto) DN diámetro nominal del tubo, en mm PV depresión interna debida a posibles golpes de ariete, succiones, etc., en N/mm2 q e = γ w H w + ff

294

w Cuando la actuación conjunta lasHcargas concentradas, Wt, y la depresión ff = 1 − de 0, 33 H las acciones externas totales pueinterna, PV, sea poco probable, lo cual es frecuente, den calcularse mediante la expresión (manual AWWA M11):

q e = γ w h w + ff C

We Wt + DN DN

coeficiente de seguridad, de valor mínimo 2,5 (si H/DN > 2) ó 3,0 (si H/DN < 2)

El procedimiento de cálculo mecánico propuesto para los tubos de PRFV es, básicamente, el recogido en las normas AWWA (bien en la C 950-88 o en el Manual M45). Existen otros procedimientos de cálculo para estos tubos que difieren algo del anterior. Es, por ejemplo, el caso del método de la norma ATV 127:2000 desarrollado para estos tubos, si bien este método ATV estaba originariamente elaborado para tubos sin presión.

Ejemplo 44

En el documento ISO/TR 10465-2:1999 se comparan los resultados obtenidos con ambas metodologías.

En este ejemplo se persigue mostrar los pasos a seguir para la comprobación mecánica de una tubería de PRFV enterrada (sin acción del tráfico) de las siguientes características: Diámetro nominal Espesor de la pared Espesor de la parte estructural DP MDP Altura de enterramiento: Densidad del relleno Ángulo de apoyo 2α Ancho de la zanja en la clave Coeficiente de Poisson ν Módulo de reacción del suelo E´ Módulo de elasticidad E Módulo de elasticidad del suelo Es

1.400 mm 15,7 mm 14,6 mm 0,30 N/mm2 0,40 N/mm2 0,50 metros 20 kN/m3 20º 2m 0,30 2.000 kN/m2 10.000 N/mm2 2.000 kN/m2

Conforme a lo explicado en este apartado, para el dimensionamiento de la tubería hay que hacer las siguientes comprobaciones:

295

Ejemplo 44 (Cont.)

a) Hipótesis I: Estado tensional debido a la acción única de la presión interna Se selecciona un tubo de PN 4 en el que se cumple que (ver Tabla 53): DP = 0,3 N/mm2 < 0,40 N/mm2 MDP = 0,4 N/mm2 < 0,56 N/mm2 Debe comprobarse que el alargamiento unitario producido sea inferior al 0,65%, para lo que debe verificarse la siguiente expresión:

ε pr =

0,4 ⋅ ( 1432 − 15,7 ) 2 ⋅ 10000 ⋅ 14,7

⋅ 100 = 0,19 <

0,65 = 0,36 1,8

OD = 1.400+2 x 15,7=1.432 mm b) Hipótesis II: Deformaciones y tensiones causadas por la acción de las cargas externas 0,111⋅ 10.000 5% el cálculo ⋅ 100 = 0,80%
δ=

0,111⋅ 10.000 ⋅ 100 = 0,80% < 5% 8 ⋅ 2000 + 0,061⋅ 2000 ⋅ 10 3

0,111⋅ 10.000 δ = debe comprobarse también ⋅ 100 < 5% unitario En esta hipótesis que=el0,80% alargamiento 3 8 ⋅ 2000 + 0,061 ⋅ 2000 ⋅ 10vertical del 5%, sea inferior al una deformación producido, supuesta 0,4   5 ⋅ 15,7 ⋅ 0,05  1,30  que 1,3%, para debe verificarse la siguiente expresión: ⋅ 100 = 0,23 < = 0,86 ε b = lo1 −   1432 − 3 15,7 1,50     0,4   5 ⋅ 15,7 ⋅ 0,05  1,30  ⋅ 100 = 0,23 < = 0,86 εb =  1 −    3   1432 − 15,7  1,50 

296

Ejemplo 44 (Cont.)

c) Hipótesis III: Estado tensional debido a la acción conjunta de las acciones externas y de la presión interna. Esta comprobación debe hacerse mediante las siguientes verificaciones: 1 − εb 1 − 0,22 1,3 = 1,30 = 0, 46 1,8 1,80 1 − ε pr 1 − 0,19 εb = 0,22 = 0,16 ≤ 0,65 = 0,65 = 0, 47 1,3 1,30 1,50 1,50

ε pr = 0,19 = 0,29 ≤ 0,65 0,65

d) Hipótesis III: pandeo, colapso o abolladura

0,ver 22 apartado 4.2.1.5), La carga crítica las − ⋅ε0bLuscher, 132 1 −⋅ 2000 Pcrit =deNpandeo / m2 =(según ,0298 ⋅ 2000 ⋅ 10 3 = 61.760 ε 19 1 30 , , 1 3 acciones totales el =coeficiente de seguridad valen): pr = 0 ,y = = 0, 46 0,29 ≤ 80 ,8− εb 01,1,22 0,65 0,65 1 − 0,22 ε1 b − − 1 1 ff = 1 (supuesto H =0) 1,30 = 0, 46 = 0=w,19 = 0,29 ≤ ε 1,3 =−,30 ε pr =ε pr0,19 0,19 = 0, 46 0,29 ≤ 1 −1,3pr= 11 B´=0,015+0,041 x 0,50/1,385=0,0298 (H/DN<5) 0 65 0 65 1 8 1 80 , , , , 3 ,22 = 0,16 ≤ 1,80,65 = 1,800,65 εb =00,65 0,65 = 0, 647 ⋅ . , 2 10 000 15 7   2 ε pr  11,50 0 19 , E´=2.000 P1crit N 2x10 / m2 6 =N/m1ε21,50 ⋅ 10 = 31.868  1,3kN/m ,30= − − 2 0 , 19 pr   1 − 1 − 0, 3 1 −1.385 2 ε 0 22 , 0 65 0 , 65 , E = 10.000 N/mm b = = 0,16 = 0≤,16 ≤0,65 = =0,65 = 0, 47 = 0, 47 εb = 0,22 1,3 2 1,30 1,50 1,50 SN=2.000 1,3 N/m 1,30 1,50 1,50

(

)

(

)

((

))

P 2 331.868 Pcrit = 32 ⋅ 0,0298 ⋅ 2000 C ⋅ 2000 qe N N //m m2 == 10 .000 = crit⋅ 10 = = 61.760 = 3,18 ≥ 3,0 qe 10.000

( )

(

)

3 P =aplicando N / m2 = 32 ⋅ 0,0298 ⋅ 2000la ⋅ 20003 ⋅ 10 = 61 Sin embargo, de Levy, es.760 menor ya Pcrit = crit N / m2 = 32la⋅ 0fórmula ,0298 ⋅ 2000 ⋅ 2000 ⋅carga 10 =crítica 61.760 que el tubo está poco enterrado), por lo que es la que se adoptará como 3 carga crítica de pandeo: 2 ⋅ 10.000  15,7  6 Pcrit N / m2 =   ⋅ 10 = 31.868 1 − 0, 3 2  1.385 3 2 ⋅ 10.000  153,7  2 6 ⋅ 10 ,7  = 31.868 Pcrit N2 / m2 = .000  15  6 ⋅=10 Pcrit N / m = ⋅ 10 31.868  1.385  1 −2 0,312.385  1 − 0, 3 P 31.868 Las cargas coeficiente de seguridad qe N /totales m2 = y10el.000 C = crit =C resultan = 3ser ,18 ≥ 3,0 qe 10.000 P 31.868 PC = crit 31.=868 q N / m2 = 10.000 = 3,18 ≥ 3,0 qe N /e m2 = 10.000 C = crit =q = 3,18 ≥ 3,0 10.000 e .000 qe 10

(

( )

(

(

(

)

)

)

( )

)

Por lo tanto, para resistir las solicitaciones de este ejemplo, sería necesario un tubo de PRFV de 1.400 mm de DN, PN 4 y SN 2.000, que son los parámetros de clasificación de esta tipología de tubos (ver apartado 3.8.2.2).

297

5 Instalación de la tubería

En el presente capítulo se establecen una serie de recomendaciones en lo que se refiere a las condiciones que, con carácter general, deben seguirse para la instalación de la tubería hasta su puesta en servicio.

5.1 Normativa de aplicación En lo relativo a la normativa de aplicación para la instalación de tuberías, y en el ámbito específico de las conducciones de agua potable, puede seguirse lo especificado al respecto en el apartado 10 de la norma UNE-EN 805:2000 o en las “Recomendaciones para la instalación, adjudicación y recepción de canalizaciones de agua potable” de AEAS (1992). Además, para cada material en particular, pueden usarse como referencia las normas o manuales que se indican a continuación. Es también recomendable seguir las instrucciones y especificaciones de los respectivos fabricantes al respecto. Tubos de fundición

AWWA C600-99

Tubos de acero

Manual AWWA M11

Tubos de hormigón

IET-80, capítulo IV Manual AWWA M9

Tubos de PVC-U

UNE 53399:1990 IN ASTM D2774-72 AWWA C605-94 UNE ENV 1452-6:2001

Tubos de PE

UNE 53394:1992 IN ASTM D2774-72 prEN 13244-6:1998

Tubos de PRFV

Manual AWWA M45 ISO/TR 10465-1:1999

299

De la relación de normas anteriores, la UNE 53399:1990 IN será derogada en breve y sustituida por la UNE ENV 1452-6:2001. Debe prestarse especial atención a la seguridad e higiene en el trabajo, a cuyo efecto será de aplicación la Reglamentación vigente en dicha materia y lo establecido, en su caso, en el Estudio de Seguridad y Salud del Proyecto y en el correspondiente Plan de Seguridad y Salud de Obra. En dicho contexto, es de aplicación lo establecido en la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales, la cual determina el cuerpo básico de garantías y responsabilidades para establecer un adecuado nivel de protección de la salud de los trabajadores frente a los riesgos derivados de las condiciones de trabajo. En particular, deberá observarse lo establecido en el RD 1627/1997 por el que se establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción, el cual fue delaborado en desarrollo del artículo 6 de la anterior Ley y transpone lo establecido al respecto por la Directiva 92/57/CEE. 5.2 Transporte, almacenamiento y manipulación Las operaciones de transporte, almacenamiento y manipulación de todos los componentes deben hacerse sin que ninguno de estos elementos sufran golpes o rozaduras, debiendo depositarse en el suelo sin brusquedades, no dejándolos nunca caer. En el caso de los tubos, debe evitarse rodarlos sobre piedras. 5.2.1 Transporte Las operaciones de transporte de los tubos deben hacerse, en su caso, conforme a las vigentes normas de tráfico. Debe, en cualquier caso, cuidarse, en primer lugar, que, en los camiones o en el medio en el que se realice el transporte a obra, el piso y los laterales de la caja estén exentos de protuberancias o bordes rígidos o agudos que puedan dañar a los tubos o a las piezas especiales. Si el transporte incluye tubos de distinto diámetro, es preciso colocarlos en sentido decreciente de los diámetros a partir del fondo, no debiendo admitir cargas adicionales sobre los tubos que puedan producir deformaciones excesivas en los mismos y garantizando la inmovilidad de los tubos, apilándolos de forma que no queden en contacto unos con otros, disponiendo para ello cunas de madera o elementos elásticos; especial atención debe prestarse a todo ello en el caso de los tubos flexibles. El transporte, en ocasiones, es un condicionante para las longitudes de fabricación. Por ejemplo, los tubos de PE, los de PRFV o los de acero se pueden fabricar en longitudes superiores a 12 metros, pero serían más difícilmente transportables a obra.

300

Los tubos con uniones de enchufe o embocadura termoconformada y extremo liso deben colocarse con los extremos alternados, de tal modo que los enchufes no queden en contacto con los tubos inferiores. En los tubos de hormigón el transporte a obra no debe iniciarse hasta que haya finalizado el período de curado. Las válvulas deben enviarse limpias, con todos sus elementos protegidos y los orificios externos tapados, mediante tapas de plástico de forma que se evite la introducción de elementos extraños. Las válvulas de compuerta es recomendable se envíen con el elemento de cierre en posición abierto, si el asiento es elástico, o cerrado si se trata de metal. En las de mariposa el obturador debe ir en posición ligeramente abierta. Todas las válvulas deben ser embaladas de forma que durante el transporte quede garantizada la imposibilidad de golpes y daños en estos elementos, así como su eventual maniobra, debiendo evitarse roces y esfuerzos superiores a los que la válvula ha de soportar. Se prestará especial atención durante el transporte y la manipulación, para no dañar los mecanismos de accionamiento manual o mecánico que la válvula pueda llevar. 5.2.2 Almacenamiento Cuando los tubos se almacenen sobre el terreno debe comprobarse que éste es lo suficientemente resistente para soportar las cargas que se le transmitan y lo suficientemente liso para que éstos se apoyen en toda su longitud, sin riesgo de que piedras y otros salientes puedan dañarles. El acopio de los tubos en obra se hace, habitualmente, en posición horizontal, sujetos mediante calzos de madera u otros dispositivos que garanticen su inmovilidad. Los tubos de hormigón, sin embargo, si se dispone de una solera rígida y se garantizan las debidas condiciones de seguridad, pueden almacenarse en posición vertical, siempre que no se ocasionen daños en sus boquillas al colocarlos en esta posición. El número de hileras superpuestas en los acopios y la disposición de las mismas (piramidal o prismática) debe ser tal que ninguno de los tubos apilados sufra daños y cuando la manipulación sea manual, la altura máxima debe ser inferior al alcance que en condiciones de seguridad tenga el personal que realice el trabajo, no debiendo, en ningún caso, excederse alturas de 3 metros. En la Tabla 98 se adjuntan unos valores recomendados para las alturas máximas de apilamiento. El tiempo de almacenamiento debe restringirse al mínimo posible, no debiendo prolongarse innecesariamente y, en cualquier caso, hay que procurar la adecuada protección frente a posibles daños externos, especialmente los anillos elastoméricos y las válvulas, los cuales hay que situarlos en lugar cerrado y protegidos de la luz solar y de temperaturas elevadas. En los tubos de hormigón, en particular, debe evitarse que sufran secados excesivos o fríos intensos. Los tubos de PVC-U y de PE no deben estar en contacto con combustibles y disolventes, procurando que estén protegidos de la luz solar y que su superficie no alcance temperaturas superiores a 45 ó 50 °C. Para las operaciones de almacenamiento de los tubos de acero pueden seguirse, en particular, las especificaciones de la norma API 5LW:1997.

301

Tabla 98. Alturas máximas de almacenamiento (número de hileras) de los tubos DN

Fundición

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.400 > 1.500

16 11 9 7 5 5 4 3 3 2 2 2 1 1

Acero

6 5 4 3 3 3 2 2 2 1

Hormigón

PRFV

PVC-U

PE

4 4 3 2 2 1 1 1 1 1

5 5 5 5 4 3 3 2 2 2 2 2 1 1

12 7 4 3 2 2 2 1 1 1

10 6 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1

5.2.3 Manipulación Las operaciones de carga y descarga deben realizarse de tal manera que los distintos elementos no se golpeen entre sí o contra el suelo. La descarga debe hacerse, a ser posible, cerca del lugar donde deban ser colocados, evitando que el tubo quede apoyado sobre puntos aislados. Si la zanja no está abierta en el momento de la descarga de los tubos, éstos deben colocarse, siempre que sea posible, en el lado opuesto a aquel en que se piensen depositar los productos de la excavación, y de tal forma que queden protegidos del tránsito de vehículos, explosivos, etc. En general, las operaciones de carga y descarga de los tubos hay que realizarlas mediante equipos mecánicos, si bien, para diámetros reducidos pueden emplearse medios manuales. En cualquier caso, no deben ser admisibles dispositivos formados por cables desnudos ni cadenas en contacto con el tubo, siendo recomendable, por el contrario, el uso de bragas de cinta ancha recubiertas de caucho, o procedimientos de suspensión a base de ventosas. La suspensión del tubo por un extremo y la descarga por lanzamiento no deben hacerse nunca. La descarga mediante estrobos, enganchando para ello las bocas del tubo, sí es una práctica admisible. Debe evitarse, igualmente, la rodadura o el arrastre de los tubos sobre el terreno, máxime si los tubos tienen revestimientos exteriores. Si la DO admite la rodadura, ésta debe realizarse, sólo, sobre superficies preparadas a tal efecto de forma que no se ocasionen desperfectos en el tubo.

302

La descarga de los tubos de materiales plásticos, cuando se transporten unos dentro de otros, debe comenzarse, como es lógico, por los del interior. En los tubos de PVC-U cuando se manejen con temperaturas inferiores a 0ºC debe prestarse especial atención a todas estas operaciones, evitando que sufran golpes.

5.3 Instalación de tubos enterrados Lo más habitual es que las tuberías para el transporte de agua a presión se instalen enterradas. A tal efecto, se describen en este apartado una serie de recomendaciones tanto para la ejecución de las necesarias zanjas, como para la instalación en sí de la tubería o la ejecución de los rellenos y las camas de apoyo de los tubos.

5.3.1 Zanjas para el alojamiento de la tubería 5.3.1.1 Criterios de proyecto Valgan como criterios de proyecto genéricos para el trazado y para las secciones tipo de las zanjas en las que alojar la tubería los siguientes: a) Trazado en planta En las redes urbanas se recomienda que la tubería discurra bajo las aceras para disminuir las cargas actuantes y facilitar las tareas de reparación. A este respecto no deben instalarse dos tuberías en el mismo plano vertical. En relación con las distancias mínimas a los edificios, deberán tomarse las necesarias precauciones para evitar cualquier afección a sus cimientos, siendo aconsejable una separación mínima de unos dos metros. Asimismo se recomienda una distancia mínima de un metro al bordillo para evitar obstáculos creados por los registros y otros suministros. Caso de no poder discurrir la conducción bajo la acera y tener que hacerlo bajo la calzada, se procurará evitar la franja de 1,5 m de ancho a partir del bordillo de cada acera, donde se prevea la posibilidad de aparcamiento de vehículos. Las separaciones mínimas en planta respecto a otros servicios se recomienda sean las indicadas en la Tabla 100 (Liria, 1995). En el caso de que se abran zanjas paralelas a las ya existentes para la instalación de nuevas tuberías, deben extremarse las precauciones en los cálculos y en la ejecución de la obra para garantizar que sigan existiendo las necesarias reacciones laterales del terreno. Si la red discurre por zona rural, el trazado en planta debe ser tal que se afecte lo menos posible a las propiedes colindantes. En el caso frecuente de trazar una tubería paralela a una carretera, es deseable que ésta discurra por la zona de servidumbre, que es la zona de terreno que va de 8 a 25 metros (autopistas, autovías y vías rápidas), contados a partir de la arista exterior de la explanación, o de 3 a 8 metros, para los restantes tipos de carreteras (Ley 25/1988 de Carreteras). La zona de dominio público (0 a 8 metros para autopistas, autovías y vías rápidas y 0 a 3 metros para las

303

restantes carreteras) estará sujeta al artículo 76.4 del Reglamento que desarrolla la anterior Ley, el cual establece que “se podrá autorizar excepcionalmente la utilización del subsuelo en la zona de dominio público, para la implantación o construcción de infraestructuras imprescindibles para la prestación de servicios públicos de interés general, ...”. En el caso de ferrocarriles, la Ley 16/1987 de Ordenación del Transporte Terrestre equipara las zonas de dominio público y servidumbre con las de las carreteras, por lo que es de aplicación lo anterior.

Distancia A

B

C

Autopistas, autovías y vias rápidas

8 metros

25 metros

100 metros

Resto de carreteras

3 metros

8 metros

50 metros

Fig. 82. Disposición de tuberías cuando discurren paralelas a carreteras

En el caso de tuberías metálicas y en las de hormigón con camisa de chapa, debe alejarse el trazado de la tubería de las líneas eléctricas de tensión superior a 15 kV por el peligro de corrosión. Esto afecta, por ejemplo a las catenarias de los ferrocarriles electrificados. Al contrario que las aéreas, las líneas subterráneas no suelen producir fenómenos eléctricos apreciables sobre las tuberías enterradas debido a la buena calidad del aislamiento y la vaina protectora, generalmente conectada a tierra, de la que suelen ir provistas las líneas eléctricas enterradas.

304

Unas distancias mínimas de las tuberías metálicas en relación con líneas aéreas de alta tensión pueden ser las indicadas en la tabla adjunta (Cegarra, 1996).

Tabla 99. Distancias mínimas recomendadas a líneas aéreas de alta tensión Tensión (kV)

Resistividad del suelo (ohm/m)

Distancia mínima (m) Sin cable Con cable de guarda de guarda

15 63

300

10 30

10 15

225 225

300 60

110 90

20 20

380 380 380

1000 300 100

200 170 120

50 35 25

b) Trazado en alzado La profundidad mínima de las zanjas se determina de forma que la tubería quede protegida frente a las acciones externas y preservada de las variaciones de temperatura. No obstante, como criterio general, puede establecerse que, si no hay tráfico rodado, la profundidad mínima de enterramiento sea de 60 centímetros, y, si se prevé tráfico, un metro o un valor igual al diámetro exterior (el mayor de ambos). Cuando estos recubrimientos mínimos no puedan respetarse deben tomarse las medidas de protección necesarias. Si la profundidad de la zanja es superior a unos cuatro o cinco metros, es recomendable que se dispongan en los taludes bermas del orden de un metro de ancho, que dividan el desnivel existente entre el fondo de la zanja y el terreno natural en partes aproximadamente iguales, no superiores tampoco a cuatro o cinco metros. Respecto a la pendiente de la zanja, se recomienda que ésta sea de al menos un 0,4 ó un 0,5% cuando el agua vaya en dirección descendente y del 0,2% en recorrido ascendente. En el caso de redes urbanas de agua potable se recomienda que éstas se sitúen en un plano superior a las de saneamiento. En la Tabla 100 (Liria, 1995) se relacionan unas separaciones verticales razonables del abastecimiento con el saneamiento y con otros servicios.

305

Fig. 83. Bermas intermedias en zanjas profundas

Tabla 100. Separaciones mínimas recomendadas entre las conducciones de agua potable y el resto de servicios Servicio Alcantarillado Gas Electricidad alta Electricidad baja Telefonía

Separación en alzado (cm)

Separación en planta (cm)

50 50 30 20 30

60 50 30 20 30

Esta exigencia de colocar en plano superior las redes de abastecimiento al de las de saneamiento tiene su origen en garantizar que aunque se produzca una fuga en estas últimas difícilmente afectará a las conducciones de agua potable. Además, habida cuenta que las redes de saneamiento discurren habitualmente por gravedad y las de abastecimiento siempre a presión, es fácil que se cumpla este condicionante.

306

c) Geometría de las zanjas En general se debe procurar excavar las zanjas con un talud estable de forma natural. Cuando ello no sea posible, se dispondrán taludes menos tendidos (debiendo en estos casos, si las profundidades son superiores a 1,5 m, aproximadamente, proceder a la protección contra el desprendimiento mediante entibaciones, tal como se describe más adelante), llegando al caso extremo de, por ejemplo, las redes urbanas, en las que las zanjas, por falta de espacio, se proyectan con taludes verticales. En los casos de taludes inferiores a los estables y profundidades menores de dos metros (sin necesidad de entibación por tanto) es recomendable ataluzar el borde superior de la zanja, tal como se muestra en la Fig 84. La anchura mínima de las zanjas se determina de forma que los operarios trabajen en buenas condiciones, debiendo además tenerse en cuenta el diámetro del tubo, el tipo de unión, la profundidad de la zanja, los taludes de las paredes laterales, la naturaleza del terreno, etc. En general, la anchura mínima no debe ser inferior a sesenta centímetros, debiendo dejarse, como mínimo, un espacio de quince a treinta centímetros a cada lado del tubo. Además, según sea la profundidad de la zanja, suele establecerse otra limitación adicional al ancho de la zanja. Con todo ello, son habituales los valores mínimos que se indican en la Tabla 101 para la anchura de la zanja. Tabla 101. Ancho mínimo de zanja en función del DN y de la profundidad de la misma DN DN ≤ 250 250 < DN ≤ 350 350 < DN ≤ 700 700 < DN ≤ 1.200 DN>1.200

Ancho mínimo de zanja, b (m)

Profundidad de zanja, H (m)

Ancho mínimo de zanja, b (m)

0,60 OD + 0,50 OD + 0,70 OD + 0,85 OD + 1,00

H ≤ 1,00 1,00 < H ≤ 1,75 1,75 < H ≤ 4,00 H > 4,00

0,60 0,80 0,90 1,00

Fig. 84. Bordes ataluzados en zanjas verticales sin entibar

307

En el caso particular de los tubos flexibles se recomienda que el ancho de la zanja sea el mínimo posible y las paredes lo más verticales, por lo menos hasta el nivel de la generatriz superior de los tubos. Si se instalan dos tubos en una misma zanja la distancia horizontal mínima entre ambos debe ser de unos 70 cm. Cuando la profundidad de la zanja o la pendiente de la solera sean grandes, o cuando el trazado sea en curva, debe preverse un sobreancho de la zanja, para poder satisfacer las exigencias de montaje, en su caso, con medios auxiliares especiales, tales como pórticos, carretones, etc.

5.3.1.2 Ejecución de las zanjas Aunque las zanjas pueden abrirse a mano o mecánicamente, lo más usual es esto último, debiendo quedar alineadas en planta y con la rasante uniforme, de acuerdo con lo indicado en el proyecto. Entre la apertura de la zanja, el montaje de la tubería y el posterior relleno parcial deberá transcurrir el menor tiempo posible. En función del tipo de unión a emplear pueden ser necesarios nichos en el fondo y en las paredes de la zanja, los cuales deben efectuarse conforme avance el montaje de la tubería. En general, debe excavarse hasta un espesor por debajo de la línea de la rasante igual al de la cama de apoyo, si existe, siempre que el terreno sea uniforme y no meteorizable. Cuando el fondo de la zanja quede irregular, por presencia de piedras, restos de cimentaciones, etc., será necesario realizar una sobre-excavación por debajo de la rasante de unos 15 a 30 cm., para su posterior relleno, compactación y regularización. El relleno de estas sobre-excavaciones, así como el de las posibles grietas y hendiduras que hayan aparecido en el fondo de la zanja, se debe efectuar, preferentemente, con el mismo material que constituya la cama o apoyo de la tubería. En los casos de huecos de profundidad grande, mayor que el espesor de esta cama, el tipo y calidad del relleno los debe indicar la DO, de forma que no se produzcan asientos perjudiciales para la tubería. En el caso de terrenos meteorizables o erosionables por las lluvias en los que las zanjas vayan a estar abiertas durante un plazo en el que su rasante pueda deteriorarse, deben dejarse sin excavar unos veinte centímetros sobre dicha rasante, ejecutándose éstos poco antes del montaje de la tubería. Especial atención hay que prestar a la estabilidad de la zanja al comienzo de períodos lluviosos tras una temporada de tiempo seco. Si la naturaleza del terreno no asegura la suficiente estabilidad de la tubería, debe procederse a su mejora bien por compactación, por sustitución por otro adecuado, por consolidación por procedimientos especiales o cimentaciones singulares, tales como apoyo discontinuo en bloques, pilotaje, etc. Los productos de la excavación aprovechables para el relleno posterior de la zanja deben depositarse en caballeros situados a un solo lado de la zanja, dejando una banqueta del ancho necesario para evitar su caída, con un mínimo de 60 centímetros o un metro. Los que no sean utilizables en el relleno se deben transportar y depositar en los vertederos o escombreras previstos. En particular, la tierra vegetal que se encuentre en las excavacio-

308

nes deberá removerse, recomendándose su acopio y posterior reposición en la traza de la tubería, al objeto de paliar el impacto ambiental que la misma haya podido producir.

5.3.1.3 Agotamiento de zanjas y rebajamiento del nivel freático En general, debe procurarse excavar las zanjas en el sentido ascendente de la pendiente, para dar salida a las aguas por el punto bajo, debiendo el contratista tomar las precauciones necesarias para evitar que las aguas superficiales inunden las zanjas abiertas, debiendo realizarse los trabajos de agotamiento y evacuación de las aguas cuando así se requiera. En particular, si la tubería discurre por una media ladera de acusada pendiente puede llegar a ser necesaria la construcción de una cuneta de recogida de aguas. La presencia de agua en el interior de las zanjas debe ser evitada a toda costa, debiendo ser achicada antes de comenzar las tareas de montaje de los tubos y comprobando que los codales de la entibación no se hayan relajado. En particular, en el caso de trabajo bajo nivel freático es aconsejable, y muchas veces imprescindible, el rebajamiento de éste mediante la técnica de los well-points. Es norma de buena práctica disminuir los gradientes hidráulicos, agotando las zanjas con lentitud o manteniendo las bombas en funcionamiento durante los periodos de interrupción de los trabajos (horas nocturnas o días festivos, por ejemplo). En los casos que sea necesario, a juicio del proyectista o de la DO, puede ser necesario disponer el correspondiente drenaje longitudinal de la tubería, el cual puede ir a uno o a ambos lados de la misma. Si se adopta la solución de dos drenes, éstos deben unirse cada cierto intervalo, preferentemente en la zona de uniones. Es importante distinguir entre ”agotamiento” (que se refiere al caso en que el nivel freático está por encima del fondo de la zanja, y por tanto hay entrada de agua en la misma) y “rebajamiento” (en el caso en que, gracias a un descenso artificial del nivel freático, la excavación se realiza en seco). Los agotamientos de zanjas pueden inducir asientos en las edificaciones cercanas por descenso en el nivel freático, por el consiguiente aumento del peso de los terrenos o, simplemente, por arrastre de las fracciones más finas. Los gradientes hidráulicos fuertes favorecen el aumento de los arrastres finos pudeindo producir, sobre todo en algunos tipos de terrenos como arenas finas uniformes, el sifonamiento general del fondo de la zanja. La técnica del well-point consiste en un procedimiento para el rebajamiento del nivel freático mediante la hinca en el terreno de una serie de puntas filtrantes por debajo del nivel freático, separadas entre sí uno o dos metros. En el exterior todos estos conductos se recogen en una tubería que, conectada a una bomba de vacío, permite rebajar el nivel freático durante la ejecución de los trabajos.

309

Fig. 85. Esquema de well-point

5.3.1.4 Sistemas de entibación Las zanjas que no estén excavadas con taludes estables de forma natural deben protegerse contra los posibles desprendimientos mediante entibaciones. En cualquier caso, estas protecciones deben ser dispuestas de forma inmediata cuando aparezcan síntomas de inestabilidad en la zanja. Especial atención hay que prestar cuando la profundidad de la zanja supere el metro y medio o dos metros a lo sumo. El diseño, dimensionamiento y cálculo de la entibación, son de la exclusiva responsabilidad del contratista, quien debe presentar a la DO, si así lo requiere, los planos y cálculos justificativos de la misma.

Entre los sistemas más usuales de entibación pueden destacarse los siguientes: – Entibación con paneles de madera. Hoy en día sólo se emplea como solución puntual y para profundidades pequeñas, no superiores a dos metros. En zonas urbanas con muchos servicios transversales a la zanja presenta la ventaja, por ejemplo, de su mayor accesibilidad, pero en la actualidad es raro proyectar un sistema de entibación en su totalidad mediante paneles de madera. – Entibación mediante blindajes ligeros. Son unos paneles, habitualmente de aluminio, de fácil manejabilidad que se unen longitudinalmente mediante sencillas sujeciones. Son de aplicación en terrenos de cierta consistencia y en profundidades de hasta tres metros.

310

-

Entibación mediante cajones de blindaje. Consiste en el montaje fuera de la zanja de distintas planchas con sus extremos reforzados que configuren un cajón que pueda introducirse en la zanja de una sola vez o a medida que aumente la profundidad con la ayuda de la maquinaria de la excavación. Se emplea en profundidades de hasta 3 ó 4 metros.

-

Entibación por paneles deslizantes con guías. Es uno de los sistemas más utilizados en la actualidad. Se trata de unas planchas deslizantes que se introducen en el terreno a través de unos perfiles-guía que se han colocado previamente, los cuales, a su vez, pueden ser simples o dobles. Con este sistema es fácil alcanzar profundidades de hasta 7 u 8 metros.

5.3.1.5 Seguridad en las zanjas Los principales riesgos que provoca la existencia de zanjas, así como unas medidas protectoras razonables para cada caso, son los siguientes (Sanz Saracho, 2000): – Accidentes provocados por máquinas y materiales. Unas medidas de protección para evitar este tipo de accidentes son las siguientes: – No situar a los operarios dentro del radio de acción de las máquinas. – Realizar el acceso a la zona de trabajo por distintas zonas de las de tráfico de máquinas. – Si, excepcionalmente, algún operario debe moverse en la zona de trabajo de alguna máquina, informar previamente al maquinista y esperar a que éste autorice su paso. – Permanecer separados de los bordes de las zanjas cuando se está procediendo a movimientos de materiales en su interior, particularmente tuberías. – Cuando los operarios estén utilizando herramientas manuales mantener la suficiente distancia entre ellos para evitar entorpecerse y accidentarse con su manejo. – Percances de tráfico. En la planificación del tajo deben definirse las direcciones del tráfico señalando claramente éstas, así como los accesos de vehículos desde y hacia la obra. Los equipos que circulan por la obra y hayan de incorporarse a vías de tráfico general, deben limpiar con chorro de agua sus ruedas, para lo que es necesario disponer la correspondiente instalación de lavado en la zona de salida. Por otra parte las zonas de movimiento de vehículos dentro de la obra deben conservarse en buen estado lo que requiere un mantenimiento planificado y sistemático si la obra tiene cierta duración. La zona de obra, por su parte, debe quedar acordonada por vallas, convenientemente iluminadas de noche, de forma que sin perjuicio de las señales previas de reducción de calzada, los conductores conozcan en todo momento el límite de aquélla.

311

Cuando la zanja atraviese transversalmente una zona de tráfico rodado, deben colocarse sobre ella chapones con espesor suficiente de acuerdo con el ancho de la zanja (no inferior, en cualquier caso, a unos 20 mm) encastrados en el pavimento de forma que quede coartado su movimiento. Al final de cada jornada, deben revisarse tanto las vías de tráfico rodado como las peatonales, manteniendo su buen estado y percatándose del correcto funcionamiento de la iluminación nocturna. – Caídas de personas. Cuando en las proximidades de la zanja se establezca circulación de personal ajeno a la obra y, aunque no se dé esta circunstancia, la zanja tenga una profundidad superior a 2 m, deben colocarse vallas protectoras separadas una distancia mínima de 60 cm al borde de la zanja. En zanjas sin entibación se deben colocar escaleras de bajada para los operarios (separadas entre sí no más de 20 ó 30 metros), si no existen rampas de acceso. En caso de utilizar escaleras, éstas deben sobresalir un metro por encima del borde superior. En las zanjas con entibación puede prescindirse de las barandillas de protección, si la entibación sobresale al menos un metro del borde superior excavado. También en este caso deben disponerse escaleras móviles de acceso. Si se prevé circulación de personas ajenas a la obra, además de la señalización y colocación de vallas protectoras, deben disponerse zonas de paso y acceso a viviendas y locales comerciales. Estas zonas de circulación han de permitir el paso, al menos, de dos carritos de inválido. Si esta circulación atraviesa la zanja deben colocarse pasarelas metálicas o de madera convenientemente sujetas y provistas de barandillas rígidas de ancho no inferior a 1 metro. Todas estas protecciones deben quedar iluminadas de noche con puntos de luz separados entre sí no más de 10 m.

5.3.2 Montaje de la tubería Previo a la instalación de la tubería, y una vez realizado el replanteo general de las obras y ejecutada la excavación de la zanja, se realiza el replanteo de la tubería, para lo que se señalan sus vértices y colocan puntos de referencia, de alineación y de nivel, a partir de los que colocan los tubos. Unas tolerancias de colocación de los tubos instalados en zanja respecto a su posición teórica fijada en los planos del proyecto pueden ser las siguientes (MOPU, 1989): – Máxima desviación de la alineación

± 5 cm

– Máxima desviación del nivel: Pendientes > 1% Pendientes ≤ 1%

± 10 mm ± 2 mm

Otras fuentes (CH Norte, 1989) establecen las siguientes tolerancias: – Tuberías en zanja:

Desviación en planta o en alzado ± 20 mm Ademas, cada tubería individual tendrá una pendiente de 0,5I y 2I, siendo I la pendiente teórica

312

– Tuberías hincadas:

Desviación en planta Desviación en alzado

± 75 mm ± 50 mm

En general, el montaje de unos tubos con otros debe de realizarse en el interior de la zanja. Solo los tubos de PVC-O, los de PE, y con mayores precauciones también los de acero, pueden ser montados en el exterior de la zanja e introducirse en ella una vez unidos. El montaje de la tubería debe realizarlo personal experimentado, que, a su vez, deberá vigilar el posterior relleno de la zanja, en especial la compactación de las zonas más próximas al tubo. Antes de bajar los tubos a la zanja deben examinarse a simple vista.

Se llama la atención de forma especial sobre lo conveniente de que el personal encargado de las tareas de montaje y manipulación de las tuberías en todas las fases de su instalación tenga la mejor capacitación y conocimiento posible al respecto.

El descenso de los tubos al fondo de la zanja se debe realizar con precaución. Sólo si la profundidad de la zanja no excede de 1,5 m, los tubos no son demasiado pesados y de diámetro inferior a 300 mm y el borde de la zanja suficientemente estable, el descenso puede ser manual, debiendo, en caso contrario, emplear medios mecánicos. Una vez los tubos en el fondo de la zanja, deben examinarse de nuevo para cerciorarse de que su interior esté libre de tierra, piedras, suciedad, etc., para a continuación realizar su centrado y alineación. Posteriormente deben ser calzados y acodalados con un poco de material de relleno para impedir su movimiento. Si las pendientes de las zanjas son superiores al 10%, la tubería se debe colocar en sentido ascendente. Si esto no es posible, deben tomarse las precauciones necesarias para evitar el deslizamiento de la misma. Si se precisa reajustar algún tubo, deberá levantarse el relleno y prepararlo como para su primera colocación. Cuando se interrumpa la colocación de la tubería deben taponarse los extremos para impedir la entrada de agua o cuerpos extraños, y al reanudar el trabajo examinar su interior, por si se hubiera introducido algún cuerpo extraño en la misma. En general, no se deben de colocar más de cien metros de tubería sin proceder al relleno parcial de la zanja para evitar la posible flotación de la tubería. Si ésto no fuera suficiente deben tomarse las medidas necesarias para evitar dicha flotación Para obtener cambios de alineación pueden seguirse los siguientes procedimientos, conforme se muestra en la Fig. 86: – En los tubos dispuestos con unión flexible de enchufe y extremo liso con anillo elastomérico deben de realizarse mediante las oportunas piezas especiales.

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Estas uniones sólo admiten una pequeña desviación conforme lo especificado en los respectivos apartados de este documento (por ejemplo, en los tubos de fundición no más de 4 ó 5º en diámetros menores de 1.000 mm y como mucho 1,5° en DN superiores; o en los de hormigón como máximo 1,5° ó 2°). En este caso, si la desviación en cada junta es ∆α y los tubos tienen una longitud L (ver Fig 86, centro), el radio de curvatura R resultante y el número de tubos N necesarios para un cambio de dirección α, serían los calculados mediante las siguientes expresiones:

R=

No obstante lo anterior, en los tubos con unión flexible,

L ∆α 2 sen 2

N=

α ∆α

los cambios de alineación que se logren gracias a la desviación de la unión no deben agotar la desviación máxima admisible de dichas uniones, debiendo reservar siempre un margen para tolerancias en la instalación, posibles desviaciones en el montaje, etc.

– En los tubos con unión rígida, en general, no ha lugar a posible desviación alguna en la unión, debiendo recurrir a las necesarias piezas especiales para lograr los cambios de alineación en planta. Por ejemplo, en los tubos con unión soldada a tope (acero o polietileno), pueden lograrse cambios de trazado en planta construyéndolos de forma segmentada o achaflanando sus extremos. En los tubos con unión soldada a solape (sobre todo en los de hormigón con camisa de chapa con boquilla), la unión sí admite cierta desviación como en el caso anterior. – Por sus propias características, los tubos de PE, y en menor medida también los de PVC-U, admiten cierta curvatura para su instalación. En concreto, son razonables los valores indicados en la Tabla 102 (PVC-U) y en la Tabla 103 (PE). – Los tubos de acero también admiten ser curvados, pudiendo obtenerse dicho curvado bien en frío (en la propia obra) o bien en caliente (en fábrica). En el primer caso (curvado en frío) pueden obtenerse radios de curvatura de hasta 5 ó 10 veces el DN, mientras que en el segundo caso (curvado en caliente) no deben excederse curvaturas de 20 ó 40 veces el DN.

No obstante lo anterior, en el caso particular del acero, hay experiencias (en el sector del gas) en las que se llegan a alcanzar curvaturas en caliente (en fábrica) de 90° en tuberías de diámetro superior a 500 mm.

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Cambios de dirección mediante piezas especiales

Desviaciones admisibles en uniones flexibles o por sodadura a solape

Tubos con extremos achaflanados

Fig. 86. Distintas posibilidades para los cambios de dirección

Tabla 102. Curvaturas admisibles en tubos de PVC-U (UNE ENV 1452-6:2001 y UNE 53399:1990 IN) Tubos de PVC-U DN

A (L=6m)

63

1,40

75

1,19

90

0,99

110

0,81

125

0,72

140

0,64

160

0,56

180

0,32

200

0,28

250

0,22

315

0,18

400

0,14

500

0,12

315

Tabla 103. Curvaturas admisibles en tubos de PE Radios máximos de curvatura, R PN

PE 40

PE 80

2,5

30 DN

50 DN

PE 100

3,2

30 DN

40 DN

4,0

20 DN

30 DN

50 DN

6,0

20 DN

20 DN

30 DN

10,0

20 DN

20 DN

20 DN

16,0

20 DN

20 DN

20,0

20 DN

20 DN

25,0

20 DN

20 DN

5.3.3 Camas de apoyo Los tubos no deben apoyarse directamente sobre la rasante de la zanja, sino sobre camas o lechos, los cuales han de tener un espesor mínimo bajo la generatriz inferior del tubo de 10 ó 15 cm, pudiendo ser bien granulares o de hormigón.

5.3.3.1 Camas de material granular Con carácter general se recomienda que el material granular a emplear en las camas de apoyo sea no plástico, exento de materias orgánicas y con un tamaño máximo de 25 mm, pudiendo utilizarse arenas gruesas o gravas preferentemente rodadas, con granulometrías tales que, en cualquier caso, el material empleado sea autoestable (condición de filtro y de dren). Las camas granulares hay que realizarlas en dos etapas. En la primera se ejecuta la parte inferior de la cama, con superficie plana, sobre la que se colocan los tubos, acoplados y acuñados. En una segunda etapa se realiza el resto de la cama rellenando a ambos lados del tubo hasta alcanzar el ángulo de apoyo indicado en el proyecto. En ambas etapas los rellenos se efectúan por capas compactadas mecánicamente. Unos espesores razonables para cada capa pueden ser del orden de 7 ó 10 cm y los grados de compactación es recomendable que sean tales que la densidad resulte como mínimo el 95% de la máxima del ensayo próctor normal o bien, el 70% de la densidad relativa si se tratara de material granular libremente drenante, de acuerdo con las normas UNE 7255:1979 y NLT 204/72. Las camas granulares simplemente vertidas no son recomendables en ningún caso. Además, debe prestarse especial cuidado en las operaciones de compactación para no producir movimientos ni daños en la tubería. En los puntos donde sea factible, debe darse salida al exterior a la cama granular para la evacuación del posible drenaje.

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5.3.3.2 Camas de hormigón Las características geométricas y mecánicas de las camas de hormigón a emplear en este tipo de apoyo deben figurar en el proyecto, debiendo en general, ser su espesor mínimo bajo la generatriz inferior del tubo de unos 10 a 15 cm, su resistencia característica no inferior a 150 kg/cm2 y el tamaño máximo del árido no mayor de la cuarta parte del espesor de la cama bajo el tubo. El ángulo de la cama de apoyo del tubo normalmente es de 90° a 120°. La cama de hormigón se construye con los tubos colocados en su posición definitiva, apoyados sobre calzos que impidan movimientos en la tubería y debiendo asegurar el contacto del tubo con el hormigón en toda la superficie de apoyo. En las zonas de uniones, la cama se interrumpe en un tramo de unos 80 cm. como mínimo y, en su caso, debe profundizarse la excavación del fondo de la zanja hasta dejar bajo la tubería el espacio libre suficiente para la ejecución de las uniones.

5.3.3.3 Criterios de selección de la cama de apoyo Para la elección del tipo de apoyo hay que tener en cuenta muchos aspectos, tales como el tipo de tubo y sus dimensiones, la clase de uniones, la naturaleza del terreno, etc. Como criterio general, los tubos flexibles deben disponerse sobre camas granulares, no debiendo, en estos casos, ni apoyar ni embutir la tubería en hormigón. En relación con la naturaleza del terreno del fondo de la zanja pueden tenerse en cuenta las orientaciones siguientes: a) Terrenos de gran resistencia y rocas. Se deben disponer camas, en general, granulares con un espesor mínimo de unos quince a veinte centímetros. b) Suelos de tipo granular. En este tipo de suelos, el tubo podría apoyarse directamente sobre el fondo previamente modelado en forma de cuna, o simplemente perfilado y compactado. c) Suelos normales (areno-arcillosos estables). En general, deben disponerse camas granulares, o camas de hormigón. d) Suelos malos (fangos, rellenos, etc.). Debe profundizarse la excavación sustituyendo el terreno de mala calidad por material de aportación adecuado debidamente compactado (próctor normal >95%) o por una capa de hormigón pobre. En el primer caso (sustitución del terreno natural por material de aportación adecuado), el espesor de la capa del relleno compactado debe ser, como mínimo, la mitad del diámetro del tubo y los criterios para la elección de la cama de apoyo a disponer pueden ser los mismos del anterior apartado b. En el segundo caso (sustitución del terreno natural por una capa de hormigón pobre),

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el espesor del relleno de hormigón debe ser, como mínimo, de 15 cm y los criterios para la elección de la cama de apoyo a disponer pueden ser los mismos del anterior apartado c. e) Suelos excepcionalmente malos (deslizantes, arcillas expansivas, terrenos movedizos, etc.). Habrá de tratarse el fondo de la zanja según figure en el proyecto o indique la DO para cada caso. En el caso particular de los tubos de hormigón, en la Fig 21 se indican, a título orientativo, unos criterios de selección del tipo de apoyo, en función del sistema de unión, de las dimensiones de la tubería y de la presión hidráulica interior. En cualquier caso, el apoyo de la tubería, que debe ser continuo, tanto longitudinal como transversalmente, es recomendable que se disponga con ángulos comprendido entre 60° y 120°. Por último, pueden seguirse para el diseño de las camas de apoyo los criterios contenidos en las normas WIS 4-08-01:1994 y 4-08-02:1994.

5.3.4 Relleno de la zanja Una vez realizadas las pruebas de la tubería instalada, para lo cual se habrá hecho un relleno parcial de la zanja dejando visibles las uniones, se procede al relleno definitivo del tramo probado, el cual se subdivide, en general, en dos zonas: la zona baja, que alcanza una altura de unos 30 cm por encima de la generatriz superior del tubo y la zona alta, que corresponde al resto del relleno de la zanja hasta sus bordes superiores. Unas características recomendables para el relleno de ambas zonas son las siguientes (MOPU, 1989): a) En la zona baja el relleno debe ser de material no plástico, preferentemente granular y sin materias orgánicas. El tamaño máximo de las partículas se recomienda sea de tres centímetros, colocándose en capas de pequeño espesor, compactadas mecánicamente hasta alcanzar un grado de compactación no menor del 95% del próctor normal, o hasta que su densidad relativa sea mayor del 70% si se tratase de material no coherente o libremente drenante. b) En la zona alta de la zanja, el relleno puede realizarse con cualquier tipo de material que no produzca daños en la tubería. El tamaño máximo admisible de las partículas se recomienda sea de quince centímetros, colocándose en tongadas horizontales, compactadas mecánicamente hasta alcanzar un grado de compactación no menor del 100% del próctor normal o hasta que su densidad relativa sea mayor del 75% si se tratase de material no coherente o libremente drenante. En el caso de que sobre las zanjas se prevean firmes, el grado de compactación de la zanja debe ser el requerido por el tipo de firme que se disponga. El material del relleno, tanto para la zona alta como para la baja, puede ser, en general, procedente de la excavación de la zanja a menos que sea inadecuado, según lo indicado en los párrafos anteriores. En estos casos los materiales de relleno deben obtenerse de préstamos autorizados.

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Fig. 87. Rellenos en tubos enterrados

Las exigencias antes reseñadas para los rellenos de las zanjas son especialmente de aplicación en los tubos flexibles en los que, para garantizar su comportamiento mecánico, es preciso asegurar unas muy buenas condiciones de la instalación. En los tubos rígidos, las condiciones de los rellenos pueden no ser tan exigentes. Es frecuente adoptar la denominación de “relleno seleccionado” para el de la zona baja de la zanja y “relleno ordinario” para el de la zona alta. No debe confundirse esta denominación de relleno seleccionado con la que el “PPTG para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3)” del Ministerio de Fomento adopta para los “suelos seleccionados” (artº330), cuyos requisitos son diferentes a los que figuran en este documento para el relleno de la zona baja de la zanja. En ocasiones, cuando se instalen camas de apoyo de material granular, puede emplearse para el relleno de la “zona baja” el mismo material que el dispuesto en dichas camas de apoyo.

Debe prestarse especial cuidado durante la compactación de los rellenos, de modo que no se produzcan ni movimientos ni daños en la tubería, a cuyo efecto habrá de reducirse en lo necesario el espesor de las tongadas y la potencia de la maquinaria de compactación. Asimismo, en el caso de los tubos flexibles, hay que prestar especial atención a la compactación del relleno. En cualquier caso, no debe rellenarse la zanja en tiempo de heladas o con material helado, salvo que se tomen medidas para evitar que queden enterradas proporciones de suelo congelado.

319

5.3.5 Sistemas de protección catódica Para la protección anticorrosiva de las tuberías metálicas o con elementos metálicos susceptibles de corrosión (fundición, acero, hormigón armado con camisa de chapa o válvulas), si así lo indica el respectivo proyecto, pueden disponerse sistemas de protección catódica, complementariamente a la protección pasiva mediante revestimientos especificada en los respectivos apartados de cada uno de los componentes de esta Guía Técnica.

Como criterio general, los posibles sistemas de protección de tuberías metálicas contra la corrosión son, básicamente, bien el recubrimiento mediante revestimientos o bien la protección catódica. La protección catódica se basa en garantizar que la tubería sea eléctricamente contínua, por lo que si se instalan uniones flexibles, como el anillo elastomérico rompe dicha continuidad eléctrica, deberían disponerse en las uniones sistemas que eviten dichas discontinuidades, como puentes, elementos mecánicos o, en general, accesorios que garantizasen la continuidad eléctrica de la conducción. La protección mediante revestimientos, por el contrario, no requiere de la continuidad eléctrica de la conducción, pudiendo emplearse con cualquier sistema de unión. En general, los sistemas de protección catódica solo son necesarios cuando sean previsibles problemas significativos de corrosión, siendo, por tanto, habitualmente suficiente la protección de las tuberías con sistemas pasivos de revestimientos. Algunas situaciones con riesgo elevado de corrosión, susceptibles por lo tanto de aplicar un sistema de protección catódica, pueden ser: la cercanía a líneas electrificadas o a otros elementos protegidos catódicamente, suelos agresivos por su resistividad eléctrica, elevada acidez o alto contenido de sulfatos y cloruros, etc. En particular, en el caso de tuberías con unión flexible y cuando el gradiente eléctrico en el suelo no sea muy elevado (inferior a 200 mV por longitud individual del tubo), las soluciones de protección de la tubería mediante revestimientos suelen ser suficientes, habida cuenta que la discontinuidad generada por la utilización de uniones de elastómero en los tubos actúa favorablemente, dificultando la canalización de las corrientes vagabundas a través de los tubo. No obstante, el proyecto de norma europea prEN 50162:2000 prevé que si, por el contrario, el gradiente eléctrico en el suelo fuera muy elevado (superior a 200 mV por longitud individual del tubo), otra de las soluciones posibles, complementariamente a la protección mediante revestimientos, podría consistir en dar continuidad a los tubos en la zona afectada e instalar un drenaje unidireccional directa o indirectamente con la zona que provoca la influencia. Estos valores elevados de gradiente pueden darse al instalar tuberías a menos de 10 metros de vías electrificadas con corriente contínua o en zonas muy próximas a lechos de ánodos (radios de 50 metros para intensidades inferiores a 10 A).

320

En cualquier caso, la elección entre un sistema u otro de protección es, por tanto, una cuestión técnico-económica que dependerá de las circunstancias particulares de cada instalación. El proyecto de la conducción debe detallar el sistema de protección catódica a instalar, así como las condiciones de los materiales, las de instalación de los mismos y cuantas otras características sean necesarias para el buen funcionamiento de la protección adoptada. Entre la normativa existente al respecto, se recomienda seguir lo especificado por la norma UNE-EN12954:2002 o lo recogido en el “Manual de corrosión y protección de tuberías” de AEAS (2001). En el caso particular de los tubos de hormigón, para la selección, diseño e instalación de los sistemas de protección catódica, puede seguirse lo especificado en UNE EN 12696:2001, en prEN 14038-1:2001, así como en RP0100:2000 y RP0187:1996. En el caso de tuberías de acero, puede atenderse lo establecido en prEN13636:2001 o en RP0169:1996; en las instalaciones subacuáticas, es de aplicación lo previsto en UNE EN 12473:2001 o en prEN 12474:2001. En materia de normalización sobre protección catódica, son de interés también los trabajos que desarrolla el CEOCOR (Comité europeo de estudio de la corrosión y protección de canalizaciones, www.ceocor.lu) o la Federación Europea de la Corrosión.

Los elementos metálicos que no interese o no sea económico defender catódicamente (pozos, estaciones de bombeo, uniones con redes no protegidas, etc.) se deben independizar de las corrientes eléctricas con juntas aislantes. El modo más económico y seguro de lograr la protección catódica de una tubería enterrada es aislarla de otras estructuras también enterradas y que no se desean proteger, tales como redes de tierra de cobre, armaduras de estructuras de hormigón armado, otras tuberías, etc. Para lograr este aislamiento se deben instalar juntas dieléctricas con ciertas precauciones para evitar que la corriente de la protección catódica las cortocircuite por el interior a través del agua.

A lo largo de la tubería, deberán instalarse puestos de toma de potencial, de intensidad de corriente o de resistencia en puntos tales como: a) b) c) d)

cruces con estructuras metálicas juntas aislantes cruces con puentes, carreteras, canales de agua, etc. zonas de corrientes vagabundas

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En cualquier caso, unos niveles de polarización recomendados para la protección catódica de los tubos metálicos son, en general, los siguientes: a) Potencial mínimo de polarización: 850 mV relativo al electrodo de cobre-sulfato de cobre b) Polarización catódica: mínimo de 100 mV c) En algunas circunstancias, tales como presencia de sulfuros, bacterias, temperaturas elevadas, entornos ácidos y existencia de metales diferentes, puede ser necesario aplicar potenciales de polarización más negativos que -850 mV o variaciones mayores que 100 mV. de polarización En el caso particular de tubos de hormigón, para la protección catódica de las armaduras, en general, el potencial de polarización debe estar comprendido entre -0,50 y -0,90 voltios, y el alambre de pretensado conectado a la camisa de chapa. Para la medida de los potenciales anteriores puede seguirse lo establecido en prEN 13509:1999. Todos los componentes que formen parte del sistema de protección catódica deben cumplir con la normativa eléctrica de aplicación (Reglamentos Electrotécnicos, etc.), así como con la norma UNE-EN 12954:2002 y tendrán en cuenta las exigencias de las Compañías Suministradoras de Energía. La instalación de los ánodos de corriente impresa puede ser en pozo profundo o podrán disponerse enterrados horizontal o verticalmente, debiendo el material de relleno compactarse adecuadamente. Los cables de conexión deben llevar el mínimo número de empalmes posibles, dejando la holgura suficiente para evitar esfuerzos sobre ellos. Una vez puesto en funcionamiento el sistema de protección catódica adoptado debe realizarse su mantenimiento durante la vida útil del mismo. En general, las operaciones a realizar son las siguientes: a) Comprobación anual de la eficacia del sistema adoptado. b) Comprobación bimensual de las fuentes de corriente impresa. Esta operación podrá realizarse, por ejemplo, a través de la medida de la intensidad de salida, por el consumo normal de energía, por los valores de potenciales de la tubería, etc. c) Inspección anual de los sistemas de protección de las instalaciones de corriente impresa (conexiones de puesta a tierra de seguridad, precisión de los aparatos de medida, rendimiento y resistencia del circuito, etc.). d) Inspección bimensual de los interruptores-inversores de corriente, diodos, puentes de conexión y demás dispositivos de protección. e) Reemplazo periódico de los ánodos que se vayan desgastando y reparación de las averías eléctricas en el sistema.

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La protección catódica de una estructura consiste en su polarización negativa respecto al medio donde se encuentra mediante una corriente externa. Básicamente, los sistemas de aplicación para la protección catódica pueden ser algunos de los dos siguientes: a) Por ánodos de sacrificio (ánodos galvánicos) b) Por fuentes de corriente impresa Rectificadores manuales Rectificadores regulados Además de lo anterior, cuando existan corrientes vagabundas causadas por ferrocarriles electrificados, para la protección de la tubería, pueden utilizarse equipos de drenaje polarizados (prEN 50162:2000). Incluso en estos casos de corrientes vagabundas, los sistemas de protección catódica pueden ser combinación de todos los anteriores. En el sistema de protección denominado de “ánodos de sacrificio” la tubería a proteger se conecta a un metal más electronegativo que el del propio tubo, formando una pila y consiguiendo así, con el sacrificio del metal añadido, salvar el metal de la tubería. Como ánodos o electrodos de sacrificio se emplean algunas aleaciones de magnesio, cinc o aluminio, que se funden normalmente con formas cilíndricas o trapezoidales. Estos ánodos van enterrados y se rodean de una mezcla activadora que evita la pasivación del ánodo y disminuye su resistencia a tierra. La mezcla activadora suele estar compuesta por yeso, bentonita y sulfato sódico. Los sistemas de “corriente impresa con rectificador manual” se basan en que éste fuerze la salida de corriente contínua hacia el suelo a través de un lecho de ánodos, actuando la tubería como cátodo y recibiendo corriente continua del suelo que la rodea. Los ánodos son, en general, de grafito, ferrosilicio, titanio activado con platino o mezcla de óxidos metálicos , o en algunos casos cada vez menos frecuentes, de acero. El contacto de los ánodos con el suelo suele mejorarse utilizando rellenos de grafito, coque de hulla y coque de petróleo calcinado. Los sistemas de “corriente impresa con rectificador automático” trabajan igual que el caso anterior, pero con un control automático de la corriente de protección en función del potencial de la tubería. Por último, para drenar las corrientes vagabundas se pueden utilizar equipos de “drenaje polarizado”o unidireccionales, que consisten en establecer una conexión entre la tubería y el carril del ferrocarril electrificado que únicamente permita el flujo de la corriente en el sentido de la tubería a la vía a través del cable, evitando así las salidas de corriente de la tubería al suelo.

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Estos equipos de drenaje polarizado incluyen un rectificador en la conexión unidireccional entre la tubería y la vía del ferrocarril electrificada. Los sistemas de protección catódica requieren de operaciones de mantenimiento para asegurar su eficacia contra la corrosión de las tuberías, y la participación de personal especializado. En cualquier caso, es recomendable que, en general, las conducciones eléctricamente continuas se diseñen y construyan con los dispositivos necesarios para que, en cualquier momento de su vida útil, pueda instalarse el sistema de protección catódica.

5.4 Instalación de tubos aéreos En la instalación de tubos aéreos, tanto en recintos cerrados como a cielo abierto, la tubería debe colocarse sobre apoyos aislados que, en general, suelen ser de hormigón o metálicos. Los apoyos de hormigón se disponen con una cuna de asiento de la tubería, la cual abarca al tubo en un arco de entre 120° y 180°. Cuando se empleen zunchos metálicos para el apoyo de los tubos, deben ser pletinas con ancho mínimo de 50 mm, las cuales han de estar protegidas contra la corrosión no debiendo, en ningún caso, comprimir al tubo. Es especialmente desaconsejable el empleo de zunchos de sección circular. En el caso de tubos de materiales plásticos el apoyo debe realizarse mediante pinzas o abrazaderas de material plástico o metálico, las cuales no deben comprimir al tubo. En cualquier caso, debe cuidarse que la superficie de contacto con la tubería sea suave y lisa, recomendándose colocar a tal efecto, salvo disposiciones especiales, una lámina gruesa de material elastomérico adecuado o de fieltro de fibra imputrescible entre el tubo y el apoyo. Las uniones de los tubos y de las piezas especiales deben quedar al descubierto para permitir el montaje y desmontaje de las mismas. La distancia entre apoyos debe ser tal que se garantice lo especificado en el epígrafe de cálculo mecánico de esta Guía Técnica. En la instalación de tubos aéreos, en general, se recomienda disponer dos apoyos por tubo. En el caso de los tubos de PVC-U y en los de PE, las distancias máximas recomendadas figuran en las tablas B.3 y 2 de las normas UNE ENV 1452-6:2001 y UNE 53394:1992 IN, respectivamente. En este tipo de instalaciones aéreas deben preverse, en general, dispositivos para compensar las dilataciones debidas a las variaciones de temperatura, circunstancia a la que se le prestará especial atención en las tuberías de polietileno. Cuando los tubos de PVC-U se dispongan en instalaciones aéreas se deben proteger especialmente contra la acción de los rayos solares. En cualquier caso, la temperatura de la superficie exterior del tubo no debe alcanzar los 45° C.

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En la instalación aérea de tuberías de acero hay que cuidar especialmente la protección anticorrosiva del tubo, para lo cual debe quedar accesible toda su superficie exterior, cuidándose el diseño de las zonas de apoyo, para facilitar su pintado y revisión cuando sea necesario.

5.5 Otras instalaciones Cuando los tubos se instalen con disposiciones diferentes a las ya descritas de “en zanja” o “aéreas”, como son mediante hinca, subacuáticos, etc., el correspondiente proyecto debe especificar las condiciones a satisfacer en cada obra. En el caso de la disposición en galería, la colocación de los tubos debe cumplir, en general, lo especificado en el epígrafe anterior, pudiendo instalarse la tubería sobre apoyos o colgada de la clave o hastiales de la galería. En el caso particular de las tuberías subacuáticas, la colocación de las mismas, en función de la naturaleza del terreno, puede realizarse en zanja, mediante apoyos o soleras de hormigón o con cimentaciones especiales, tales como pilotajes. Todas estas disposiciones requieren de equipos mecánicos adecuados a la profundidad del agua, al tipo del terreno y a las dimensiones y naturaleza de los tubos. La tubería puede ser colocada depositándola en su emplazamiento subacuático o bien arrastrada desde una de las márgenes. Debe prestarse especial atención a la posible flotabilidad de la tubería, a cuyo efecto hay que disponer los correspondientes anclajes. Cuando la tubería se instale en zanjas, los rellenos de las mismas deben hacerse con materiales gruesos tales como gravas, escolleras o incluso hormigonando parte de la propia zanja.

5.6 Uniones El correspondiente proyecto de la tubería debe indicar los tipos de unión que sean de aplicación en cada caso. Caso de no hacerlo, pueden seguirse las indicaciones que figuran para cada tipo de tubo en los respectivos capítulos de este documento. La instalación y montaje de los tipos de uniones usuales se recomienda sea conforme a lo especificado a continuación. a) Uniones de bridas. Las uniones de bridas se instalan interponiendo entre las dos coronas una arandela de material elastomérico centrada, que es comprimida con los tornillos pasantes de la unión, mediante llave dinamométrica. Las tuercas deben apretarse alternativamente. Si debido a la existencia de fugas de agua fuese necesario ajustar más las bridas, esta operación se haría también así. b) Uniones mecánicas. Las uniones mecánicas estan constituidas, en general, por elementos metálicos, independientes del tubo, material elastomérico y tornillos con collarín de ajuste o sin él. Los extremos de los tubos no han de quedar a tope, sino con un pequeño huelgo. En los elementos mecánicos hay que comprobar que no hay rotura ni defectos de fundición, en su caso, examinándose el buen estado de los filetes de las

325

roscas de los tornillos y de las tuercas y comprobándose también que los diámetros y longitudes de los tornillos son los que corresponden a la unión propuesta y al tamaño del tubo. c) Unión mediante manguito. Cuando la unión de los tubos se efectúe mediante manguito y anillo elastomérico, además de la precaución general en cuanto a la torsión de los anillos descrita anteriormente, ha de cuidarse el centrado de la unión, especialmente cuando la tubería describa una curva. Los extremos de los tubos no deben quedar en contacto, dejando una separación entre ellos de unos 15 mm. Los anillos elastoméricos pueden ser de sección circular, en V, pudiendo disponerse uno o varios por manguito alojándose en rebajes dispuestos a tal efecto. La colocación de estos anillos en las ranuras del manguito se efectúa, normalmente, fuera de la zanja, cuidando la limpieza de las ranuras. La posición final de la unión se obtiene desplazando el manguito hacia el tubo bien a mano o mecánicamente mediante trácteles, cables y ganchos, con la ayuda o no de travesaños de madera y previa lubricación del extremo liso del tubo y de los anillos elastoméricos que sean necesarios. d) Uniones de enchufe o embocadura termoconformada y extremo liso. En las uniones de enchufe y extremo liso debe cuidarse especialmente que las superficies del tubo en contacto con el anillo elastomérico estén limpias y exentas de defectos superficiales, tales como coqueras o aristas que puedan afectar a la estanquidad o dañar al anillo. Durante el montaje de la unión se efectúa el encaje correcto del anillo, comprobándose que los paramentos verticales del enchufe y del extremo liso están separados lo suficiente, para poder absorber los movimientos de la unión. e) Uniones soldadas. En los tubos de acero y de hormigón armado y pretensado con camisa de chapa se recomienda seguir las indicaciones expuestas en los respectivos epígrafes de esta Guía Técnica. En los tubos de polietileno, los métodos de soldadura (a tope, con embocadura o por electrofusión) deben cumplir con lo especificado en el epígrafe 6.5 del informe UNE 53394:1992 IN. f) Uniones mediante adhesivo. En los tubos de PVC-U de enchufe o embocadura termoconformada y extremo liso con unión mediante adhesivo, éste debe cumplir con lo especificado en la norma ISO 7387-1:1983 y en el proyecto de norma PNE 143002:2002 EX. Previo a la aplicación del adhesivo, las superficies de los tubos deben ser limpiadas mediante un líquido adecuado. El adhesivo se aplica mediante brocha, en sentido longitudinal, primero en el extremo liso y a continuación en el enchufe. Una vez realizada la unión debe mantenerse inmóvil durante unos segundos, limpiándose el adhesivo sobrante. En cualquier caso, se recomienda seguir las recomendaciones dadas en el epígrafe 6.3 de la norma UNE-ENV 1452-6:2001. g) Unión elástica con boquilla de acero (tubos de hormigón). En el momento de su montaje las superficies de las uniones deben presentar un aspecto suave, exento de fisuras, poros, burbujas o rebabas. Las superficies del tubo en contacto con el anillo, por su parte, han de estar limpias y exentas de cualquier defecto superficial, coqueras o aristas, que puedan afectar a la estanquidad o dañar al anillo.

326

Durante el montaje de la unión elástica, se efectuará el encaje correcto del anillo y se comprobará que los paramentos verticales de los extremos macho y hembra están debidamente separados, para poder absorber los posibles movimientos de la unión, considerados en el proyecto, sin entrar en contacto ni desenchufarse. Asimismo, no debe agotarse en esta operación toda la deformación posible de la unión, para poder absorber eventuales asientos diferenciales posteriores.

5.7 Macizos de anclaje Una vez montados los tubos y las piezas especiales hay que proceder a la sujeción y apoyo mediante macizos de anclaje, de los codos, cambios de dirección, reducciones, piezas de derivación, válvulas, desagües y, en general, todos aquellos elementos sometidos a esfuerzos que no deba soportar la propia tubería. Asimismo, deben disponerse macizos de anclaje cuando las pendientes sean excesivamente fuertes, puedan producirse movimientos de la tubería o exista riesgo de flotabilidad de la misma. Estos macizos de anclaje son, en general, de hormigón, pudiendo disponerse también elementos metálicos para el anclaje de la tubería, los cuales habrían de ir protegidos contra la corrosión. En cualquier caso, no deben emplearse cuñas de piedra o de madera que puedan desplazarse. Los macizos deben disponerse de tal forma que las uniones queden al descubierto, debiendo haber obtenido la resistencia de proyecto antes de realizar las pruebas de la tubería instalada. El empuje debido a la presión hidráulica interior producido en los cambios de dirección en la tubería viene dado por la expresión: Eb = 2 · P · A sen (θ/2) · 103 Eb P A θ

empuje en la tubería, en kN presión interior en la tubería, en N/mm2 área interior de la tubería, en m2 ángulo interior entre las alineaciones de la tubería

Además del anterior, se produce otro empuje debido al agua en movimiento, si bien no suele considerarse en el cálculo ya que es mucho menor. Como ya se ha indicado, para resistir dicho empuje Eb (kN) suelen disponerse macizos de anclaje de hormigón armado, los cuales suelen dimensionarse de manera que su peso iguale al empuje máximo a resistir. Con este criterio, los macizos deberán tener un volumen V (m3), supuesta una densidad del hormigón g (t/m3), de al menos: V = 0,1

Eb γ

Los macizos, además, suelen complementarse con una armadura mínima (cuantía de 10 ó 15 kg/m3) y deberán tener unas dimensiones tales que los empujes que transmitan al terreno no sean superiores a su resistencia a compresión.

327

En rigor, el dimensionamiento del macizo de anclaje debería de realizarse de manera que el coeficiente de seguridad al vuelco y al deslizamiento fueran superiores a unos determinados valores (del orden de 1,5 ó 1,6 a deslizamiento y 1,7 a 1,8 al vuelco). Reducir el dimensionamiento del macizo a comprobar que el peso del mismo iguale el empuje máximo a resistir es una simplificación adecuada para los casos en los que la tubería esté suficientemente enterrada y el relleno no sea flojo, de modo que pueda contarse con la colaboración del terreno para resistir el empuje.

Ejemplo 45

En la Fig. 88 se representan los valores de los empujes producidos en los cambios de alineación y los volúmenes de hormigón necesarios para resistir dichos empujes, suponiendo una densidad del hormigón de 2,4 t/m3.

De la aplicación de la Fig. 88, puede verse, como, por ejemplo, el empuje hacia el terreno producido por una tubería de 1.000 mm de diámetro interior (ID) sometida a una presión hidráulica interior de 3 N/mm2 en un cambio de alineación en planta con un ángulo de 60º sería de 2.356 kN. El volumen de hormigón necesario para resistir dicho empuje (densidad 2,4 t/m3) sería de 98,17 m3. La aplicación de dicha figura requiere la interpolación para los casos de diámetros y ángulos no representados en la misma.

En los cambios de alineación cóncavos en alzado, podrían sustituirse los macizos de anclaje por un simple y adecuado apoyo de la tubería de hormigón, de longitud suficiente, de manera que el empuje de la presión hidráulica interior se transmita al terreno de manera adecuada. Igualmente, en las tuberías con juntas capaces de resistir tracciones longitudinales (uniones soldadas, bien en tubos de acero, de PE o de hormigón armado o pretensado con camisa de chapa; uniones acerrojadas en tubos de fundición o uniones autotrabadas en tubos de PRFV), distintos autores (Liria, 1995; manuales M9 y M11 de AWWA) consideran que podría obviarse la colocación de macizos de anclaje en los cambios de alineación en la tubería. Con este criterio, se entiende que los empujes se resisten por efecto del rozamiento que opone el terreno al deslizamiento de la tubería, suponiendo que dichos empujes disminuyen linealmente hasta cero en unas longitudes suficientes para soportar las componentes de dichos empujes. En esos tramos, además de los restantes esfuerzos, la tubería debe ser capaz de resistir tracciones longitudinales. La longitud L (en metros) de cada uno de estos tramos desde cada lado del codo, se calcularía mediante la siguiente expresión:

328

L=

P A θ µ We Wp Ww

P ⋅ A ⋅ (1 − cos θ) ⋅ 102

(

µ ⋅ We + Ww + Wp

)

presión interior en la tubería, en N/mm2 área interior de la tubería, en m2 ángulo interior entre las alineaciones de la tubería coeficiente de rozamiento entre la tubería y el terreno (habitualmente de 0,25 a 0,40) peso del terreno situado sobre el tubo (t/m) peso de la tubería (t/m) peso del agua contenida en el interior de la tubería (t/m)

De las cargas verticales actuantes (We ,Wp ,Ww), la correspondiente al peso del terreno situado sobre el tubo es, habitualmente, muy superior a todas las demás. No obstante lo anterior, y siempre a criterio de la DO, cuando los empujes producidos sean de consideración, bien sea por tuberías de grandes diámetros, elevadas presiones o codos con ángulos importantes, aunque se dispongan uniones soldadas que garanticen la resistencia a las tracciones longitudinales, puede ser recomendable disponer adicionalmente macizos de anclaje en los codos, ya que suponen una seguridad adicional. Puede adoptarse también un diseño intermedio, en el que parte del empuje lo resista el macizo y la parte restante se le encomiende a la propia unión.

Estas últimas precauciones relativas a la colocación de macizos de anclaje por motivos de seguridad en tuberías con junta soldada en las que en rigor no serían necesarios, cobran especial importancia cuando haya dudas sobre la contribución para resistir el empuje de todo el terreno circundante a la tubería. Es la situación, por ejemplo, de las obras en entornos urbanos, ya que en estos casos, es frecuente que actuaciones futuras de terceros acaben dejando a las tuberías sin el necesario apoyo. En cualquier caso, si realmente quiere obviarse la colocación de los correspondientes macizos de anclaje en los tubos de hormigón con camisa de chapa, debe comprobarse de forma expresa que la capacidad de la soldadura para resistir tracciones longitudinales es suficiente, ya que usualmente la chapa de la boquilla a soldar en la unión es de pequeño espesor (alrededor de 1,5 mm) con la única misión de conferir estanquidad a la junta. Y parecido ocurre con los tubos de fundición con unión acerrojada o en los de PRFV con unión autotrabada, en los que se deberá de comprobar que la resistencia a la tracción de la unión es suficiente para resistir las solicitaciones a que vaya a estar sometida.

329

ID 250 mm

40,0

800

30,0

600

Empuje (α=30°) Empuje (α=60°)

400 Empuje (kN)

20,0

10,0

0

0,0 1 2 3 Presión interior (N/mm 2)

4.000

Empuje (α=30°) Empuje (α=60°) V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

0

200,0

4.000

150,0

3.000

100,0

Empuje (kN)

50,0

1 2 3 Presión interior (N/mm 2)

2

3

4

200,0

ID 1.000 mm

150,0

V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

2.000

100,0

1.000

50,0

0,0 0

4

1

2

3

4

Presión interior (N/mm 2 )

ID 1.500 mm

16.000

1

0

0,0

0 0

0,0 0

Empuje (α=30°) Empuje (α=60°)

2.000

1.000

10,0

Presión interior (N/mm 2)

ID 750 mm

3.000

20,0

200

4

Volumen de hormigón (m3)

0

400

Empuje (kN)

200

30,0

V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

Empuje (kN)

V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

Volumen de hormigón (m3)

Empuje (α=30ϒ) Empuje (α=60°)

Volumen de hormigón (m3)

600

40,0

ID 500 mm

Volumen de hormigón (m3)

800

500,0

16.000

500,0

ID 2.000 mm

375,0

8.000

Empuje (kN)

250,0

4.000

125,0

0,0

0 0

1 2 3 Presión interior (N/mm 2)

4

Empuje (α=60°) V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

12.000

375,0

250,0

8.000

Empuje (kN)

V Hormigón (30°) V Hormigón (60°)

Volumen de hormigón (m3)

12.000

4.000

125,0

0,0

0 0

1 2 3 Presión interior (N/mm 2)

4

Fig. 88. Empujes producidos en los cambios de alineación y volúmenes de hormigón necesarios para resistirlos

330

Volumen de hormigón (m3)

Empuje (α=30°) Empuje (α=30°) Empuje (α=60°)

Por ejemplo, en una tubería de 1.000 mm de ID sometida a una presión hidráulica interior de 3 N/mm2, enterrada a 5 metros de profundidad y con un codo de 60°, para obviar la colocación de un macizo de anclaje, la longitud mínima del tramo recto que debe disponerse a cada lado del codo debe ser como mínimo de 34 metros. 30

3

ID 250 mm

25

α=30º; H=2 m

20

α=60º; H=2 m α=30º; H=5 m α=60º; H=5 m

ID 500 mm

2 α=30º; H=2 m α=60º; H=2 m α=30º; H=5 m α=60º; H=5 m

2

15

10

5

Longitud (m)

Longitud (m)

1

1

5

0

0 0

1

2

3

4

Presión interior (N/mm2)

0

1

Presión interior (N/mm2) 80

2

15

ID 1.000 mm

3

4

ID 2.000 mm

12 α=30º; H=2 m

60

α=30º; H=2 m

α=60º; H=2 m

α=60º; H=2 m α=30º; H=5 m α=60º; H=5 m

10

α=30º; H=5 m α=60º; H=5 m 40

20

5

2

0

Longitud (m)

7

Longitud (m)

Ejemplo 46

En el caso particular de tuberías de acero, y supuesto un coeficiente de rozamiento entre el tubo y el relleno de 0,3 y una densidad de éste de 2,3 t/m3, en la figura adjunta se representan las longitudes mínimas de tubería soldada necesarias (en función del diámetro, presión, ángulo del codo y altura de tierras sobre el tubo) para no tener que instalar los correspondientes macizos.

0

0

1

2

Presión interior (N/mm 2 )

3

4

0

1

2

3

4

Presión interior (N/mm 2)

Fig. 89. Tuberías con uniones soldadas. Longitudes mínimas a garantizar la resistencia a las tracciones longitudinales para obviar la colocación de macizos de anclaje en los codos

331

5.8 Obras de fábrica Las obras de fábrica necesarias para alojamiento de válvulas, ventosas y otros elementos de la tubería deben diseñarse con las dimensiones adecuadas para la fácil manipulación de aquellas, pudiendo ser, en general, tanto de hormigón como de materiales plásticos. Su diseño debe ser tal que no sea necesaria su demolición para la sustitución de tubos, piezas especiales y demás elementos. Puede distinguirse entre: – Cámaras. Son aquellos alojamientos visitables que, aun cuando su acceso pueda realizarse a través de una tapa de registro, junto a ésta se dispone de una cubierta a base de losas de hormigón armado, que puedan ser retiradas en caso necesario para realizar operaciones de mantenimiento o sustitución, en su caso. – Registros. Son aquellos alojamientos visitables cuyo acceso, tanto de personas como de material, se realiza única y exclusivamente a través de la abertura que ocupa la tapa en su marco. – Arquetas. Son aquellos alojamientos que no son visitables. La elección del tipo de alojamiento depende de numerosos factores, entre ellos el elemento de que se trate, su maniobrabilidad, profundidad, etc, pudiendo ser de aplicación lo que figura en la Tabla 104 (normas técnicas CYII) en el caso de redes urbanas de abastecimiento.

Tabla 104. Tipos de alojamientos en función de los elementos a proteger (Normas técnicas del CYII) Tipo de elemento Válvula de compuerta (profundidad < 2 m) Válvula de compuerta (profundidad > 2 m) Válvula de mariposa Ventosa Desagües acometidos a red de alcantarillado Desagües sin acometer red de alcantarillado

Tipo de alojamiento Registro Cámara Cámara Registro Registro Cámara

Deben protegerse con las tapas adecuadas, de fácil manejo y de resistencia apropiada al lugar de su ubicación, las cuales se recomienda cumplan con lo especificado por la norma UNE EN 124:1995.

5.9 Puesta en servicio de la tubería En las conducciones para el transporte de agua potable, y de acuerdo con lo establecido por el RD 140/2003, antes de su puesta en funcionaminto y después de cualquier actividad de mantenimiento o reparación que pueda suponer un riesgo de contaminación del agua de consumo humano, se realizará un lavado y/o desinfección del tramo afectado con alguna de las sustancias que dicho RD prevé.

332

El lavado de la tubería se realiza llenándola varias veces de agua. Esta operación de limpieza interior se lleva a cabo por sectores, mediante el cierre de las válvulas de seccionamiento adecuadas. El llenado de la conducción se realiza, en general, por el punto más bajo de la misma, y a una velocidad de, aproximadamente, 0,05 m/s. Tras la limpieza, y en el caso de agua potable, debe comprobarse que el olor, sabor, turbidez, color, conductividad, concentración de e-coli, de amonio, de bacterias coliformes y del ión hidrógeno o pH del agua se mantiene dentro de los límites aceptables para que se cumplan las condiciones establecidas en la vigente RTSAP. Igualmente, cuando la tubería esté destinada al transporte de agua potable, tras la limpieza interior de la red, debe procederse a la desinfección de la misma. Para ello, pueden utilizarse, en general, algunos de los productos indicados en la tabla adjunta (UNE EN 805:2000).

Tabla 105. Productos químicos para la desinfección de la tubería (UNE EN 805:2000)

Desinfectante

Concentración máxima recomendada

Agentes neutralizantes

(mg/l) Cloro gas (Cl2)

50

Dióxido de azufre (SO2) Tiosulfato de sodio (Na2S2O2)

Hipoclorito de sodio (NaClO)

50

Dióxido de azufre (SO2) Tiosulfato de sodio (Na2S2O2)

Hipoclorito de calcio (CaClO)

50

Dióxido de azufre (SO2) Tiosulfato de sodio (Na2S2O2)

Permanganato potásico (KMnO4)

50

Dióxido de azufre (SO2) Tiosulfato de sodio (Na2S2O2) Sulfato de hierro (FeSO4)

Peróxido de hidrógeno (H2O2)

150

Tiosulfato de sodio (Na2S2O2) Sulfito de sodio (Na2S2O3) Sulfito de calcio (CaSO3)

Dióxido de cloro (ClO2)

50

Tiosulfato de sodio (Na2S2O3)

La metodología a seguir durante la operación de desinfección de la red, puede ser, a título orientativo, la recogida en la norma AWWA C651-95. Efectuadas las operaciones de limpieza y desinfección de la tubería, debe procederse a la prueba de funcionamiento general de la tubería. Para ello, la conducción se llena desde el punto más bajo de la misma y a una velocidad de, aproximadamente, 0,05 m/s. Durante el llenado, deben estar abiertas todas las válvulas, desagües y ventosas hasta que no haya ninguna fuga de aire. Una vez la conducción llena se procede a la prueba de servicio general de la tubería, comprobando que su funcionamiento es satisfactorio.

333

5.10 Consideraciones medioambientales Durante la instalación de la tubería deben adoptarse las medidas necesarias para minimizar los impactos que las obras puedan originar en el medioambiente. A tal efecto la programación de los trabajos debe realizarse teniendo presente la consideración anterior, de manera que los terrenos ocupados temporalmente para la ejecución de la tubería se limiten a los estrictamente necesarios. Asimismo antes de la terminación de la obra debe procederse, con carácter general, a una limpieza de todas las zonas afectadas, debiendo quedar éstas exentas de materiales residuales, tales como tubos sobrantes, restos de tierra procedentes de las excavaciones, etc., verificando la correcta gestión de los residuos excedentes de la obra, de acuerdo con la legislación vigente, bien mediante su depósito en vertedero autorizado o, en los casos que la naturaleza de los residuos lo permita, su reutilización o valoración (restauración, acondicionamiento y relleno o con fines de construcción). Además es conveniente realizar una regulación de los terrenos afectados, de forma que se logre el mejor encaje con el entorno, no debiendo ser admisible que una vez finalizadas las obras queden irregularidades manifiestas en la superficie de las zonas afectadas. Cuando la tubería se instale enterrada, en general, antes del inicio de las excavaciones debe realizarse la retirada, el acopio y la reposición de la capa vegetal afectada por la obra. Estas operaciones deben realizarse de modo que no se altere el suelo vegetal retirado como consecuencia de mezclas con suelos inorgánicos o por otras causas. Posteriormente, hay que proceder a la revegetación de la zona afectada. Esta revegetación, en la mayoría de los casos, únicamente es necesario llevarla a cabo mediante plantaciones de especies herbáceas, debiendo en las operaciones de retirada, acopio y reposición de la capa vegetal haber seguido los cuidados antes indicados tendentes a preservar dicho material vegetal. En cualquier caso todas las plantaciones que se realicen deben llevarse a cabo preferentemente con especies autóctonas. Las afecciones al arbolado existente deberán minimizarse al máximo. Los productos de la excavación deben acopiarse solo a un lado de la zanja (ver apartado 5.3.1.2), reservando el otro lado para los trabajos de montaje e instalación de la tubería. En el lado en el que se acopien los materiales procedentes de la excavación no debe ser admisible afección alguna a los árboles, debiendo limitar al máximo las alteraciones en el lado dedicado al montaje o en el espacio ocupado por la propia traza. Si, no obstante lo anterior, en la zona de actuación existe arbolado que vaya a ser afectado de alguna manera (corta, poda o transplante), deberá solicitarse previamente la licencia administrativa correspondiente. A este respecto, la oportuna liciencia administrativa la conceden los Ayuntamientos cuando los árboles están dentro de casco urbano de un municipio. En caso contrario, la concesión de la licencia la otorga el Órgano con competencias medioambientales dentro del área donde se efectúen los trabajos. Si se trata de

334

un Parque Natural o Zona Protegida, la autorización compete al responsable de su gestión y protección. En aquellas localizaciones que se encuentren en Dominio Público Hidráulico, será la Confederación Hidrográfica correspondiente quien otorgue los permisos para intervenir sobre arbolado u otro tipo de vegetación.

En cualquier caso, en el oportuno proyecto debe figurar el detalle de todas estas actividades, indicando, en su caso, las zonas de acopio de la tierra vegetal, las especies a plantar, la época y el modo de ejecución, así como las labores necesarias hasta su enraizamiento, tales como riegos de socorro y otras. En las instalaciones aéreas, en general, la tubería debe tratarse de forma que se imbrique en el entorno, a fin de que destaque lo menos posible y no altere visualmente el paisaje circundante. Por todo lo anterior, se llama la atención de manera especial sobre la importancia de que los estudios medioambientales que incorporen los proyectos de conducciones sean profundos, rigurosos y detallados en su contenido, estudiando siempre soluciones alternativas, cuantificando, en cualquier caso, las afecciones previstas y previendo siempre medidas correctoras para las mismas. Tras finalizar su vida útil, y siempre en la medida de lo posible, debe procurarse que la canalización sea reciclada, conforme a la legislación vigente.

335

6. Aseguramiento de la calidad

En este capítulo se analizan aquellas actividades que deben realizarse para garantizar los requisitos de calidad exigidos en el presente documento, tanto para la fabricación como para la instalación de todos y cada uno de los componentes que intervienen en una red de tuberías.

6.1 Conceptos básicos Se entiende por aseguramiento de la calidad al conjunto de actividades que se desarrollan antes, durante y después de la ejecución de una obra, para verificar si ésta alcanza el nivel de calidad exigido en el proyecto. Estas actividades consisten, básicamente, en la realización de determinados ensayos (la Ley 21/1992, de Industria, en su artículo 8, define éstos como la “operación consistente en el examen o comprobación, con los equipos adecuados, de una o más propiedades de un producto, proceso o servicio de acuerdo con un procedimiento especificado”), pudiendo distinguirse entre (norma UNE-EN 805:2000): – Ensayo de tipo o de prestación. El realizado exclusivamente sobre un componente representativo del diseño y proceso de fabricación, para verificar la conformidad de la producción con los requisitos especificados. Estos ensayos, por tanto, no se realizan más que una vez en tanto en cuanto no cambie la concepción del elemento a ensayar (a veces a estos ensayos se los conoce también como ensayos de homologación) – Ensayo de producción. El realizado periódicamente sobre los distintos componentes durante el proceso de fabricación, para verificar la conformidad de la producción con los requisitos especificados – Ensayos de recepción. El realizado periódicamente sobre los distintos componentes una vez recibidos en obra, para verificar la conformidad de los mismos con los requisitos especificados A los efectos de esta Guía Técnica el aseguramiento de la calidad se divide en: a) Control de calidad de la fabricación (o previo al suministro). Es el control de calidad a realizar previamente al suministro (en fábrica, por tanto), sobre los tubos, las piezas

337

especiales, las válvulas, los materiales componentes de los mismos, las uniones, los revestimientos, en su caso, y demás elementos constitutivos de la tubería, al objeto de comprobar que se cumple lo establecido en el proyecto, de acuerdo con lo especificado en esta Guía Técnica. Este control se realiza tanto mediante ensayos de producción como de tipo de los indicados anteriormente. En el caso de que los materiales, los tubos, las piezas especiales, las válvulas, etc. estén en posesión de la marca de calidad o certificado de conformidad AENOR o de otra similar de cualquier estado miembro de la UE o de algún Organismo internacional de reconocido prestigio, puede eximirse la realización de los ensayos del control de fabricación que, figurando en esta Guía Técnica, sean exigidos para la concesión de la mencionada marca, debiendo realizarse cuantos otros adicionales se exijan en el presente documento. b) Control de calidad de la instalación. Es el control de calidad a realizar por la DO, bien directamente o por medio de terceros, para comprobar que se cumple lo establecido en el proyecto, en lo relativo a la instalación de la tubería, de acuerdo con los ensayos de recepción especificados por la presente Guía Técnica. Un tipo particular de ensayos de recepción son las pruebas de la tubería instalada, las cuales se realizarán una vez instalada la tubería parcial o totalmente, con la obra terminada o no, para comprobar su correcto funcionamiento, todo ello de acuerdo con lo establecido en el proyecto y con lo especificado en este documento.

6.2 Control de calidad de la fabricación En el presente apartado se describen los ensayos recomendados para realizar el control de calidad durante la fabricación en los diferentes componentes de las redes de tuberías a presión, según tipologías. Se trata de ensayos (bien de tipo o bien de producción) sobre las materias primas empleadas en la fabricación de los tubos, sobre los propios tubos, sobre las uniones y en su caso, sobre los revestimientos. En relación con el control de los tubos, independientemente de cual sea la tipología, todos ellos deben someterse a un examen visual tras el proceso de fabricación al objeto de comprobar su aspecto general. A este respecto, debe verificarse la uniformidad del color, así como la lisura y regularidad de su superficie interior, especialmente en la zona de la unión. Igualmente, en todos los tubos deben hacerse comprobaciones dimensionales para verificar que las dimensiones son las correctas. Estas comprobaciones pueden realizarse, en general, en los siguientes términos: a) Espesor. Puede medirse con equipos bien mecánicos o ultrasónicos (correctamente calibrados y con precisión de al menos 0,1 mm), realizándose, en cualquier caso, a intervalos regulares a lo largo de las generatrices. En particular, en los tubos de acero, estas comprobaciones solo suelen realizarse en las embocaduras.

338

b) Diámetro. Puede medirse mediante calibres, plantillas, u otros útiles (correctamente calibrados y con precisión de al menos 1 mm), debiendo igualmente comprobarse, en su caso, que se cumple la tolerancia de la ovalación. En caso de duda deben medirse los ejes mayor y menor mediante calibres a una distancia de 100 mm. como máximo del extremo del tubo. c) Longitud. Suele medirse mediante cinta métrica con una precisión de al menos 5 mm. d) Rectitud. Hay distintos métodos para medir la rectitud de los tubos, bastando usualmente con una comprobación visual, salvo en los casos de duda en los que habrá de emplearse algún método apropiado a juicio de la DO que garantice la correcta verificación de dicha rectitud, como, por ejemplo, la medición de la flecha del tubo mediante cuerdas de piano. En particular, en los tubos de materiales termoplásticos (PVC-U, PE y PVC-O), las necesarias comprobaciones dimensionales pueden hacerse conforme a lo especificado en el prEN ISO 3126:1999. En el resto de materiales puede seguirse lo especificado en las respectivas normas de producto (ver Tabla 61). El control de calidad de la fabricación de las uniones, por su parte, se realiza mediante los llamados ensayos de tipo (aquellos que no se realizan más que una vez en tanto en cuanto no cambie la concepción del elemento ensayado) para lo que cada sistema de unión se clasifica en grupos en función de su DN conforme lo especificado en la Tabla 106, realizándose dichos ensayos únicamente sobre el marcado como diámetro preferencial, entendiendo que dicho diámetro es representativo del grupo de uniones. En este sentido, si un grupo incluyera uniones de características o diseños diferentes deberían crearse nuevos grupos según fuera necesario.

Tabla 106. Grupos de DN a efectos de los ensayos de tipo de las uniones Grupos de DN

Diámetro preferencial

< 250

200

250 a 600

400

600 a 1.000

800

1.000 a 2.000

1.600

> 2.000

2.500

En lo que respecta al control de calidad de la fabricación de los elementos de unión, en el caso más habitual de uniones flexibles o mediante bridas, debe comprobarse que se cumplen las especificaciones que para el anillo elastomérico o para las propias bridas figuran en las respectivas normas UNE-EN 681:1995 y UNE-EN 1092:1998, respectivamente.

339

6.2.1 Tubos de fundición 6.2.1.1 Control de la fundición En los tubos de fundición, el control de calidad de fabricación del material debe realizarse mediante los ensayos indicados en la Tabla 107.

Tabla 107. Control de calidad de fabricación en los tubos de fundición. Ensayos del material Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Tracción

UNE-EN 545:1995 (apdo 6.3)

Comprobar valor Tabla 7

Dos pruebas por jornada de fundición

Dureza Brinell

UNE-EN 545:1995 (apdo. 6.4)

Comprobar valor Tabla 7

Dos pruebas por jornada de fundición

6.2.1.2 Control de los tubos Todos los tubos, ademas de ser comprobados visual y dimensionalmente conforme a lo indicado en la introducción del apartado 6.2, deben ser ensayados a estanquidad según lo especificado a continuación, previamente a la aplicación de los revestimientos, tanto interiores como exteriores, excepto en el caso del revestimiento de cinc metálico en los tubos, el cual puede aplicarse antes del ensayo. La maquinaria utilizada en el ensayo debe ser tal que permita aplicar la presión, debiendo estar equipada con un manómetro industrial de precisión ± 3%. Durante el ensayo, no debe haber pérdidas de agua de ningún tipo. a) Tubos centrifugados. La presión hidráulica interior se aumenta de forma constante y gradual hasta alcanzar el valor de prueba (Pp) indicado en la Tabla 108, el cual se mantiene constante durante el tiempo necesario para la inspección del tubo. La duración total de la puesta en carga del tubo no debe ser inferior a quince segundos, correspondiendo diez de ellos a la Pp. b) Tubos no centrifugados. En general, en estos tubos el ensayo de estanquidad puede ser realizado con aire o ser sustituido por otro tipo de ensayo de estanquidad equivalente, si así lo acepta la DO. En su caso, el ensayo mediante presión hidráulica se realiza del mismo modo que para los tubos centrifugados, con las presiones indicadas en la tabla adjunta. El ensayo con aire se realiza a una presión interna de 0,1 N/mm2 y su duración debe ser, al menos, de 10 segundos. Para la detección de filtraciones, los tubos deben recubrirse exteriormente de modo uniforme con un producto jabonoso o ser sumergidos en agua.

340

Tabla 108. Presión de prueba (Pp) en N/mm2 en el ensayo de estanquidad mediante presión hidráulica interior en los tubos de fundición (UNE EN 545:1995) DN

Tubos centrifugados

40 ≤ DN ≤ 300

Tubos no centrifugados

K≥9

K<9 0,05 (K+1)2

5,0

2,5

350 ≤ DN ≤ 600

0,05 K

4,0

1,6

700 ≤ DN ≤ 1.000

0,05 (K-1)2

3,2

1,0

2

2,5

1,0

2

DN > 1.000

0,05 (K-2)

6 Tubos no centrifugados 5

Tubos centrifugados K > 9

Pp (Nmm2)

4 3 2 1 0 0

500

1000

1500

2000

Diámetro (mm)

6.2.1.3 Control de los revestimientos Los revestimientos de los tubos de fundición (en los casos más habituales, ver Tabla 11), por su parte, deben ensayarse conforme lo indicado en la Tabla 109.

Tabla 109. Ensayos de los revestimientos en los tubos de fundición Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Masa del revestimiento de zinc

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.6)

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.6)

Comprobar valor Tabla 12

Dos pruebas al mes y siempre que cambie el DN

Espesor del revestimiento de mortero

UNE-EN 545:1995 (aparatado 6.8)

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.9)

Comprobar valor Tabla 12

Una vez por turno de trabajo y siempre que cambie el DN

341

Tabla 109 (Cont.). Ensayos de los revestimientos en los tubos de fundición Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

UNE-EN 545:1995 Resistencia a la compresión (apartado 7.1) del revestimiento de mortero

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.8)

Comprobar valor Tabla 12

Ensayo de tipo

Espesor del revestimiento de pintura

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.7)

Comprobar valor Tabla 12

Ensayo de tipo

UNE-EN 545:1995 (apartado 6.7)

6.2.1.4 Control de las uniones Las uniones flexibles sin acerrojar, por su parte, deben ensayarse mediante la realización de los ensayos de tipo indicados en la Tabla 110.

Tabla 110. Ensayos de las uniones flexibles sin acerrojar en los tubos de fundición Ensayo

Metodología

Condiciones dede ensayo/ Genéricas Del ensyo en particular

Frecuencia

Presión interna positiva

UNE-EN 545:1995 (apartado 7.1)

Unión con juego anular máximo, alineada, con juego axial, sometida a esfuerzo cortante

Presión de ensayo: 1,5 PFA + 5 bar Duración: 2 horas

No deben aparecer fugas de ningún tipo.

Presión interna negativa

UNE-EN 545:1995 (apartado 7.2)

Unión con juego anular máximo, desviada

Presión de ensayo: -0,09 N/mm2 Duración: 2 horas Variación máxima de la presión durante el ensayo

No deben aparecer fugas de ningún tipo

Unión con juego anular Presión de ensayo: máximo, alineada, 0,2 N/mm2 con juego axial, Duración: 2 horas sometida a esfuerzo cortante

No deben aparecer fugas de ningún tipo

24.000 ciclos de presión con valores entre (PMA-5 bar) y PMA

No deben aparecer fugas de ningún tipo

Presión externa UNE-EN 545:1995 positiva (apartado 7.3)

Presión interna cíclica

UNE-EN 545:1995 (apartado 7.4)

La DO puede eximir de la realización del ensayo de presión externa positiva. El ensayo de presión interna cíclica no es necesario realizarlo en uniones que hayan funcionado satisfactoriamente durante más de 10 años.

342

Las uniones flexibles acerrojadas deben ser ensayadas de acuerdo con lo especificado en la Tabla 110, salvo que no es de aplicación la condición de máximo desplazamiento axial ni tiene porque existir ningún tope que impida el libre desplazamiento axial. Si en la unión el mecanismo de acerrojamiento y los elementos de estanquidad son independientes, no se requieren los ensayos de presión interna negativa, ni de presión externa positiva. Las uniones de bridas deben ensayarse de acuerdo con la metodología indicada en el epígrafe 7.5 de la norma UNE-EN 545:1995 (ensayo de tipo), sometiendo a la unión a una presión hidrostática de dos veces su PN y a una carga externa que, junto al peso propio del tubo y al agua de su interior, provoque los momentos flectores indicados dicha norma UNE-EN 545:1995. Durante el ensayo no debe haber pérdidas de agua de ningún tipo en la unión.

6.2.2 Tubos de acero 6.2.2.1 Control del acero En los tubos de acero, el control de calidad de fabricación del propio acero empleado en la fabricación de los tubos debe realizarse mediante los ensayos indicados a continuación. Tabla 111. Ensayos químicos y mecánicos en el acero Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Ensayos químicos

Normas UNE del CTN 36

UNE 36300:1990

Determinación de la composición química del acero de los tubos

Tracción

UNE 7472:1992

Temperatura ambiente

Determinación de la Una prueba por cada resistencia a la tracción, lote de 100 tubos alargamiento en la rotura y límite elásticos

Aplastamiento

UNE-EN 10233:1994 Altura aplastamiento H indicada en prEN 10224:1998

No aparición de grietas ni en el metal base ni en las soldaduras

Una prueba por cada lote de 100 tubos

Expansión en anillo

UNE-EN 10234:1994 Expansión del anillo conforme a lo indicado en prEN 10224:1998

No aparición de grietas ni rotura de probetas durante el ensayo

Una prueba por cada lote de 100 tubos

Resiliencia

UNE 7475-1:1992

Determinación de la resiliencia

Una prueba por cada lote de 100 tubos

UNE 7475-1:1992

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia Una vez por colada

Los ensayos de aplastamiento y de expansión en anillo no es necesario realizarlos en los tubos soldados por arco sumergido. En los tubos soldados por inducción o resistencia eléctrica y a tope y de DN inferior a 150 mm puede realizarse el ensayo de expansión en anillo alternativamente al de aplastamiento.

343

El personal encargado de realizar ensayos no destructivos debe estar cualificado conforme lo establecido por las normas UNE-EN 10256:2001 y UNE-EN 473:2001.

6.2.2.2 Control de los tubos Todos los tubos, ademas de ser comprobados visual y dimensionalmente conforme a lo indicado en la introducción del apartado 6.2, deben ser ensayados a estanquidad según lo indicado a continuación, previamente a la aplicación de los revestimientos, tanto interiores como exteriores. El ensayo debe realizarse mediante presión hidráulica, excepto en los tubos de DN igual o inferior a 150 mm en los que pueden emplearse métodos electromagnéticos, si ello es aceptado por la DO, o así se indica en el respectivo proyecto. La presión de prueba (Pp) es la calculada mediante la siguiente expresión, con un valor máximo de 7,0 N/mm2. Pp =

2e Sl OD

presión de prueba en el ensayo de estanquidad, en N/mm2 porcentaje del límite elástico mínimo del acero (en N/mm2) variable según la norma de producto que se esté empleado. En prEN10224:1998 se prevé que sea un 70% mientras que en API 5L:2000 establece los valores que se indican en la Tabla 112 e espesor nominal del tubo, en mm OD diámetro exterior del tubo, en mm  1 ID  ∆Vmax = 1,2 ⋅ V ⋅ ∆p ⋅  +  La presión hidráulica interior se aumenta de forma constante e ⋅ E  hasta alcanzar el  E wy gradual valor de prueba (Pp), el cual debe mantenerse constante durante el tiempo establecido por las normas para comprobar que no se producen pérdidas de agua de ningún tipo. Los eventuales poros o defectos han de ser reparados y el tubo ser probado nuevamente hasta que no se observe ninguna fuga. Pp Sl

Cuando se realice el ensayo por métodos electromagnéticos se recomienda seguir las prescripciones de la norma UNE-EN 10246-1:1996 o la que indique el proyecto.

Tabla 112. Porcentaje del límite elástico mínimo del acero en la presión de prueba en fábrica de los tubos (API 5L:2000)

344

Tipo de acero

DN (mm)

S l (%)

A25 A B

Cualquiera Cualquiera Cualquiera

60 60 60

X42 a X80

DN < 168,3 168,3 < DN < 508 DN > 508

75 85 90

En el caso de tubos excepcionalmente grandes, y cuando así lo indique expresamente el propio proyecto o la DO, este ensayo de presión hidráulica interior puede ser sustituido por la utilización de fluoroscopía, ultrasonidos, radiografías, o algún otro procedimiento equivalente aprobado, en cualquier caso, por la DO. Respecto a las piezas especiales, cuando éstas se obtengan por soldadura a partir de trozos de tubo, éstos deben haber superado el ensayo de estanquidad. En cualquier caso, las soldaduras en las que no se haya realizado dicho ensayo, deben ser verificadas, antes de la aplicación de cualquier revestimiento, por alguno de los siguientes ensayos no destructivos, de acuerdo con lo indicado en el apartado 6.2.2.3: a) b) c) d) e)

Líquidos penetrantes Partículas magnéticas Ultrasonidos Corrientes inducidas Radiografías

6.2.2.3 Control de las soldaduras Las soldaduras realizadas en fábrica para conformar el tubo deben ser ensayadas conforme lo indicado en la Tabla 113. De dichos ensayos, especial atención merecen los ensayos no destructivos (radiografías, ultrasonidos, líquidos penetrantes, partículas magnéticas o corrientes inducidas), recomendándose que todas las soldaduras sean ensayadas por alguno de dichos procedimientos. En concreto, con carácter general, se recomiendan inspecciones fluoroscópicas o ultrasónicas en el 100% de las soldaduras y radiográficas sobre las reparaciones que se realicen, así como en los extremos del tubo. En cualquier caso, en cada proyecto en particular se deben indicar de entre los ensayos antes mencionados los que sean de aplicación en cada caso.

Como se ha indicado, estos ensayos se refieren a las soldaduras ejecutadas en fábrica para conformar el tubo y las piezas especiales. Los ensayos a realizar sobre las soldaduras que se hagan en obra figuran en el apartado 6.3. Los llamados “ensayos de laboratorio” mostrados en la Tabla 113 son los que se realizan sobre una muestra de la soldadura extraida ex profeso del tubo, mientras que los “ensayos en línea” se realizan a la vez que el propio proceso e fabricación del tubo. Los “ensayos de las reparaciones”, como su propio nombre indica, son los que se realizan sobre las soldaduras que hayan sufrido alguna reparación.

345

La recomendación de realizar radiografías en el 100% de las soldaduras reparadas es especialmente de aplicación en le caso de tubos de diámetros grandes y que vayan a estar sometidos a elevadas presiones. En otros casos, puede bastar con probar dichas reparaciones por líquidos penetrantes, partículas magneticas o corrientes inducidas.

Cuando los cordones de soldadura no superen los ensayos anteriores debe procederse a su reparación y posterior repetición de los citados ensayos, así como al radiografiado del 100% de la reparación. Estas reparaciones únicamente podrán realizarse sobre soldaduras cuyos defectos no sean excesivos, debiendo cortarse aquellas otras cuya reparación suponga la eliminación de, por ejemplo, un 20% o más de la longitud total de la soldadura. En el caso de grietas, no es aceptable la reparación de aquellas cuya longitud sea igual o superior al 8% de la longitud de la soldadura, debiendo en tal caso cortarse la misma. En cualquier caso, sobre una misma soldadura no es recomendable más de dos reparaciones. Las normas de produto permiten en los tubos con soldadura helicoidal por arco sumergido, la realización de soldaduras en las chapas que los conforman (los llamados empalmes de bobina, ver epígrafe 3.3.1). Incluso también dichas normas de producto prevén la posibilidad de reparar el espesor de la chapa de acero, siempre y cuando se garantice un espesor mínimo residual.

Tabla 113. Ensayos de las soldaduras en los tubos de acero

Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Tracción

UNE 14606:1975

Determinación de la resistencia a la tracción de la soldadura

Una prueba por cada lote de 100 tubos

de laboratorio

Doblado (solo en tubos soldados por arco sumergido)

UNE-EN 910:1996 Doblado a 180° Diámetro mandril s/ prEN 10224:1998

No aparición de grietas de longitud mayor de 6 mm ni en el metal base de la soldadura ni en la línea de fusión

Dos pruebas por cada lote de 100 tubos (una por el lado de la cara y otra por el de la raiz)

Ensayos en línea

Fluoroscopía Ultrasonidos

API 5L:2000 UNE-EN 1714:1998

Nivel L4 (ISO 9765:1990)

100% del total de las soldaduras

Ensayos en reparaciones

Radiografías Líquidos penetrantes Partículas magn. Corrientes inducidas

UNE-EN 1435:1998 UNE-EN 571-1:1997 UNE-EN 1290:1998 ISO 9304:1989

Nivel B ó C (UNE-EN 25817:1994) No deberán detectarse poros 100% del total Nivel L4 (ISO 9402:1989) de las reparaciones Nivel L4 (ISO 9304:1989)

Ensayos

346

6.2.2.4 Control de los revestimientos Los revestimientos de los tubos de acero deben comprobarse conforme lo indicado en la Tabla 114. Puede, no obstante, ser también de utilidad lo especificado en la norma RP0288:1994 del NACE para el control de estos revestimientos.

Tabla 114. Ensayos de los revestimientos en los tubos de acero Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Medida del perfil de rugosidad

Uso de lentes de aumento, por comparación con una muestra correspondiente al Rugotest nº3

Medida del espesor

SSPC-PA2

La media de mediciones no debe ser menor del valor teórico y ningún valor diferenciarse en más del 30%.

Adherencia

ASTM D3539-96 (reticulado) ASTM D4541-96 (por tracción)

Comprobar valores de la adherencia del revestimiento al tubo

Porosidad

Tensiones de Tabla 115

No aparición de poros en el ensayo

Frecuencia

Comprobación del perfil de rugosidad del revestimiento 25 medidas por tubo (5 en 5 generatrices distintas)

Todos los tubos

Tabla 115. Tensiones aplicadas en el ensayo de porosidad Tipo de revestimiento

Tension de ensayo (Voltios)

Resinas epoxy líquidos Resinas epoxy en polvo Epoxy reforzado con fibra de vidrio Epoxy sin disolvente Polietileno Poliuretano Cintas plásticas

1.000 a 1.500 105 erv; erv, espesor en micras 1.000 a 1.500 1.000 a 1.500 8.000 a 15.000 8.000 a 15.000 6.000

6.2.3 Tubos de hormigón 6.2.3.1 Control de los materiales Los materiales empleados en los tubos de hormigón deben ensayarse conforme lo especificado en la Tabla 116. Si en los ensayos de los componentes del hormigón (cemento, agua, áridos y aditivos) algún resultado, una vez confirmado por el oportuno contraensayo, no cumple la especificación correspondiente, ello supone motivo suficiente para el rechazo de dicho componente. Si este componente se hubiese empleado en algún tubo, dicho tubo debe ser rechazado salvo aceptación expresa de la DO.

347

El control del propio hormigón como tal debe realizarse de acuerdo con lo indicado en el artículo “Control de la calidad del hormigón” de la vigente EHE. El control de la resistencia del hormigón se recomienda realizarlo mediante el llamado “control estadístico del hormigón”, debiendo ser su nivel “intenso”.

Tabla 116. Control de los materiales consitutivos de los tubos de hormigón Material Cemento

Agua (salvo que sea agua potable, en cuyo caso no es agua necesario hacer ensayos)

Ensayo Verificación Certificado de conformidad con la vigente RC Guardado de muestras (s/ RC) Verificación componentes (s/RC) Principio fin de fraguado (s/RC) Resistencia a la compresión (s/RC) Estabilidad de volumen (s/RC) pH (s/UNE 7234:1971) Sulfatos (UNE 7131:1958) Cloruros (UNE UNE 7178:1960) Sustancias disueltas (UNE 7130:1958)

Hidratos de carbono (s/UNE 7132:1958)

Sustancias orgánicas solubles en eter (s/UNE 7235:1971) Árido fino

Granulometría Finos que pasan por tamiz 0,063 (s/UNE 7244:1971) Equivalente de arena ( s/UNE 83133:1990) Terrones de arcilla (s/UNE 7133:1958) Material retenido por el tamiz 0,063 y que flota en un líquido de peso específico 2 (s/UNE 7244:1971) Compuestos de azufre (s/UNE-EN 1744-1:1999) Material orgánica (s/UNE-EN 1744-1:1999) Azul metileno (s/UNE-EN 933-9:1999) Reactividad potencial álcali (UNE 146508:1999 EX y UNE 146507:1999 EX) Cloruros (s/UNE-EN 1744:1999) Friabilidad (s/UNE-EN 1097-1:1997) Absorción de agua (s/UNE 83133:1990 y UNE 83134:1990) Humedad

Árido grueso

348

Granulometría Tamaño máximo

Frecuencia Mensual 100% Trimestral Trimestral Trimestral Trimestral Mensual Mensual Mensual Semestral (mensual si se trata de agua de curado procedente de reciclaje) Semestral (mensual si se trata de agua de curado procedente de reciclaje) Semestral (mensual si se trata de agua de curado procedente de reciclaje) Mensual Mensual Mensual Semestral Semestral Semestral Semestral Solo en los casos previstos en EHE Semestral Semestral Semestral Semestral Diario Mensual Mensual

Tabla 116 (Cont.). Control de los materiales consitutivos de los tubos de hormigón Material Árido grueso

Ensayo

Frecuencia

Finos que pasan por tamiz 0,063 (s/UNE 7244:1971) Coeficiente de forma (UNE 7238:1971) Terrones de arcilla (s/UNE 7133:1958) Partículas blandas (s/UNE 7134:1958) Material retenido por el tamiz 0,063 y que flota en un líquido de peso específico 2 (s/UNE 7244:1971) Compuestos de azufre (s/UNE-EN 1744-1:1999) Reactividad potencial álcali (UNE 146508:1999 EX y UNE 146507:1999 EX) Cloruros (s/UNE-EN 1744:1999) Resistencia al desgaste /s/UNE-EN 1092-1:1999) Absorción de agua (s/UNE 83133:1990 y UNE 83134:1990)

Mensual Mensual Semestral Semestral Semestral

Semestral Semestral Semestral Semestral Semestral

Aditivos

Verificación Certificado de conformidad con la vigente RC

100 %

Acero para armaduras pasivas

Verificación límite elástico, resistencia a la tracción y alargamiento en la rotura (s/UNE 36068:1994) Doblado/desdoblado (s/UNE 36068:1994) Sección media equivalente (s/EHE) Despegue de nufos (s/EHE) Geometría de resaltos

1/100 t

Acero para Verificación límite elástico, resistencia a la armaduras activas tracción y alargamiento en la rotura (s/UNE 7474:1992) Doblado/desdoblado (s/UNE 36461:1980) Sección media equivalente (s/EHE) Acero pletina barras

Acero en chapa

Hormigones. morteros y revestimientos

Verificación límite elástico, resistencia a la tracción y alargamiento en la rotura Doblado en frío a 180º Contenido en fósforo Contenido en azufre Verificación del peso Verificación límite elástico, resistencia a la tracción y alargamiento en la rotura (s/UNE 7474:1992) Doblado en frío a 180º (s/UNE 7474:1992) Contenido en fósforo (s/UNE 7029:1951) Contenido en azufre (s/UNE 7019:1951) Control geométrico Dosificación (s/EHE) Consistencia (s/EHE) Resistencia característica a los 28 días (s/EHE) Resistencia a compresión a los 7 días (s/EHE) Resistencia a compresión antes del zunchado (s/EHE)

1/40 t 1/40 t 1/100 t 1/40 t 1/100 t

1/20 t 1/20 t 1/50 t 1/50 t 1/50 t 1/50 t 1/50 t 1/100 t 1/50 t 1/50 t 1/50 t 100% 100% 1 por turno 3 probetas día 3 probetas día (no en el hormigón del núcleo) 1 por turno (solo para el hormigón del núcleo)

349

6.2.3.2 Control de ejecución Tanto para el hormigonado como para la ejecución de las armaduras se recomienda seguir lo indicado en el capítulo Control de la Ejecución de la vigente EHE, considerando el nivel de control el definido como intenso. Además, deben realizarse los siguientes ensayos durante el proceso de ejecución: – Control de las camisas de chapa. Deben realizarse sobre ellas comprobaciones dimensionales como mínimo, relativas a espesores de la chapa de la camisa y de las boquillas, diámetros y longitudes. Además, todas las camisas deben ensayarse a estanquidad mediante presión hidráulica interior, sometiéndolas a una presion de prueba (Pp) que produzca en la chapa una tensión igual al valor máximo supuesto en el cálculo, que no será superior a 130 N/mm2. Cuando, por el elevado espesor de la chapa, no sea posible alcanzar estas presiones, el ensayo puede realizarse a la máxima presión que pueda dar el equipo de prueba que, como mínimo, debe ser la que produciría una tensión igual a la de cálculo en una chapa de 3,5 mm. En estos casos en los que no sea posible alcanzar la tensión de 130 N/mm2 en la chapa, este ensayo puede ser complementado sometiendo a la soldadura a controles fluoroscópicos, ultrasónicos, detección de poros, radiografiado de parte del cordón o utilizando cualquier procedimiento equivalente propuesto por el fabricante y aprobado, en cualquier caso, por la DO. Este criterio, similar al previsto en la IET-80, es algo diferente a lo estipulado por la norma UNE-EN 639:1995 (el cual también podría ser aplicado), donde se prevé se ensayen las camisas de chapa a la presión que produce una tensión en la chapa del 0,75% de su límite elástico, con unas limitaciones a dicha presión de ensayo (en N/mm2) de 1/DN 2 (en m) para DN<1200 ó 3/DN 2 (en m) para DN>1.200, debiendo, en estos casos, comprobar también las camisas mediante líquidos penetrantes. En la figura adjunta se muestran las diferencias entre ambos criterios. 5

Presión de prueba máxima UNE EN 639 (N/mm2)

Tensión en la chapa (N/mm 2)

250 200 150 100 UNE EN 639 2 130 N/mm

50 0

4 3 2 1 0

200

225

250

275

300 2

Límite elástico del acero (N/mm )

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Diámetro de la tubería (m)

Fig. 90. Ensayos en las camisas de chapa de los tubos de hormigón

350

3,0

El Pliego de Tuberías MOPU 74 (artº 7.7.8) preveía probar todas las camisas a una “presión interior que produzca una tensión en la chapa igual a dos veces la que se supone en el cálculo, que deberá producirse con la tubería sometida a la presión máxima de trabajo, y como mínimo 1.200 kg/cm2”. Por el contrario, tanto la prueba incluida en esta Guía Técnica como la prevista en UNE-EN 639:1995 establecen una presión de prueba no vinculada a la presión hidráulica a la que la tubería vaya a estar sometida en servicio. El cambio de proceder tiene su justificación en que esta prueba de la camisa tiene por objeto la comprobación de la inexistencia de poros en las soldaduras, para lo que es suficiente probar la camisa a una cierta presión hidráulica, pero no necesariamente ligada a la de trabajo. De haber poros, éstos se detectarían a una presión fija, independientemente de las solicitaciones a las que vaya a estar sometida en servicio, y de esta manera se evita el tener que dimensionar el banco para alcanzar presiones en ocasiones muy elevadas.

En cualquier caso, la presión hidráulica interior debe aumentarse de forma constante y gradual hasta alcanzar el valor de prueba (Pp), el cual hay que mantenerlo constante durante el tiempo necesario para comprobar que no se producen pérdidas de agua de ningún tipo, lo que se verifica mediante la aplicación de líquidos penetrantes o cualquier otro procedimiento sancionado por la práctica y todo ello aprobado por la DO. Los eventuales poros han der ser reparados y la camisa probada nuevamente hasta que no se observe ninguna fuga. Cuando las camisas de chapa se prueben dispuestas horizontalmente deben estar sujetas, al objeto de minimizar su propio peso y el del agua. Tanto cuando la prueba se realice con la camisa vertical u horizontal, la presión de prueba debe medirse en su centro de gravedad. En el caso de piezas especiales y tubos excepcionalmente grandes, y cuando así lo indique expresamente el respectivo proyecto o la DO, este ensayo puede ser sustituido o complementado por fluoroscopía, ultrasonidos, la utilización de detectores de poros, o algún otro procedimiento equivalente aprobado, en cualquier caso, por la DO. Cuando, además, por la disposición de las soldaduras, o el método de su ejecución, puedan existir dudas sobre la calidad de las mismas, la DO podrá exigir que se realicen ensayos destructivos y/o no destructivos sobre dichas soldaduras. – Control de las jaulas de armaduras pasivas. Deben realizarse comprobaciones dimensionales relativas a los diámetros de las espiras y generatrices, así como a su separación y a las longitudes de las jaulas. Asimismo, hay que comprobar la indeformabilidad de la jaula y que en las soldaduras no existan dos puntos contiguos libres, bien sobre la espira o bien sobre la generatriz. También debe verificarse que en las soldaduras no haya pérdidas de material que disminuyan el diámetro de las espiras.

351

– Control del tesado de las armaduras. Se recomienda seguir lo indicado en el artículo Control del tesado de las armaduras activas de la vigente EHE. Asimismo, han de realizarse comprobaciones dimensionales relativas a los diámetros de los alambres y distancias entre ellos al inicio de cada sesión de pretensado. El tarado de la tensadora debe comprobarse anualmente. – Control del hormigonado. Durante el hormigonado debe controlarse el transporte, colocación y compactación del hormigón, así como el hormigonado en tiempo frío, caluroso o bajo lluvia, para asegurarse de que se podrán alcanzar las resistencias fijadas en el proyecto. Hay que vigilar especialmente las operaciones de desencofrado y curado de los tubos, de acuerdo con lo indicado en el epígrafe 3.4.4, así como que se toman las medidas adecuadas para evitar que, tanto los tubos como los núcleos, sufran daños durante el periodo de acopio.

6.2.3.3 Control de los tubos El control de calidad de fabricación de los tubos de hormigón consiste, básicamente, en la realización de determinados ensayos de presión hidráulica interior en los propios tubos una vez acabado el proceso de fabricación. Respecto a la frecuencia de dichos ensayos, en el caso de emplear tubos sin camisa de chapa se recomienda realizarlos en el 100% de ellos. En el caso habitual de los tubos con camisa de chapa, basta con efectuarlos sobre 1 tubo de cada lote de 250. No obstante, la DO puede disminuir el tamaño de estos lotes, no debiendo, en cualquier caso, reducirlos a menos de 1 tubo por cada lote de 100. Si el resultado del ensayo en los tubos con camisa de chapa fuera negativo, deben ensayarse otros dos tubos del mismo lote. Si esos dos tubos dan resultado positivo en el ensayo, el lote puede ser aceptado; si uno o los dos dan resultado negativo, el lote debe ser rechazado, o bien cada tubo del lote ser probado individualmente. La prueba individualizada puede efectuarse para la presión previamente determinada o bien para otra menor, y aceptada por la DO, en cuyo caso, de ser positivo el ensayo, el tubo debe quedar marcado para esta nueva presión. En estas condiciones, los ensayos recomendados son los siguientes: a) Tubos de hormigón armado sin camisa de chapa (THAsCCh). Debe someterse al tubo durante 15 minutos a una presión hidráulica interior tal que produzca una tensión de tracción en el hormigón igual a la admisible considerada en el cálculo. El resultado de la prueba se considera satisfactorio si, como consecuencia de la misma, el tubo no presenta pérdida de agua. b) Tubos de hormigón armado con camisa de chapa (THAcCCh). Debe someterse al tubo durante 15 minutos a una presión hidráulica interior tal que produzca una tensión de tracción en las armaduras igual a la admisible considerada en el cálculo. El resultado de la prueba se considera satisfactorio si, como consecuencia de la misma,

352

el tubo no presenta pérdida de agua ni aparece fisura alguna sensiblemente longitudinal de abertura superior a 0,2 mm. en una longitud de 0,30 m. ininterrumpidamente. c) Tubos de hormigón pretensado sin camisa de chapa (THPsCCh). Debe someterse al primario durante 15 minutos a la presión que, en ausencia de cargas externas, determina en la fibra interior del hormigón una tracción de 1,0 N/mm2 (a esta presión la IET-80 la denomina presión de aparición de fisuras, Pap fis). Esta prueba, previa aceptación por la DO, puede realizarse sobre un tubo recién revestido. La prueba debe realizarse entre las 50 y las 100 horas posteriores a su zunchado. Previa aprobación de la DO, puede modificarse este intervalo, acortándolo o alargándolo, en cuyo caso el valor de la presión de aparición de fisuras (Pap fis) se calcula teniendo en cuenta esta circunstancia. El resultado de la prueba se considera satisfactorio si, como consecuencia de la misma, el primario, o en su caso el tubo, no presenta pérdida de agua. El valor de la presión de aparición de fisuras, Pap fis, puede obtenerse, a título orientativo, mediante la expresión que figura en el anejo 4, apartado 5.4. de la IET-80. d) Tubos de hormigón pretensado con camisa de chapa (THPcCCh). Debe someterse al primario durante 15 minutos a la presión interna que, en ausencia de cargas externas, determina en la fibra interior del hormigón una compresión residual de 0,5 N/mm2 (a esta presión la IET-80 la denomina presión de fisuración, Pfis). La prueba debe realizarse entre las 50 y 100 horas posteriores a su zunchado. Previa aprobación de la DO, puede modificarse este intervalo, acortándolo o alargándolo, en cuyo caso el valor de la presión de fisuración (Pfis) se calcula teniendo esta circunstancia. El resultado de la prueba se considera satisfactorio si como consecuencia de la misma, el primario no presenta fisura alguna sensiblemente longitudinal, de abertura superior a 0,2 mm en una longitud de 0,30 m. ininterrumpidamente. El valor de la presión de fisuración, Pfis, puede obtenerse a título orientativo, mediante la expresión que figura en el anejo nº 4, apartado 5.3. de IET-80. En todos los casos, las mediciones de las fisuras se recomienda realizarlas conforme a lo especificado en la norma UNE-EN 639:1995 (epígrafe 6.4.11).

Los ensayos de estanquidad en los tubos previstos en la normativa existente (IET80, UNE-EN, AWWA, PPTG Tuberías Abastecimiento de Agua del MOPU de 1974, etc.) varían bastante unos de otros (incluso la propia denominación de los mismos). En la presente Guía Técnica se ha incluido una metodología habitual en España para los mismos, en la línea de lo establecido por la IET-80 (ésta los denomina, en concreto, prueba de aparición de fisuras, de fisuración controlada, de apari-

353

ción de fisuras en el primario y de fisuración controlada en el primario según se trate de, respectivamente, THAsCCh, THAcCCh, THPsCCh o THPcCCh). Las normas UNE-EN, en particular, contemplan unos ensayos de estanquidad para los tubos algo diferentes a los anteriores, pero que podrían ser también de aplicación. En concreto, las condiciones para los mismos son las indicadas en la Tabla 117.

Tabla 117. Ensayos de estanquidad en tubos de hormigón en normas UNE-EN Tipo de tubo

Frecuencia ensayo

Presión de prueba

Duración

Criterio aceptación

THAsCCh

100%

MDP

15´

No aparición de fugas

THAcCCh

1 de cada 250

DN<1200: el mayor de: MDP + 0,2Mpa ó 1,2 MDP DN>1200: el mayor de: MDP + 0,1Mpa ó 1,2 MDP

5´

THPsCCh

100%

La que provoque tensión cero en la pared

3´

THPcCCh

1 de cada 250

La que provoque tensión cero en la pared

3’

No habrá pérdidas de agua ni fisuras de más de 0,5 mm de espesor en 0,30 m de longitud No habrá pérdidas de agua ni fisuras de más de 0,1 mm de espesor en 0,30 m de longitud

En cualquier caso (ensayos propuestos en esta Guía, IET-80 o normas UNE-EN), sí hay bastantes diferencias en relación con las pruebas de fisuración exigidas por el PPTG de Tuberías para Abastecimiento de Agua del MOPU de 1974, en dónde se pedía probar a fisuración los tubos al doble de la presión de trabajo. Por consiguiente, con estos nuevos criterios, el dimensionamiento de los tubos de hormigón está más ajustado a los esfuerzos reales a los que va a estar sometida la tubería en funcionamiento. Además de las pruebas de estanquidad anteriores, en determinados casos, el respectivo proyecto o la DO podrían exigir que se realicen pruebas de rotura, para los tubos de hormigón armado con camisa de chapa, y pruebas de agotamiento, para los tubos de hormigón pretensado con camisa de chapa, según figuran en la IET-80 en sus artículos 52.1.2 y 52.3.2 respectivamente.

Además de estas pruebas de presión hidráulica interior, en los tubos es recomendable realizar los siguientes ensayos: – Ensayo de flexión transversal. En los tubos de hormigón armado sin camisa de chapa deben realizarse estos ensayos, de acuerdo con la metodología que figura en la norma UNE-EN 640:1995, al objeto de comprobar que no se alcanza el estado límite último. La frecuencia del ensayo se recomienda sea de uno por cada lote de cien tubos.

354

– Ensayos de permeabilidad del revestimiento. En los tubos de hormigón pretensado, una vez acabados, se deben realizar este tipo de ensayos, al objeto de comprar la permeabilidad del mismo por medios no destructivos. La frecuencia del ensayo se recomienda sea de uno por cada lote de cien tubos y la metodología a seguir puede ser bien la indicada en el Anejo 2 de la IET-80 o la que figura en el epígrafe 4.3 de la norma UNE-EN 642:1995. 6.2.3.4 Control de las uniones En las uniones de los tubos de hormigón deben realizarse los ensayos de tipo que se indican en la Tabla 118. Tabla 118. Ensayos en las uniones en los tubos de hormigón (normas UNE-EN) Metodología y condiciones de ensayo

Ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Presión interna positiva

UNE-EN 639:1995

Máxima desviación angular Esfuerzo cortante de 0,2 DN (kN) Presión ensayo: MDP

No aparición de fugas durante el ensayo

Presión interna negativa

UNE-EN 639:1995

Máxima desviación angular Esfuerzo cortante de 0,2 DN (kN) Presión ensayo: -0,08 N/mm2

No aparición de fugas durante el ensayo

6.2.4 Tubos de PVC-U 6.2.4.1 Control de la materia prima Los ensayos que deben realizarse para la comprobación de las características indicadas en el apartado 3.5.3 de la resina de PVC-U empleada en la fabricación de estos tubos (ver Tabla 39), son los indicados en la Tabla 119. Tabla 119. Ensayos de control de la materia prima en los tubos de PVC-U (UNE-EN 1452-2 y 3:2000)

Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Características mecánicas

MRS Tracción y alargamiento

ISO TR 9080:1992 (método II) ISO TR 9080:1992 (método II)

UNE-EN 921:1995 UNE 53112:1988

Características físicas

Densidad Tª reblandeci miento Vicat

UNE 53020:1973 UNE-EN 727:1995

UNE 53020:1973 UNE-EN 727:1995

Características químicas

Nivel cloruro de vinilo

ISO 6401:1985 (cromatografía fase gaseosa)

UNE-EN 14521:2000

Frecuencia Ensayo de tipo 1 ensayo/semana

Ensayo de tipo

355

Caso de emplearse uniones mediante adhesivo, el control de calidad de éste podría realizarse conforme a lo contenido en el proyecto de norma ISO 7387-1:1983.

6.2.4.2 Control de los tubos Los ensayos que deben realizarse sobre los tubos y piezas especiales de PVC-U una vez fabricados son los que se resumen en la Tabla 120.

Tabla 120. Ensayos en los tubos y en las piezas especiales de PVC-U (UNE-EN 1452-2 y 3:2000) Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Opacidad

UNE-EN 578:1994

UNE-EN 578:1994

Los tubos no dejan pasar a su través más de un 0,2% de luz visible

Ensayo de tipo

Retracción longitudinal (o efecto del calentamiento)

UNE-EN 743:1994 (Tubos; método A ó B) UNE-EN 763:1995 (Piezas especiales; método A)

Tabla 121 y UNE-EN 1452-2 y 3:2000

Tubos: Contracción longitudinal durante el ensayo menor del 5% Piezas especiales: No aparición de burbujas en la superficie ni apertura de líneas de soldadura

Un tubo o pieza especial por cada máquina y turno de fabricación

Gelificación o resistencia al diclorometano a temperaturas elevadas (solo tubos)

UNE-EN 580:1995

Duración: 30 min. T: (15 ± 1)°C Con diclorometano Espesor de pared mínimo 1,5 mm

Ni las superficies ni el bisel de los tubos sufren ningún ataque durante el ensayo

Una prueba por lote

Resistencia a la presión interna

UNE-EN 921:1995 (Tubos; método agua en agua) ISO 12092:2000 (Piezas Especiales; método agua en agua)

Tabla 122, Tabla 123,Tabla 124 y UNE-EN 1452-2 y 3:2000

No aparición de fugas de ningún tipo durante el ensayo

Ensayos a corto plazo: Uno por máquina y periodo de fabricación, una vez por semana como mínimo Ensayos a largo plazo: a criterio del fabricante

Resistencia al impacto (solo tubos)

UNE-EN 744:1990

UNE-EN 1452-2:2000 Determinación del (apdo 8.1) Verdadero Grado de Temperatura:20°C Impacto (VGI)

356

Uno por máquina y periodo de fabricación, una vez por semana como mínimo

Tabla 121. Condiciones del ensayo de comportamiento al calor en los tubos de PVC-U (UNE-EN 1452-2 y 3:2000) Duración e ≤ 8 mm e > 8 mm

Método A

15 min 30 min

Método B

60 min 120 min 240 min

8 mm 16 mm

e ≤ 8 mm < e ≤ 16 mm
Método A

15 min 30 min 60 min 220 min 240 min

3 10 30 40

e<
Tubos

Piezas especiales

Temperatura

mm mm mm mm

(150 ± 2)°C

3 mm < 10 mm < 20 mm < 40 mm

(150 ± 2)°C

Tabla 122. Condiciones del ensayo de resistencia a la presión interna en los tubos de PVC-U (UNE-EN 1452-2:2000) Temperatura de ensayo (°C)

Duración del ensayo (h)

Esfuerzo tangencial de ensayo (σe) N/mm2

20

1

42,0

20

100

35,0

60

1.000

12,5

Tabla 123. Condiciones del ensayo de resistencia a presión interna en las piezas especiales de PVC-U (UNE-EN 1452-3:2000)

Clase de pieza especial

Temperatura de ensayo (°C)

Duración ensayo (h)

Presión interior ensayo (N/mm2) PVC-UH PVC-U

DN ≤ 160

20

Obtenida por inyección

1 1.000

4,2 x PN 3,2 x PN

4,2 x PN 3,2 x PN

DN > 160

20

1 1.000

3,36 x PN 2,56 x PN

4,20 x PN 3,20 x PN

Obtenida a partir de un tubo

DN ≤ 90 DN > 90

20 20

1 1

——-

4,20 x PN 3,36 x PN

357

Cuando el ensayo de resistencia a presión interna en los tubos con embocadura se realice con la unión instalada, éste se realizará en las condiciones indicadas en la Tabla 124.

Tabla 124. Condiciones del ensayo de resistencia a la presión interna en los tubos de PVC-U con embocadura dispuestos con la unión instalada (UNE-EN 1452-2:2000) DN

Temperatura de ensayo (°C)

Duración del ensayo (h)

Presión interior de ensayo

< 90

20

1

4,20 x PN

> 90

20

1

3,36 X PN

En el control de calidad de fabricación de los tubos de PVC-U, las frecuencias de ensayo propuestas son, en general, las exigidas por AENOR para la concesión de su Marca para tubos de PVC-U para conducción de agua a presión. Dentro de los ensayos a realizar para el control de calidad de fabricación de los tubos de PVC-U, debe destacarse que, en este caso, la respectiva norma de producto (la reciente UNE-EN 1452-2:2000) no contempla la necesidad de realizar ensayos de estanquidad en fábrica mediante presión hidráulica interior en todos los tubos (ni es práctica usual el realizarlos). Esto es una diferencia respecto a los restantes materiales comprendidos en la presente Guía Técnica (fundición, acero, hormigón, o incluso las válvulas), para los que las respectivas normas de producto sí obligan a la realización de ensayos de estanquidad en fábrica mediante presión hidráulica interior en el 100% de los elementos (prescripciones recogidas en los respectivos capítulos de este documento y que vienen realizándose, habitualmente, en la práctica real). Una posible justificación de lo anterior, explican los fabricantes, se derivaría de la homogeneidad del material y de que sus características técnicas se controlen periódicamente de acuerdo con unos reglamentos particulares de certificación. Además, el proceso de fabricación de estos tubos es en continuo y no tubo a tubo, como en otros materiales.

6.2.4.3 Control de las uniones En las uniones elásticas de los tubos de PVC-U deben realizarse los ensayos de tipo que se indican en la Tabla 125 y en la Tabla 126, según tipologías. En las uniones encoladas o mecánicas solo es necesario realizar el ensayo de estanquidad a largo plazo con presión hidráulica interior.

358

Tabla 125. Ensayos en las uniones no resistentes a los efectos axiales (UNE-EN 1452-5:2000) Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Estanquidad a corto plazo con presión hidráulica interior

UN EN ISO 13845:2001

Pp : 1,7 PN Duración: 100 min (ciclo Fig 91) Temperatura: 15-25°C ± 5°C Desviación angular: 2º

No aparición de fugas durante el ensayo

Estanquidad a corto plazo sometidas a depresión de aire interior

UN EN ISO 13844:2001

Pp : Dos ciclos de –0,01 y –0,08 N/mm2 Duración: 15 min.(ciclo Fig 92) Temperatura: 15-25°C ± 2°C Desviación angular: 2º Deformación diametral: 5%

No deben producirse variaciones en la presión de ensayo superiores a 0,005 N/mm2

Estanquidad a largo plazo con presión hidráulica interior

UNE EN ISO 13846:2001

Las indicadas en la Tabla 127

No aparición de fugas durante el ensayo

Tabla 126. Ensayos en las uniones resistentes a los efectos axiales (UNE-EN 1452-5:2000) Ensayo

Metodología

Condiciones de de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Estanquidad a corto plazo con presión hidráulica interior y a depresión interior de aire

UNE EN ISO 13783:1998

UNE EN ISO 13783:1998

No aparición de fugas durante el ensayo y variaciones en la presión de ensayo inferiores a 0,005 N/mm2

Estanquidad a largo plazo con presión hidráulica interior

prEN 1336:2001

Las indicadas en la Tabla 127

No aparición de fugas durante el ensayo

Fig. 91. Ciclo de presiones en el ensayo de las uniones en los tubos de PVC-U a corto plazo sometidas a presión interior (UNE-EN 1452-5:2000)

359

Fig. 92. Ciclo de presiones en el ensayo de las uniones de los tubos de PVC-U a corto plazo sometidas a depresión interior. (UNE-EN 1452-5:2000)

Tabla 127. Condiciones del ensayo de las uniones a largo plazo en los tubos de PVC-U sometidas presión interior (UNE-EN 1452-5:2000) Tubos de σs = 10 N/mm2 y Piezas especiales de PVC-U Presión de ensayo

1,70 x PN

1,30 x PN

1,65 x PN

1,30 x PN

20°C

40°C

20°C

40°C

1.000 h

1.000 h

1.000 h

1.000 h

Temperatura de ensayo Duración del ensayo

Tubos de σs = 12,5 N/mm2 y Piezas especiales de PVC-UH

6.2.5 Tubos de PE 6.2.5.1 Control de la materia prima Los ensayos que deben realizarse para la comprobación de las características indicadas en el apartado 3.6.3 de la resina de PE empleada en la fabricación de estos tubos, deben ser los indicados en la Tabla 128.

Tabla 128. Ensayos de la resina empleada en los tubos de PE (UNE 53965-1:1999 EX) Ensayo

Metodología

Características mecánicas

MRS ISO TR 9080:1992 Alargamiento en la rotura UNE-EN 638:1995

Características físicas

Densidad Índice de fluidez

360

UNE 53020:1973 UNE 53200:1992

Condiciones de ensayo

Frecuencia

UNE-EN 921:1995 UNE 53965-1:1999 EX

ensayo de tipo 1 ensayo/semana

23°C (3 muestras) UNE 53965-1:1999 EX

1 ensayo/lote de fabricac. 1 ensayo/lote de fabricac.

Tabla 128. Ensayos de la resina empleada en los tubos de PE (UNE 53965-1:1999 EX) Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayoFrecuencia

Características mecánicas

MRS ISO TR 9080:1992 Alargamiento en la rotura UNE-EN 638:1995

UNE-EN 921:1995 UNE 53965-1:1999 EX

ensayo de tipo 1 ensayo/semana

Características físicas

Cont. materias volátiles Cont. negro de carbono Dispersión negro carbono Resistencia envejecimiento Contenido de humedad Estabilidad térmica

1 probeta UNE 53375:1983 UNE 53131:1991

1 ensayo/lote de fabricac. 1 ensayo/lote de fabricac. 1 ensayo/lote de fabricac. 1 vez al año 1 ensayo/lote de fabricac. 1 ensayo/lote de fabricac.

UNE-EN 12099:1997 UNE 53375:1983 UNE 53131:1990 UNE-EN 1056:1996 UNE-EN 12118:1998 UNE-EN 728:1997

1 probeta 200 °C (3 probetas)

Si para una instalación concreta fuera necesario evaluar la resistencia al ataque químico del polietileno, ésta se realizaría conforme a lo especificado en la norma ISO 4433:1997.

6.2.5.2 Control de los tubos Los ensayos que deben realizarse sobre los tubos de PE una vez fabricados son los que se indican en la Tabla 129.

Tabla 129. Ensayos en los tubos de PE (UNE 53965-1:1999 EX) Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Resistencia a la presión hidráulica interior a 80°C

UNE-EN 921:1995 (método A)

Periodo de acondicionamiento: 1 hora Tres muestras Ensayo agua en agua Además, las indicadas en la Tabla 130

Durante el ensayo no deben producirse pérdidas de agua de ningún tipo Sólo deben tenerse en cuenta las roturas frágiles. Si se produce una rotura dúctil antes de 165 horas, puede repetirse el ensayo en las condiciones indicadas en la Tabla 131

1 vez al año

Propagación de fisuras

ISO 13477:1997 ISO 13478:1997 ISO 13479:1997

UNE 53965-1:1999 EX

No se produzcan propagaciones de fisuras de ningún tipo durante el ensayo

1 ó 3 veces al año (propagación lenta o rápida respectivamente

361

Tabla 130. Condiciones del ensayo de resistencia a la presión hidráulica interior en los tubos de PE (prEN 12201-1:2000 y prEN 13244-1:1998) Temperatura (°C)

Duración (horas)

20 80 80

100 165 1.000

Esfuerzo tangencial de ensayo (σe) N/mm2 PE 40 PE 63 PE 80 PE 100 7,0 2,5 2,0

8,0 3,5 3,2

10,0 4,6 4,0

12,4 5,5 5,0

Tabla 131. Condiciones de repetición del ensayo de resistencia a la presión hidráulica interiora 80°C en los tubos de PE (prEN 12201-1:2000 y prEN 13244-1:1998) PE 40

PE 63

PE 80

PE 100

σe (N/mm2)

Duración (horas)

σe (N/mm2)

Duración (horas)

σe (N/mm2)

Duración (horas)

σe (N/mm2)

Duración (horas)

2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0

165 230 323 463 675 1.000

3,5 3,4 3,3 3,2

165 295 538 1.000

4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4,0

165 219 293 394 533 727 1.000

5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5,0

165 233 332 476 688 1.000

En el control de calidad de fabricación de los tubos de PE las frecuencias de ensayo propuestas son, en general, las exigidas por AENOR para la concesión de su Marca de Calidad. En estos tubos debe destacarse el hecho de que dentro de los ensayos a realizar para el control de calidad de fabricación de estos tubos, las normas de producto (bien sea UNE 53131:1990, UNE 53490:1990, UNE 53965-1:1999 EX o los prEN 12201:2000 o prEN 13244-1:1998) no contemplan la necesidad de realizar ensayos de estanquidad mediante presión hidráulica interior en todos los tubos (ni es práctica usual el realizarlos). Esto es una diferencia respecto a los restantes materiales comprendidos en la presente Guía Técnica (fundición, acero, hormigón, o incluso las válvulas), para los que las respectivas normas de producto sí obligan a la realización de ensayos de estanquidad en fábrica mediante presión hidráulica interior en el 100% de los elementos (prescripciones recogidas en los respectivos capítulos de este documento y que vienen realizándose, habitualmente, en la práctica real). Una posible justificación de lo anterior, explican los fabricantes, se derivaría de la homogeneidad del material y de que sus características técnicas se controlen periódicamente de acuerdo con unos reglamentos particulares de certificación. Además, el proceso de fabricación de estos tubos es en continuo y no tubo a tubo, como en otros materiales.

362

6.2.6 Tubos de PVC-O 6.2.6.1 Control de los tubos Los ensayos que deben realizarse sobre los tubos y piezas especiales de PVC-O una vez fabricados son los que se resumen en la tabla adjunta. Tabla 132. Ensayos en los tubos y en las piezas especiales de PVC-O (prISO 16422-2:2000 y otras fuentes) Ensayo

Metodología y condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Opacidad

UNE-EN 578:1994

UNE-EN 578:1994

Los tubos no dejan pasar a su través más de un 0,2% de luz visible

Rigidez circunferencial específica

UNE-EN-ISO 9969:

UNE-EN-ISO 9969:

Verificar valores Tabla 50

Resistencia a la presión interna

UNE-EN 921:1995

Ver Tabla 133

No aparición de fugas de ningún tipo durante el ensayo

Resistencia al impacto

UNE-EN 744:1990

prISO 16422-2:2000 Temperatura:0°C

Determinación del Verdadero Grado de Impacto; VGI (ver Tabla 50)

Tabla 133. Condiciones del ensayo de resistencia a la presión hidráulica interior en los tubos de PVC-O (prISO 16422-2:2000) Temperatura (ºC)

Duración (horas)

20 20 60

10 1.000 1.000

PVC-O 315 4,4 3,9 2,0

Esfuerzo tangencial de ensayo (σe) N/mm2 PVC-O PVC-O PVC-O 355 400 450 4,6 4,2 2,2

5,0 4,6 2,5

6,3 5,5 2,9

PVC-O 500 6,4 5,8 3,0

6.2.6.2 Control de las uniones Los ensayos que deben realizarse en las uniones de los tubos de PVC-O son los que se resumen en la Tabla 125 para los tubos de PVC-U. 6.2.7 Tubos de PRFV 6.2.7.1 Control de la resina La resina empleada en la fabricación de la capa estructural debe ensayarse conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 75-1:1996, con la probeta apoyada sobre su extremo, al objeto de comprobar que la temperatura de flexión es de al menos 70°C.

363

6.2.7.2.Control de los tubos El control de las características físicas y mecánicas en los tubos de PRFV se recomienda realizarlo conforme a lo indicado en la Tabla 134.

Tabla 134. Ensayos a realizar en los tubos de PRFV (UNE 53323:2001 EX) Ensayo

Metodología

Condiciones de ensayo

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

Frecuencia

Resistencia a flexión transversal a corto plazo

UNE-EN 1228:2000

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.1)

Determinación de S0

1 de cada 100

Resistencia a flexión transversal a largo plazo

prEN ISO 10468:2000 UNE 53323:2001 EX prEN ISO 14828:2000 (apartado 6.2.2)

Determinación de S50

Ensayo de tipo

Resistencia inicial al fallo en flexión

UNE-EN 1226:1996

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.3)

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.3)

1 de cada 200

Deformación circunferencial a largo plazo

UNE-EN 1227:2000

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.4)

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.4)

Ensayo de tipo

Tracción longitudinal

UNE-EN 1393:1997 (Métodos A ó B)

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.5)

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.5)

1 de cada 200

Tracción circunferencial a corto plazo (presión inicial de diseño)

UNE-EN 1394:1997 (Métodos A al F)

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.6)

Determinación de σr,0

1 por lote de fabricación

Tracción circunferencial a largo plazo (presión de fallo a largo plazo)

UNE-EN 1447:1997

UNE 53323:2001 EX (apartado 6.2.7)

Determinación de σr,50

Ensayos de tipo

Estanquidad

UNE-EN 1229:1996 (Método A)

Duración: 30 s Presión: 1,5 PN

No aparición de fugas en el ensayo

Dentro de los enayos a realizar en los tubos de PRFV, la norma UNE 53323:2001 EX prevé la necesidad de realizar ensayos de estanquidad en los mismos con el procedimiento indicado en la Tabla 134. Lo que dicha norma no especifica es la frecuencia del mismo, la cual en los restantes materiales (salvo PVC-U y PE) es del 100% y que sería deseable alcanzar también en este material.

364

6.2.7.3 Control de las uniones Las uniones, por su parte, deben ensayarse mediante la realización de los ensayos de tipo indicados en la tabla adjunta.

Tabla 135. Ensayos de las uniones en los tubos de PRFV Tipo de unión

Metodología de ensayo

Condiciones de ensayo objetivo del ensayo

Flexibles no resistentes a esfuerzos axiales

UNE-EN 1119:1996

UNE 53323:2001 EX (apartado 7.2)

Flexibles resistentes a esfuerzos axiales

UNE-EN 1448:1997

UNE 53323:2001 EX (apartado 7.3)

Laminadas

UNE-EN 1449:1997

UNE 53323:2001 EX (apartado 7.4)

Con bridas

UNE-EN 1450:1997

UNE 53323:2001 EX (apartado 7.5)

Criterio de aceptación/ objetivo del ensayo

En ninguno de los ensayos deben producirse fugas de ningún tipo, ni la rotura de la unión o de alguno de sus componentes

6.2.8 Válvulas y ventosas El control de calidad de fabricación de las válvulas y/o de las ventosas debe consistir, principalmente, en la realización de los ensayos de producción que se indican en la tabla adjunta, al objeto de verificar los requisitos de funcionamiento para las mismas establecidos en la norma UNE-EN 1074:2000.

Tabla 136. Ensayos a realizar en las válvulas

Ensayo

Metodología y condiciones generales

Resistencia a la presión interior de la carcasa

UNE-EN 1074-1:2000 (Anexo A y 5.1.1)

Resistencia del del obturador a la presión diferencial

UNE-EN 1074-1:2000 (Anexo B y 5.1.2)

Resistencia de las válvulas a flexión

UNE-EN 1074-1:2000 (Anexo C y 5.1.3)

Válvulas de seccionamiento

Metodología y condiciones específicas Válvulas de Ventosas Válvulas de retención regulación

UNE-EN 10745:2000 (5.1.2) UNE-EN 10742:2000 (5.1.3)

UNE-EN 10743:2000 (5.1.3)

No ha lugar

UNE-EN 10745:2000 (5.1.3)

365

Tabla 136 (Cont.). Ensayos a realizar en las válvulas Metodología y condiciones generales

Ensayo Resistencia de las válvulas al esfuerzo de maniobra

UNE-EN 1074-1:2000 (5.1.4)

Válvulas de seccionamiento UNE-EN 10742:2000 (Anexos A, B y 5.1.4)

Metodología y condiciones específicas Válvulas de Ventosas Válvulas de retención regulación No ha lugar

En general, no ha lugar

UNE-EN 10742:2000 (Anexo A y 5.1.4)

Estanquidad de la carcasa y de los componentes sometidos a presión

Estanquidad a presión interior Estanquidad a presión exterior

pr EN 12266-1:1999 y UNE-EN 1074-1:2000 (5.2.1.1) UNE-EN 1074-1:2000 (Anexo D y 5.2.1.2)

Estanquidad del asiento

Estanquidad a presión diferencial elevada Estanquidad a presión diferencial baja

pr EN 12266-1:1999 y UNE-EN 1074UNE-EN 1074-1:2000 2:2000 (5.2.2.1) (5.2.2.1)

UNE-EN 1074- UNE-EN 10743:2000 4:2000 (5.2.2.1) (5.2.2.1)

En general, no ha lugar

pr EN 12266-1:1999 y UNE-EN 1074UNE-EN 1074-1:2000 2:2000 (5.2.2.2) (5.2.2.2)

UNE-EN 1074- UNE-EN 10743:2000 4:2000 (5.2.2.2) (5.2.2.2)

En general, no ha lugar

Par máximo de maniobra para la maniobra y la estanquidad

UNE-EN 1074-1:2000 (5.2.3)

No ha lugar

En general, no ha lugar

UNE-EN 10745:2000 (5.2.3)

Estanquidad de los reductores a la presión exterior

UNE-EN 1074-1:2000 (5.2.4)

No ha lugar

No ha lugar

En general, no ha lugar

Resistencia a los productos desinfectantes

UNE-EN 1074-1:2000 (Anexo E y 5.4)

Resistencia a la fatiga

UNE-EN 1074-1:2000 ( 5.5)

En general, no ha lugar

UNE-EN 10742:2000 (Anexo C y 5.2.3)

UNE-EN 10743:2000 (Anexo D y 5.5)

UNE-EN 1074- UNE-EN 10744:2000 (Anexo 2:2000 (Anexo A y 5.5) C y 5.5)

UNE-EN 10745:2000 (Anexo D y 5.5)

Características de la regulación

No ha lugar

No ha lugar

No ha lugar

UNE-EN 10745:2000 (Anexos A, B, C y 5.3)

Aireación

No ha lugar

No ha lugar

UNE-EN 1074- No ha lugar 4:2000 (Anexos A y B y 5.3)

6.3 Control de calidad de la instalación El control de calidad de la instalación y de la recepción de los componentes de la tubería se recomienda realizarlo mediante las actividades que se indican a continuación. El personal que intervenga en las tareas de manipulación, montaje o, en general, manejo de la tubería durante cualquier fase de su instalación debe ser lo más experimentado posible y tener la capacitación adecuada.

366

Dentro de este control de calidad de la instalación cobra importancia especial la realización de las conocidas como pruebas de la tubería instalada, que no son sino un ensayo de estanquidad mediante presión hidráulica interior por tramos de la conducción una vez montada. Dichas pruebas, por su importancia singular, se describen en el siguiente apartado 6.4. – Examen visual. Una vez recibidos los tubos, las piezas especiales o las válvulas, y previo a su instalación, éstos deben ser sometidos a un examen visual a fin de comprobar que no presentan deterioros perjudiciales producidos durante el transporte. A tal efecto, aquellos elementos que no superen dicho examen visual han de ser rechazados. Asimismo, una vez realizada la instalación de la tubería, debe realizarse un nuevo examen visual de la misma al objeto de comprobar su correcto montaje. – Comprobaciones dimensionales. Siempre que se hagan operaciones de manipulado en obra en los tubos o en las piezas especiales, tales como corte de los mismos, deben realizarse posteriormente las oportunas comprobaciones dimensionales, al objeto de comprobar que se cumplen las características geométricas y las tolerancias de las mismas establecidas para cada tipo de tubo en los respectivos apartados de este documento. – Ensayos de las soldaduras. Deben realizarse ensayos mediante la utilización de líquidos penetrantes, en todas las soldaduras realizadas en obra en los tubos de acero y en los de hormigón armado o pretensado con camisa de chapa. Para ello se recomienda seguir las indicaciones dadas en la norma UNE 14612:1980, no debiendo detectarse ningún poro durante el ensayo. Además, se recomienda que, sobre el 10% ó el 20% de las mismas, se realicen ensayos por otros procedimientos, tales como radiografías o partículas magnéticas, de acuerdo a las metodologías indicadas en el apartado 6.2.2.3, de forma, que si los fallos detectados exceden porcentajes de más del 5 ó el 10%, este control radiográfico podría extenderse al 50% o incluso al 100% de las soldaduras. En los tubos de PE, el control de las soldaduras en obra se recomienda realizarlo conforme lo especificado por las normas DVS 2203, 2206 y 2207. – Ensayos de los revestimientos. Cuando en determinados casos en los tubos se apliquen revestimientos en obra, deben realizarse los ensayos de control de calidad que indique el respectivo proyecto o la DO. En particular, para los tubos de acero y de fundición se recomienda aplicar lo indicado en los apartados 6.2.2.4 y 6.2.1.3 respectivamente.

Un caso de aplicación de revestimientos en obra es, en los tubos de acero con unión soldada, el relativo a la protección de la zona de la unión, la cual se deja sin revestir en fábrica y, una vez ejecutada la soldadura en obra, se procede a su protección mediante los oportunos revestimientos. Otro caso de revestimientos aplicados en obra puede ser, en los tubos de fundición, el revestimiento exterior con manga de polietileno.

367

– Comprobaciones dimensionales de las zanjas y verificación de las alineaciones de las rasantes Deben realizarse las comprobaciones dimensionales de las zanjas para alojamiento de las conducciones y la verificación de las alineaciones de las rasantes de las mismas, al objeto de comprobar que cumplen lo especificado para las mismas en el proyecto. – Control del montaje de la tubería y de la ejecución de la unión. Debe igualmente comprobarse que la tubería está correctamente montada y que las juntas de los tubos cumplen lo especificado para las mismas en los diferentes epígrafes de uniones de cada capítulo. – Control de calidad de los rellenos de las zanjas y de las camas de apoyo. El respectivo proyecto debe fijar los ensayos de control de calidad que deban realizarse en los rellenos de las zanjas y en las camas de apoyo, exponiéndose a continuación unas recomendaciones generales para ello.

En cualquier caso, al fijar los ensayos de control de calidad a realizar en los rellenos de las zanjas y en las camas granulares, deben tenerse en cuenta aspectos tales como el tamaño y tipo de la tubería a instalar. Así, por ejemplo, en el caso de tubos flexibles, dada la importancia que tienen las características de los rellenos de las zanjas y en especial su grado de compactación en el comportamiento mecánico de estos tubos, se debe cuidar especialmente el control de calidad de dichos rellenos así como el de las camas granulares, comprobando que se cumple lo indicado en el proyecto.

En cualquier caso, y a efectos de los ensayos recomendados, se considera como lote el menor de los valores siguientes: – La producción diaria – El relleno correspondiente a 300 metros de zanja – El volumen correspondiente a cada cambio de material de relleno Los ensayos recomendados a realizar en los rellenos de las zanjas, aleatóriamente distribuidos en la longitud y en las diferentes tongadas de cada lote, son, en general, los siguientes: – 2 identificaciones completas, comprendiendo: Límites de Atterberg (límite líquido y plástico), según NLT 105/72 y NLT 106/72 Granulometría, según norma NLT 104/72 Proctor Normal, según norma NLT 107/76 Análisis de sulfatos, en tubos de hormigón, según NLT 119/72 y NLT 120/72 – 6 ensayos de densidad. En el caso de realizar estos ensayos por métodos nucleares, el equipo nuclear a emplear debe ser tarado regularmente mediante ensayos de densidad de arena según la norma NLT 109/72.

368

– 6 ensayos de humedad. En el caso de realizar estos ensayos por métodos nucleares, el equipo nuclear a emplear debe ser tarado regularmente mediante ensayos de humedad por secado en estufa o por el procedimiento del alcohol, según las normas NLT 102/72 y NLT 103/72 respectivamente. En las camas granulares, por su parte, los ensayos recomendados son los siguientes: – 2 identificaciones completas, de acuerdo a lo indicado en el apartado anterior. – 2 ó 3 ensayos de densidad in situ por el método de la arena, según lo indicado en la norma NLT 109/72. En las camas de hormigón, por último, se recomienda realizar el control de calidad del hormigonado de las mismas de acuerdo a lo indicado en la vigente EHE, según el nivel de control que exija el proyecto. – Control de calidad de los elementos complementarios de la red. En los elementos complementarios de la red (macizos de anclaje, arquetas, cámaras de válvulas, etc.) debe realizarse, en primer lugar, un examen visual, al objeto de comprobar que su aspecto general es satisfactorio. Posteriormente, han de efectuarse las oportunas comprobaciones dimensionales y demás especificaciones que figuren en el proyecto.

6.4 Prueba de la tubería instalada A medida que avance el montaje de la tubería, deben ejecutarse las oportunas pruebas de la tubería instalada, para las que se recomienda la metodología que a continuación se expone, la cual coincide con lo previsto por la norma UNE-EN 805:2000. La presión de prueba (STP) se calcula a partir de MDP, de forma que, dependiendo de que el golpe de ariete se haya calculado en detalle, o únicamente se haya estimado, el valor de STP será (todos los valores en N/mm2): a) Golpe de ariete calculado en detalle: STP = MDP + 0,1 b) Golpe de ariete estimado: El menor valor de: STP = MDP + 0,5 STP = 1,5 MDP En los casos de impulsiones y grandes conducciones, debe siempre haberse calculado en detalle el valor del golpe de ariete (hipótesis a). Solo el caso de los ramales de las redes de distribución, en los que, debido a la abundancia de mecanismos de cierre, acometidas, etc., es difícil calcular con detalle el golpe de ariete en la hipótesis pésima de funciona-

369

miento, es una de las situaciones en las que su valor puede ser “estimado” (hipótesis b). No obstante, en general, según se indica en el epígrafe 4.1.3, el golpe de ariete debe ser calculado en detalle. 5

Hipótesis a 4

Hipótesis b

STP (N/mm2)

3

2

1

0 0

1

2

3

MDP (N/mm2)

Fig. 93. STP en función de MDP

6.4.1 Metodología general Conforme se indicó en el apartado anterior, la prueba de la tubería instalada recomendada es la que figura en la norma UNE-EN 805:2000, la cual se describe a continuación. Dicha prueba es de aplicación para todas las tipologías de tubería contempladas en este documento, si bien las de PE podrían probarse conforme a una metodología específica para ellas, prevista en el anexo informativo A (apartado A.27) de la norma UNE-EN 805:2000.

La justificación de un método específico para la realización de la prueba de la tubería instalada en los tubos de PE se fundamenta en el comportamiento viscoelástico de este material, de manera que la fluencia, que con la metodología general no queda considerada más que parcialmente, pueda ser tenida en cuenta de forma completa.

A medida que avance el montaje de la tubería ésta debe ser probada por tramos, con la longitud fijada en el proyecto o por la DO, los cuales deben ser de iguales características (materiales, diámetros, espesores, etc.). Los extremos del tramo en prueba deben cerrarse convenientemente con piezas adecuadas, las cuales han de apuntalarse para evitar des-

370

lizamientos de las mismas o fugas de agua, y que deben ser, cuando así se requiera, fácilmente desmontables para poder continuar la colocación de la tubería.

Las longitudes de estos tramos dependen, como se ha indicado, de las características particulares de cada uno de ellos, debiendo seleccionarse de modo que: – la presión de prueba pueda aplicarse al punto más bajo de cada tramo en prueba – pueda aplicarse una presión de al menos igual a MDP en el punto más alto de cada uno de ellos – pueda suministrarse y evacuarse sin dificultad la cantidad de agua necesaria para la prueba – la diferencia de presión entre el punto de rasante más baja y más alta no exceda del 10% de STP – en la medida de lo posible, sus extremos coincidan con válvulas de paso de la tubería con todo ello, unas longitudes razonables para los tramos pueden oscilar entre 500 y 1.000 ó incluso 2.000 metros. Antes de empezar la prueba deben estar colocados en su posición definitiva todos los tubos, las piezas especiales, las válvulas y demás elementos de la tubería, debiendo comprobarse que las válvulas existente en el tramo a ensayar se encuentran abiertas y que las piezas especiales están ancladas y las obras de fábricas con la resistencia debida. Cuando la tubería se disponga enterrada, la zanja debe estar parcialmente rellena, dejando las uniones descubiertas. Asimismo debe comprobarse que el interior de la conducción está libre de escombros, raíces o de cualquier otra materia extraña. La bomba para introducir la presión hidráulica puede ser manual o mecánica, pero en este último caso debe estar provista de llaves de descarga o elementos apropiados para poder regular el aumento de presión. Irá colocada en el punto más bajo de la tubería que se vaya a ensayar y debe estar provista, al menos, de un manómetro, el cual debe tener una precisión no inferior de 0,02 N/mm2. La medición del volumen de agua, por su parte, debe realizarse con una precisión no menor de 1 litro. En cualquier caso, pero especialmente en los de altas presiones, durante la realización de la prueba de la tubería instalada, deben tomarse las medidas de seguridad necesarias para que en caso de fallo de la tubería no se produzcan daños a las personas y que los materiales sean los mínimos posibles. A estos efectos debe ponerse en conocimiento del personal que pudiera ser afectado que se está realizando una prueba, no debiendo permitirse el acceso al tramo que se esté ensayando, ni trabajar en tajos cercanos. En este sentido, los manómetros deben ser colocados de forma tal que sean legibles desde el exterior de la zanja. De acuerdo con todo lo anterior, la prueba, que es única, consta, en general, de las dos etapas siguientes: etapa preliminar y etapa principal.

371

6.4.1.1 Etapa preliminar Se comienza por llenar lentamente de agua el tramo objeto de la prueba, dejando abiertos todos los elementos que puedan dar salida al aire, los cuales se irán cerrando después y sucesivamente de abajo hacia arriba. Debe procurarse dar entrada al agua por la parte baja del tramo en prueba, para así facilitar la salida del aire por la parte alta. Si ésto no fuera posible, el llenado se debería hacer aún más lentamente, para evitar que quede aire en la tubería. En el punto más alto es conveniente colocar un grifo de purga para expulsión del aire y para comprobar que todo el interior del tramo objeto de la prueba se encuentra comunicado de la forma debida. La tubería, una vez llena de agua, se debe mantener en esta situación al menos 24 horas.

El objeto de esta etapa preliminar es que la tubería se estabilice, alcanzando un estado similar al de servicio, a fin de que durante la posterior etapa principal los fenómenos de adaptación de la tubería, propios de una primera puesta en carga, no sean significativos en los resultados de la prueba. Como fenómenos de adaptación más característicos de una primera puesta en carga, pueden destacarse los siguientes: – Movimientos de recolocación en uniones, piezas especiales, anclajes, válvulas y demás elementos – Expulsión del aire de los huecos y alojamientos en las uniones y en general en toda la tubería – Saturación de la tubería, en los casos de materiales absorbentes (hormigón) – Deformación de los tubos, particularmente en el caso de que éstos sean flexibles La recomendación de mantener llena de agua la tubería 24 horas, es particularmente importante en el caso de las tuberías que puedan absorber cierta cantidad de agua, como son las de hormigón.

A continuación, se aumenta la presión hidráulica de forma constante y gradual hasta alcanzar un valor comprendido entre STP y MDP, de forma que el incremento de presión no supere 0,1 N/mm2 por minuto. Esta presión debe mantenerse entre dichos límites durante un tiempo razonable (que lo debería fijar el proyecto correspondiente o la DO a la vista de las circunstancias particulares de cada caso) para lograr los objetivos de esta etapa preliminar, para lo cual, si es necesario, habrá que suministrar, bombeando, cantidades adicionales de agua. Durante este período de tiempo no debe de haber pérdidas apreciables de agua, ni movimientos aparentes de la tubería. Caso contrario, debería de procederse a la despresurización de la misma, a la reparación de los fallos que haya lugar y a la repetición del ensayo.

372

La fijación de la duración de esta etapa preliminar es fundamental para el buen desarrollo de la posterior etapa principal. Deberá ser tal que logre por completo la estabilización de la tubería a que antes se hacía referencia y dependerá de numerosos factores, como por ejemplo, el tipo de tubo de que se trate, el diámetro, las condiciones de la instalación, la naturaleza de las uniones, la climatología, etc. De todo ello es especialmente importante la tipología de la tubería, ya que aquellos tubos susceptibles de absorber cantidades importantes de agua, y especialmente en el caso de altas temperaturas ambiente, son los que requieren que esta etapa tenga una duración importante que logre mitigar el efecto de dicha absorción. En el proceso de elaboración de la norma UNE-EN 805:2000, el cual ha sido muy largo, quizás el mayor en el ámbito de las normas CEN para tuberías, las primeras versiones de la misma establecían una duración de una o dos horas para esta etapa, periodo suficiente para lograr los objetivos de esta etapa en los tubos de materiales metálicos y plásticos, pero claramente insuficiente en los de hormigón o especialmente en los de fibrocemento, si bien éstos últimos quedan fuera del objeto de esta Guía Técnica (ver apartado 2.1). El texto definitivo de la norma se ha limitado a establecer que “la duración de la prueba preliminar depende de los materiales de la tubería y debe especificarla el proyectista considerando las normas del producto aplicables”, sin concretar o recomendar valor alguno para dicha duración. Ensayos realizados por el CEDEX al respecto durante el año 1996 concluyen que si bien en los tubos metálicos y de materiales plásticos (PVC-U, PE y PRFV) la duración de una hora o dos horas para esta etapa preliminar podría ser suficiente, en los de hormigón y fibrocemento, pueden llegar a ser necesarias duraciones de 24 o incluso 48 horas.

6.4.1.2 Etapa principal o de puesta en carga Una vez superada la etapa preliminar, la presión hidráulica interior se aumenta de nuevo de forma constante y gradual hasta alcanzar el valor de STP, de forma que el incremento de presión no supere 0,1 N/mm2 por minuto. Una vez alcanzado dicho valor, se desconecta el sistema de bombeo, no admitiéndose la entrada de agua durante, al menos, una hora. Al final de este período al medir mediante manómetro el descenso de presión habido durante dicho intervalo, éste debe ser inferior a los siguientes valores: – 0,02 N/mm2 para tubos de fundición, acero, hormigón con camisa de chapa, PVC-U, PRFV y PE, en su caso – 0,04 N/mm2 para tubos de hormigón sin camisa de chapa

373

A continuación, se eleva la presión en la tubería hasta alcanzar de nuevo el valor de STP suministrando para ello cantidades adicionales de agua y midiendo el volumen final suministrado, debiendo ser éste inferior al valor dado por la expresión siguiente:  1 ID  ∆Vmax = 1,2 ⋅ V ⋅ ∆p ⋅  +   Ew e ⋅ E 

∆Vmax V ∆p

Ew E ID e 1,2

pérdida admisible, en litros volumen del tramo de tubería en prueba, en litros caída admisible de presión durante la prueba, en N/mm2, cuyos valores son: 0,02 N/mm2 tubos de fundición, acero, hormigón con camisa de chapa, PVC-U, PRFV y, en su caso, PE 0,04 N/mm2 tubos de hormigón sin camisa de chapa módulo de compresibilidad del agua, en N/mm2 módulo de elasticidad del material del tubo, en N/mm2 diámetro interior del tubo, en mm espesor nominal del tubo, en mm factor de corrección que, entre otros aspectos, tiene en cuenta el efecto del aire residual existente en la tubería

El módulo de compresibilidad del agua (Ew) y unos valores razonables para los valores del módulo de elasticidad del material de la tubería (E) son los siguientes (ver Tabla 67): Ew E

2,1 x 103 N/mm2 fundición 1,70 x 105 N/mm2 acero 2,10 x 105 N/mm2 hormigón 2,00 x 104 N/mm2 - 4,00 x 104 N/mm2 PVC-U 3.600 N/mm2 (corto plazo); 1.750 (largo plazo) PE 1.000 N/mm2 (corto plazo); 150 (largo plazo) PRFV 1,0 x 104 N/mm2 - 3,9 x 104 N/mm2

Cuando, durante la realización de esta etapa principal o de puesta en carga, el descenso de presión y/o las pérdidas de agua sean superiores a los valores admisibles antes indicados, se deben corregir los defectos observados (repasando las uniones que pierdan agua, cambiando, si es preciso, algún tubo o pieza especial) para así proceder a repetir esta etapa principal hasta superarla con éxito. En determinadas situaciones, tales como los ramales de las redes de distribución de pequeño diámetro o escasa longitud, puede admitirse que en esta etapa principal se realice únicamente la comprobación de que el descenso de presión producido durante la misma es inferior a los valores admisibles antes indicados. En cualquier caso, si los resultados de la etapa principal no son satisfactorios, o existen dudas sobre la correcta desaireación de la tubería, se puede realizarse un ensayo complementario de purga que aclare tal circunstancia, conforme a la metodología recogida en la norma UNE EN 805:2000.

374

A título orientativo, en la Fig. 94 se han representado las pérdidas admisibles de agua en esta etapa preliminar en función del ID y del tipo de tubo de que se trate. Son unos valores medios (calculados a partir de unos espesores del tubo usuales), que en cada caso habrá que determinar en detalle en función de las variables de cada instalación en particular, básicamente, espesor del tubo, diámetro interior real (ID) y módulo de elasticidad. Ello es especialmente importante en los tubos de hormigón o en los de PRFV en los que los espesores del tubo son muy variables en cada aplicación en particular. 125

Pérdida admisible (litros/1000 m)

100

75

50

25

Fundición

Acero

Hormigón PE (S5)

PE (S12,5) PVC-U (S20)

PVC-U (S5)

PRFV

0 0

250

500

750

ID (mm)

1.000

1.250

1.500

Fig 94. Pérdidas admisibles de agua en la etapa preliminar 5

6.4.2 Comparación con la metodología del PPTG de tuberías del MOPU de 1974 EN 805 (Hipótesis a)

STP (N/mm2)

4 EN 805de (Hipótesis b) En España, las pruebas la tubería instalada en las conducciones a presión (especial74 mente en los casos MOPU de abastecimientos a poblaciones), han venido realizándose tradicionalmente conforme a lo especificado al respecto por el PPTG de tuberías de abastecimiento3 de agua del MOPU de 1974. Resumidamente, en dicho Pliego se exige la realización de las dos pruebas siguientes: 2

a) Prueba de presión interior Presión de prueba, STP: 1

Descenso de presión admisible: Duración de la prueba:

1,4 x MDP 2 STP 5 ; STP, en kg/cm 30 minutos

0 0

1

MDP (N/mm2)

y de fibrocemento se tenLos2 tubos de hormigón 3 drán llenos de agua previamente, al menos, 24 horas

375

b) Prueba de estanquidad Presión de prueba, STP: Pérdida de agua admisible (en l)

Duración de la prueba

La presión máxima estática del tramo K1 x L x ID K1 coefcte. dependiente del material (0,25-0,40) L longitud del tramo en prueba (en m) ID diámetro interior del tubo (en m) Dos horas

Transcurridos más de veinticinco años del establecimiento de estas pruebas, en la actualidad es cuestionada su idoneidad. En primer lugar, la realización de dos pruebas resulta algo redundante, en tanto que los resultados obtenidos con ambas son similares, de manera que en la práctica, en muchas ocasiones, solo se realiza una. Pero es que, sobre todo, salvo el caso de los tubos de fibrocemento o los de hormigón sin camisa de chapa (debido a la absorción de agua característica de estos materiales), la pérdida de presión o de agua que realmente sufren durante las respectivas pruebas es prácticamente insignificante, mientras que el citado Pliego permite unos valores ciertamente elevados. El comportamiento real de los tubos es, por tanto, considerablemente diferente a lo previsto en las citadas pruebas. Además, en el ámbito particular de los tubos de hormigón, se ha achacado tradicionalmente a la prueba de presión interior que la presión de prueba es excesiva, en tanto en cuanto estos tubos se dimensionan “a medida”, no bajo determinadas series o escalones de fabricación, y, por lo tanto, para que superen la prueba, deben ser sobredimensionados respecto a las solicitaciones a que serán realmente sometidos en servicio. Y todavía más acentuado, lo mismo ocurre con los anclajes de la tubería, los cuáles, a fin de cuentas, han de ser dimensionados para resistir las solicitaciones de la prueba de la tubería instalada, por lo que si la presión a la que ésta se realiza es mucho mayor respecto a la de trabajo, puede resultar un sobredimensionamiento excesivo. Si se comparan ambas pruebas (MOPU 74 versus UNE-EN 805:2000) pueden extraerse las siguientes conclusiones: – En primer lugar UNE-EN 805:2000 solo prevé la realización de una prueba (dividida en dos etapas) frente a las dos del PPTG del MOPU 74. Como se ha indicado antes, la realización de dos pruebas resulta algo redundante, en tanto que los resultados obtenidos con ambas son similares, de manera que en la práctica, en muchas ocasiones, solo se realiza una. En una prueba de presión, el posible descenso de presión que ocurra y la pérdida de agua que se produzcan durante el ensayo están necesarisamente relacionadas, con lo que conocida una podría calcularse la otra. Por ello, resulta innecesario realizar dos pruebas diferentes.

376

– La presión de la prueba prevista en UNE-EN 805:2000 es algo inferior a la del MOPU 74 (prueba de presión interior) en el caso de que el golpe de ariete esté calculado en detalle (que es la situación habitual en redes importantes). Solo en el caso de que el golpe de ariete esté simplemente estimado, la presión de prueba de UNE-EN 805:2000 es algo superior a la de MOPU 74 (ver Fig.95). – Los criterios de aceptación son mucho más restrictivos en UNE-EN 805:2000 que en MOPU 74. Como puede verse en la Fig. 96 y en la Fig. 97, tanto el descenso de presión admisible (prueba de presión interior de MOPU 74) como la pérdida de agua permitida (prueba de estanquidad de MOPU 74) son claramente inferiores en el caso de UNE-EN 805:2000. Además, la prueba de estanquidad en el PPTG MOPU 74, que es la que determina la pérdida de agua admisible, se realiza a una presión inferior (a la presión máxima estática), lo que abunda en el carácter más restrictivo de UNE-EN 805:2000 frente a MOPU 74. La comparación de todos estos resultados puede resultar, en un primer análisis, un tanto alarmante, en tanto que las exigencias de UNE-EN 805:2000 son considerablemente más estrictas que las del PPTG del MOPU de 1974, si bien lo cierto es que en la mayoría de los tubos las pérdidas, bien de agua o bien de presión interior, en que se incurren durante este tipo de pruebas son prácticamente nulas, por lo que la pérdida admisible prevista en el Pliego del MOPU de 1974 resulta excesiva frente a lo que ocurre en la realidad. Serían, por tanto, los tubos de fibrocemento y quizás los de hormigón los que pueden presentar problemas en la satisfacción de dicha prueba de UNE-EN 805:2000, ya que su pared es susceptible de absorber un cierto volumen de agua hasta saturarse, y solo en ese momento las pérdidas de agua serían mínimas en la prueba de presión interior. La clave para el posible cumplimiento de la prueba de la norma EN 805 en estos tubos estriba, como ya se ha indicado, en la duración de la etapa preliminar, de manera que se logre la saturación del tubo antes de comenzar la etapa principal. En relación con los criterios de aceptación es importante observar también que el descenso de presión admisible en la prueba incluida en el Pliego MOPU 74 está relacionado con la presión máxima de trabajo, mientras que en UNEEN 805:2000 es un valor absoluto. En rigor, la pérdida admisible ha de estar relacionada con el diámetro de la tubería, pero no necesariamente con la presión a la que la tubería vaya a estar sometida en servicio, por lo que la base física o científica del criterio de aceptación de UNE es mayor que el del antiguo Pliego de 1974. Aceptadas las pérdidas de presión propuestas en UNE-EN 805:2000 de 0,02 ó 0,04 N/mm2, según materiales (que ciertamente podrían ser cuestionables), los valores admisibles para la pérdida de agua resultante se obtienen con una expresión que es aplicación directa de la resistencia de materiales, circunstancia que no ocurre con los criterios del Pliego de 1974.

377

Pérdida admis

25

Ambos criterios arrojan, en cualquier caso, valores de pérdidas pequeños en 0 relación con el volumen total de la tubería, pero lo cierto es que en valor abso250 admisibles 500 750 del Pliego 0 luto, las pérdidas de agua en las pruebas del MOPU 1.250 de 1.000 (mm) 1974 son mucho mayores que las de la norma ID UNE-EN 805:2000.

5

EN 805 (Hipótesis a) 4

EN 805 (Hipótesis b) MOPU 74

STP (N/mm2)

3

2

1

0 0

1

2

3

MDP (N/mm2)

Ejemplo 47

Fig. 95. Presiones en la prueba de la tubería instalada en el Pliego MOPU 74 y en la norma UNE-EN 805:2000

En una tubería de acero de 1.600 mm de ID, espesor 15 mm, que vaya a estar sometida a una MDP de 1,5 N/mm2 (golpe de ariete calculado en detalle), supuesta una presión estática de 1,1 N/mm2, las pruebas de la tubería instalada a realizar serán las siguientes (longitud del tramo en prueba 400 m), según se sigan los criterios del antiguo Pliego del MOPU de 1974 o los de la norma UNE-EN 805:2000. – Pliego MOPU 1974 a) prueba de presión interior presión de prueba: 2,1 N/mm2 descenso de presión admisible: 0,20 N/mm2 b) prueba de estanquidad presión de prueba: 1,1 N/mm2 pérdida de agua admisible (K1=0,35): 224 litros – Norma UNE-EN 805:2000

378

presión de prueba: 1,6 N/mm2 descenso de presión admisible: 0,02 N/mm2 pérdida de agua admisible: 23,75 litros

1.500

0,30

30% MOPU 74

MOPU 74

UNE-EN805 (Hipótesis a)

Descenso de presión admisible

UNE-EN805 (Hipótesis a)

25%20%

Descenso de presión admisible (N/mm2)

UNE-EN805 (Hipótesis b)

20%15%

15%10%

10% 5%

5% 0%

0,0

0,5

1,0

1,5

UNE-EN805:2000 MOPU 74

0,250,20

UNE-EN805:2000

0,200,15

0,150,10

0,10 0,05

0,050,00

0,5

0,0

2,0

1,0

1,5

2,0

2

2

MDP (N/mm )

MDP (N/mm ) 0,00

0%

Fig. 0,5 96. Descensos admisibles de la prueba0,5de la tubería instalada 1,0 1,5 1,0 1,5 2,0 presión en 0,0 2 2 en el pliego MOPU74 y en la norma UNE-EN 805:2000 MDP (N/mm ) MDP (N/mm )

600 UNE-EN 805

600 Fundición

Pérdida admisible (litros/1000 m)

500400

400300 350250 300200 250150 200100

600500 MOPU 74

Hormigón Fundición PE (S12,5) Acero PVC-U (S20) Hormigón PRFV PE (S12,5)

550450

450350

550

Acero

550450 500400 450350

PVC-U (S20)

400300

PRFV

350250 300200 250150 200100

150 50 100

150 50

0

100

0

50

THAcCCh Acero y plásticos Fundición THP THAcCCh Acero y plásticos Fundición THP

Pérdida admisible (litros/1000 m)

550 600500 UNE-EN 805

2,0

MOPU 74

Pérdida admisible (litros/1000 m)

0,0

Pérdida admisible (litros/1000 m)

Descenso de presión admisible

0,300,25

UNE-EN805 (Hipótesis b) MOPU 74

Descenso de presión admisible (N/mm2)

30%25%

250

500

750

1.000

1.250

1.500

0

0

50

250

500

ID (mm)

750

1.000

1.250

1.500

ID (mm)

0

0 0

250

500

750

ID (mm)

1.000

1.250

1.500

0

250

500

750

1.000

1.250

1.500

ID (mm)

Fig. 97. Pérdidas admisibles de agua en la prueba de la tubería instalada en el Pliego MOPU74 y en la norma UNE-EN 805:2000

379

7. Mantenimiento y rehabilitación de la tubería

Este capítulo tiene por objeto, en primer lugar (apartado 7.2), el establecimiento de unas pautas básicas sobre las operaciones de mantenimiento que deben realizarse una vez puesta en servicio la tubería, durante su vida útil. Como inevitablemente la tubería irá deteriorándose con el paso del tiempo, son necesarias operaciones de reparación o rehabilitación de la misma cada cierto número de años. Para ello, en el apartado 7.3 se analizan los posibles procedimientos para reparar o rehabilitar la tubería conforme vaya perdiendo sus propiedades, como técnica alternativa o complementaria a la sustitución de la misma.

7.1 Introducción Con el paso del tiempo, las redes de tuberías van paulatinamente deteriorándose, lo que hace necesario establecer una estrategia para el mantenimiento y rehabilitación de las mismas que contrarrestre dicho envejecimiento. Entre los deterioros más habituales en las tuberías para el transporte de agua a presión pueden citarse los siguientes: – Incrustaciones. Especialmente en tuberías metálicas sin revestir, en las que se forman acumulaciones de óxido de hierro. También en cualquier tipo de tubo si el agua transportada tiene una dureza elevada – Perforaciones debidas a fenómenos de corrosión – Pérdida generalizada de la resistencia mecánica de la tubería – Pérdidas de las condiciones de asentamiento de la tubería – Deterioro de las uniones – Penetración de raíces en el interior de los tubos Todo lo anterior hace que con el tiempo la calidad del servicio prestado por la red de tuberías vaya menguando, apareciendo efectos indeseados en las redes, tales como por ejem-

381

plo, roturas en las uniones o en las propias tuberías (con la consiguiente aparición de fugas de agua), disminución de la capacidad hidráulica de los tubos o de la calidad del agua transportada, filtraciones al interior de la tubería desde el terreno, etc.

La teoría económica clásica establece que los llamados activos fijos, inmovilizados o de largo plazo (las tuberías entre ellos) se deterioran irreversible y sistemáticamente debido a tres motivos: – el uso – el paso del tiempo – la obsolescencia técnica Ese desgaste se recoge a través de las llamadas “dotaciones contables” a la amortización de la tubería.

Para cuantificar el grado de deterioro de una red de tuberías en un momento determinado algunos autores (Conroy y Hurley, 2001) introducen el concepto de nivel de servicio. Este término (el nivel de servicio) sería un indicador del estado de conservación de la tubería que se determinaría en función de distintos parámetros representativos del envejecimiento de la misma (pérdidas de presión producidas, número de roturas por kilómetro, interrupciones en el servicio, quejas de los abonados, etc.). Podrían por ejemplo, establecerse 5 niveles de servicio, de manera que el nivel 1 fuera tubería nueva, el 5 tubería fuera de servicio y los niveles 2, 3 y 4 representaran situaciones intermedias de deterioro. En cualquier caso, el mantenimiento de las tuberías hace referencia a aquellas operaciones habituales, y por tanto periódicas, que se realizan con vistas a retardar o corregir el deterioro de las redes, mientras la rehabilitación se refiere a aquellas técnicas de reacondicionamiento de tuberías que, aprovechando en lo posible la infraestructura existente, mejoran sus características mecánicas e hidráulicas retornando, en la medida de lo posible, la condición de la tubería a su estado inicial, o cuando menos mejorando su nivel de servicio. Dentro de las actividades de mantenimiento de la tubería, deben destacarse las relativas a la inspección de la misma, entendiendo por ésta las operaciones que tienen como finalidad la detección de averías en la tubería, principalmente fugas. La mayoría de las actividades de rehabilitación, de lo dicho en el apartado 3.1, se desprende que no deberían ser necesarias hasta superada la vida útil de la tubería.

7.2 Mantenimiento de la tubería Las operaciones de mantenimiento hacen referencia, como se ha indicado a las tareas habituales y periódicas que se realizan durante la vida útil de la tubería al objeto de man-

382

tener su nivel de servicio y retrasar su deterioro. Son, básicamente, la inspección, la limpieza y las reparaciones puntuales de averías.

7.2.1 Inspección de la tubería La primera operación de mantenimiento de una tubería sería la inspección periódica de la misma con vistas a detectar fugas o averías. Los posibles sistemas de inspección de la tubería son, básicamente, los siguientes: – Inspección visual Es el sistema más tradicional de inspección de tuberías y puede realizarse bien directamente mediante la introducción de un técnico en el interior de la tubería (solo, evidentemente, si se trata de diámetros grandes) o, como es el caso más habitual, mediante la introducción de una cámara grabadora en la red que permita visualizar posteriormente el estado de la misma. Entre los inconvenientes del sistema pueden destacarse que la información que proporciona es algo imprecisa, así como que el coste del sistema es habitualmente mayor que los demás procedimientos descritos (habida cuenta que requiere de más mano de obra). Además, requiere que la tubería se encuentre vacía, mientras que el resto de sistemas realizan la inspección con la red en servicio. Este sistema es de aplicación en tuberías de diámetro superior a 100 mm. – Inspección acústica Las técnicas acústicas para la inspección de tuberías con vistas a la detección de fugas se basan en la detección del sonido causado por el agua al escaparse por una oquedad bajo el efecto de la presión hidráulica interior. En estas condiciones, el agua emite una señal en la frecuencia 500-800 Hz que se transmite a lo largo de la pared de la tubería y que puede ser identificada por una gran variedad de equipos (detectores acústicos o geófonos, que pueden consistir en sensores mecánicos o eléctricos, amplificadores de señales, etc.) que se disponen, habitualmente, en las válvulas, hidrantes, uniones, etc. Tradicionalmente, este sistema se había empleado únicamente en tuberías metálicas (acero y fundición), aunque en la actualidad se han desarrollado técnicas específicas para poder utilizarlo también en las de materiales plásticos, pese a que la transmisión de las señales acústicas en ambos tipos de tuberías son sustancialmente diferentes (Hunaidi et al, 1998 y 1999). – Registro de las características hidráulicas de la red Las redes de tuberías pueden también inspeccionarse con vistas a la detección de fugas mediante el registro de las principales características hidráulicas de las mismas (caudal y presión). Descensos de estas variables indicarían la existencia de fugas en la

383

red. El inconveniente de este proceder es que la información aportada es algo imprecisa en cuanto a la localización de los puntos de pérdidas. – Trazadores de gas Consiste en la introducción de determinados gases no tóxicos, insolubles en el agua y más ligeros que el aire (helio e hidrógeno habitualmente) en el interior de la tubería, los cuáles se escaparían por las posibles fugas que tenga la red y se filtrarían por el terreno hasta la superficie. Mediante gasófonos puede detectarse la presencia de esos gases en el terreno y, en consecuencia, la existencia de una fuga en la tubería en las inmediaciones. – Técnicas de rayos infrarrojos (termográficas) Una fuga en una tubería enterrada ocasiona una variación de las condiciones térmicas en el suelo adyacente a la misma, aumentando o disminuyendo su temperatura, según se trate del verano o del invierno. En cualquier caso, dichas alteraciones pueden ser detectadas por equipos infrarrojos indicando, en consecuencia, la existencia de fugas en la red. – Técnicas de ultrasonidos Se basan en la medida del tiempo que tarda en llegar una onda de sonido desde un punto hasta otro. Conocida la velocidad de transmisión en un medio determinado (aire, agua, un suelo, etc.) la existencia de una fuga implicaría la variación de dicha velocidad, lo que pude determinarse por técnicas de ultrasonidos. Estos sistemas se habían utilizado tradicionalmente en las redes de saneamiento, pero en la actualidad son también de aplicación en las de abastecimiento. Pueden detectar no solo la existencia de fugas, sino en general el estado de la tubería en un momento determinado (deformación, posible existencia de raíces en su interior, etc.). – Técnicas electromagnéticas Detectan las fugas al identificar una variación de la conductividad de los materiales mediante la emisión de ondas electromagnéticas o al constatar el vacío creado en el terreno por una pérdida continua de agua. Con estas técnicas puede también evaluarse el espesor de la pared de una tubería instalada o en general el deterioro del tubo con el paso del tiempo. – Técnicas radioactivas Mediante la emisión de rayos gamma podrían también identificarse la presencia de fugas en una red de tuberías a través, por ejemplo, de las variaciones en las propiedades de los rellenos de los tubos. Es, en cualquier caso, aún una técnica experimental. A modo de resumen de todo lo anterior, en la figura adjunta se representan los posibles sistemas de inspección de tuberías y su aptitud en función de diversos parámetros. Puede verse que mientras que con la inspección visual, la hidráulica, las técnicas acústicas y los

384

trazadores de gas solo pueden detectarse fugas, con el resto de sistemas puede evaluarse además el grado de deterioro de la tubería. También puede destacarse que todos los sistemas, excepto la inspección hidráulica, permiten localizar con mayor o menor precisión la ubicación exacta de las fugas y que, salvo la inspección visual, las demás técnicas pueden emplearse con la tubería en servicio.

Inspección visual Sistemas acústicos Inspección hidraúlica Trazadores de gas Técnicas termográficas Solo detección de fugas

Evaluación del

Ubicación

Empleo con

Empleo con

estado general

geográfica de

tubería vacía

tubería en

de la tubería

las fugas

Ultrasonidos Técnicas electromagnéticas

servicio

Fig. 98. Características de los principales sistemas de inspección de redes

7.2.2 Limpieza de la tubería Las operaciones principales de mantenimiento periódico de las redes de tuberías hacen referencia sobre todo a la limpieza de las mismas, la cual puede realizarse básicamente por alguna de las siguientes técnicas: – – – – – –

Limpieza Limpieza Limpieza Limpieza Limpieza Limpieza

con productos químicos por rascadores mecánicos a tracción por rascadores mecánicos impulsados por agua por rascadores mecánicos de varillas por agua a presión por agua y aire comprimido

La frecuencia de estas tareas de mantenimiento se recomienda sea de una vez al año. En el capítulo 2 del manual M28 de AWWA se dan unos criterios prácticos sobre los principales sistemas de limpieza de redes. 7.2.3

Reparaciones puntuales

Estas operaciones hacen referencia a aquellas tareas dentro del mantenimiento de la tubería encaminadas a reparar las pequeñas fugas o averías que vayan apareciendo durante la vida útil de la misma. Son muchos los posibles sistemas de reparaciones puntuales de averías. Entre los más habituales pueden destacarse los siguientes: a) Sistemas robotizados multifunción

385

Se trata de robots de reparación autotractores controlados desde un pupitre de mando con la ayuda de una cámara de televisión y de un monitor que les permite realizar trabajos variados y de gran precisión, como por ejemplo, eliminación de raíces o salientes (mediante fresado), eliminación de fisuras (mediante inyección de resinas) o, en general, cualquier tipo de reparaciones, tales como roturas o reventamientos (mediante colocación de placas de acero inoxidable, por ejemplo). b) Rehabilitación de uniones mediante bandas de estanquidad y anillos extensibles Es un sistema de reparación específico de las uniones que consiste en la fijación en el interior de la unión defectuosa de una banda de elastómero que se fija a la canalización mediante dos anillos extensibles de acero inoxidable. En el capítulo 4 del manual M28 de AWWA se dan unas pautas prácticas para la aplicación de esta técnica. c) Reparación puntual por encamisado Consiste en colocar un manguito de PE, PRFV o acero inoxidable encapsulado en el interior de una plancha de goma celular impregnada en resina de poliuretano en el interior de la tubería, justo en la zona a reparar. El manguito se introduce por control remoto, comprimido y enrollado en una junta de espuma, de forma que al llegar a la zona a reparar se reconforma de nuevo presionándolo contra las paredes interiores del tubo a reparar. Los posibles huecos que queden entre el tubo original y el manguito de acero se rellenan posteriormente mediante inyección de resinas. El sistema es de aplicación a tubos de diámetro comprendido entre 150 y 1.000 mm y longitudes de reparación inferiores a 1.000-1.500 metros. d) Rehabilitación por inyección de resinas Consiste en consolidar el terreno adyacente a la localización de la avería mediante la inyección, por el exterior de la tubería, de algún producto químico (por ejemplo algún gel prepolímero de baja viscosidad) de manera que el terreno circundante forme una masa compacta flexible que cierre la filtración. Es de especial aplicación al caso de que la fuga se produzca en una unión y la efectividad del sistema depende de muchos factores: época de aplicación (verano, invierno), naturaleza del terreno (gravas, arcillas), condiciones del producto a aplicar (catalizadores, acelerantes, etc.). Este sistema, no obstante, es de muy escasa aplicación práctica en las redes de abastecimiento. 7.3 Rehabilitación de la tubería Como ya se ha indicado, la rehabilitación de la tubería se refiere a aquellas técnicas de reacondicionamiento que, aprovechando en lo posible la infraestructura existente, mejoran sus características mecánicas e hidráulicas retornando, en la medida de lo posible, la condición de la tubería a su estado inicial, o cuando menos mejorando su nivel de servi-

386

cio. Cabe distinguir entre rehabilitación global o parcial según la actuación abarque toda la red o se trate simplemente de acciones puntuales de mejora (serían simples reparaciones en este caso). La rehabilitación global, a su vez, puede ser no estructural, cuando no se mejora la resistencia mecánica de la conducción (la estructura de la canalización se encuentra en buen estado, pero existen problemas derivados de incrustaciones, corrosión interna, etc.) o estructural, en el caso de que se haya perdido total o parcialmente la capacidad mecánica de la conducción y sea preciso reforzarla. El primer caso (rehabilitación global no estructural) se refiere básicamente a la aplicación de revestimientos en el interior de la tubería y dentro del segundo (rehabilitación global estructural) hay una amplia gama de posibles actuaciones, destacándose el entubado interior mediante tubo de polietileno. En cualquier caso (rehabilitación global o parcial), y previo al comienzo de las operaciones de rehabilitación en sí mismas, deben ejecutarse una serie de catas desde las que poder acometer al interior de la tubería para realizar los necesarios trabajos de rehabilitación. Igualmente, antes del comienzo de los trabajos, debe procederse a una cuidadosa limpieza de la tubería por alguno de los procedimientos indicados en el apartado 7.2, y una vez finalizados los mismos, y previo a su puesta de nuevo en servicio, debe procederse a una desinfección, conforme a lo indicado en el apartado 5.9. 7.3.1 Rehabilitación global no estructural Las técnicas más habituales de rehabilitación global no estructural consisten en revestir interiormente la tubería sin apertura de zanja mediante alguno de los siguientes procedimientos. En todos ellos, se recomienda que los materiales sean conforme a lo especificado en el apartado 3.2.6 o en el 3.3.6. Caso de que la tubería esté destinada al transporte de agua potable, será de aplicación la vigente RTSAP. a) Revestimiento interno con mortero de cemento Consiste en la proyección por técnicas mecánicas de un mortero de cemento en el interior de la tubería a rehabilitar. Inicialmente esta técnica solo era de aplicación por centrifugado en tuberías de grandes diámetros, pero en la actualidad hay equipos que permiten aplicaciones por proyección también en diámetros pequeños. El resultado final es parecido a las tuberías de fundición nuevas cuando van provistas con este tipo de revestimiento. Unas pautas para la instalación de este tipo de revestimiento pueden ser las que se indican en el capítulo 3 del manual AWWA M28 y en la norma AWWA C-602-89.

387

b) Revestimiento interno con resinas epoxy Es una técnica moderna inspirada en el Reino Unido a finales de los años 70 para la rehabilitación de tuberías sin apertura de zanja. Al igual que en el caso anterior, unas pautas para la instalación de este tipo de revestimiento pueden ser las que se indican en el capítulo 3 del manual AWWA M28. c) Otros tipos de revestimientos Además de los anteriores, podrían emplearse otros tipos de materiales para revestir tuberías in situ, como el poliuretano, por ejemplo, si bien hay menos experiencias que en los casos anteriores. Los revestimientos interiores de poliuretano son muy utilizados en países como Estados Unidos, Australia o el Reino Unido, si bien en el resto de Europa no son de empleo frecuente, ya que, en el caso del agua potable, no cumple con todas las Directivas de la UE al respecto. 7.3.2 Rehabilitación global estructural Las técnicas más habituales de rehabilitación global estructural son las que se describen a continuación. Para la aplicación de estos sistemas puede seguirse lo especificado por la norma ISO/TR 11295:1992 o por los proyectos prEN 13689:1999 ó prEN 14409-1:2000. También puede ser de interés las recomendaciones que figuran en el capítulo 3 del manual AWWA M28. a) Proyección simple estructural Consiste en proyectar, en el interior del tubo a rehabilitar, un mortero de cemento sobre una armadura de acero, lo que al final supone revestir interiormente la canalización existente con un tubo de hormigón armado. Solo es de aplicación en tuberías de gran diámetro y deberá cumplirse lo indicado en el capítulo 3.4 para los materiales. b) Rehabilitación mediante perfiles de PVC-U Consiste en la introducción en el tubo a rehabilitar, mediante una máquina de enrollado en espiral, de una banda nervada de plástico extruido (PVC-U), de manera que tras su aplicación el tubo original queda revestido interiormente por el PVC introducido. El sistema es de aplicación en el rango de diámetros 200 a 1.000 mm. Para la aplicación de este sistema para seguirse lo especificado al respecto por la norma ASTM F1697-96. Una variante del sistema sería que, durante el proceso, la máquina de enrollado introduzca una resina en la zona de unión de la banda que actúa como lubricante y poste-

388

riormente confiere estanquidad al conjunto. Para la aplicación de este sistema para seguirse lo especificado al respecto por la norma ASTM F 1698-96. Este sistema es de muy rara aplicación a las tuberías para el transporte de agua

a presión, siendo más usual en el ámbito de las redes de saneamiento (tuberías en lámina libre).

c) Entubado de la canalización actual Consiste en la introducción en el interior de la tubería a rehabilitar de un tubo continuo de menor diámetro. Este entubado (que habitualmente es en una tubería de PE, si bien hay más materiales posibles, como el PP, por ejemplo) se introduce mediante un cable de tracción, para lo que es necesario realizar una calicata de entrada y otra de salida. Opcionalmente, puede quedar o no un espacio anular entre el tubo nuevo y el antiguo, debiendo rellenarse, en su caso, de mortero de cemento y bentonita. Caso de quedar espacio anular entre el tubo nuevo y el antiguo se denomina al sistema entubado simple mientras que si no queda espacio entre ambos se conoce como entubado ceñido (close fit). Para este último puede ser de aplicación lo especificado en el proyecto de norma prEN 14409-3:2000. En el sistema de entubado ceñido hay que reducir previamente la sección del tubo nuevo a fin de que pueda deslizar por el interior del antiguo. Esta reducción puede hacerse bien in situ mediante un cabezal adecuado que reducirá la sección manteniendo la forma circular, o bien predeformando el tubo en fábrica hasta dejarlo en forma de U, C ó W. En ambos casos, una vez instalado se le hará recuperar su sección original que quedará ajustada a la superficie del tubo a rehabilitar. Estos sistemas son de aplicación para la rehabilitación de tuberías de hasta 1.200 mm de diámetro interior. Esta técnica fue inicialmente concebida en los primeros años de la decada de los 80 para tuberías de saneamiento, si bien en la actualidad se ha extendido el procedimiento también a las redes de abastecimiento. d) Encamisado El encamisado (cured implaced) es un técnica que consiste en introducir en la conducción a rehabilitar una manga flexible y estanca impregnada en resina. Mediante presión se mantienen en contacto la camisa y el tubo antiguo, al tiempo que se provoca la polimerización de la resina. Con ello se logra crear un nuevo tubo adaptado al interior del antiguo. Esta técnica es de aplicación para la renovación de tuberías de todo tipo de diámetros (hasta aproximadamente 2.800 mm).

389

e) Reventamiento El reventamiento (bursting) es un método de reposición de tuberías sin apertura de zanjas. Consiste en romper el conducto a sustituir mediante un cono rompedor arrastrado por una serie de barras, previamente introducidas longitudinalmente en el mismo, y movidas a su vez por un grupo hidráulico que está accionado por un motor. Este cono empotra en el terreno los trozos rotos del tubo antiguo y arrastra a la vez un nuevo tubo de igual o mayor diámetro que el antiguo y que ocupará su espacio. El material de dicho tubo nuevo suele ser PE, si bien hay otras posibilidades, como, por ejemplo, la fundición. El sistema es de aplicación para todo tipo de materiales y diámetros (hasta 1.200 mm). En el capítulo 5 del manual M28 de AWWA se dan unas recomendaciones prácticas para la aplicación de esta técnica.

7.3.3 Rehabilitación parcial La rehabilitación parcial de una tubería hace referencia a una actuación que mejora las características mecánicas o hidráulicas de la conducción, pero no actúa en toda la tubería, sino que solo lo hace de forma parcial, local. Un proyecto de rehabilitación parcial de la tubería comprende muchas reparaciones puntuales de las indicadas en el apartado 7.2.3, por lo que los procedimientos posibles para las mismas son los descritos en el referido apartado.

7.4 Análisis de riesgos de averías. Frecuencia óptima de las operaciones de rehabilitación En los apartados anteriores se han descrito las operaciones más habituales de mantenimiento, y rehabilitación de las redes de tuberías. Frente a las operaciones de mantenimiento, de periodicidad frecuente, las de rehabilitación, por lo costoso de las mismas, únicamente se realizan en determinados momentos de la vida útil de la tubería Surge así la necesidad de determinar la frecuencia óptima para la realización de estas operaciones de rehabilitación, para lo que se han propuesto en los últimos años distintas metodologías al respecto. Todas ellas, en cualquier caso, se basan en el hecho cierto de que a medida que pasan los años, el deterioro de la tubería es creciente, llegando un momento en que los costes de reparación de las averías que aparecen superan los costes derivados de la posible rehabilitación de la red, siendo, por tanto, la fijación del intervalo de tiempo entre estas operaciones de rehabilitación un ejercicio de optimización o minimización de costes. En los apartados siguientes se describen algunas de las metodologías propuestas en los últimos años para ello.

390

7.4.1 Deterioro de las redes. Riesgos de averías y pérdida de nivel de servicio Todos las posibles metodologías para la optimización de los intervalos de tiempo entre operaciones de inspección y/o rehabilitación se basan en determinar previamente el deterioro esperado de la tubería con el paso del tiempo (habitualmente en términos de riesgo de sufrir roturas) y los costes derivados de dicho deterioro. Así, en el caso habitual de evaluar el deterioro de una red mediante las roturas esperadas en la misma, en primer lugar, es preciso establecer la curva que relaciona la probabilidad de sufrir averías en función de la antigüedad de la red, cuestión ésta que dependerá del tipo de material de la red, del diámetro, de la longitud, etc. A título orientativo, unos valores habituales de roturas o averías en redes de tuberías pueden oscilar entre 0,10 y 1,00 roturas por kilómetro de red y por año. De hecho, en España, es generalmente aceptado por las entidades de abastecimiento que el número de roturas debería ser como máximo de 0,4 por km de red y año (MIMAM, 2000). En otros países, por ejemplo, en valor medio, en Alemania el número medio de roturas en las redes de abastecimiento es de 0,18/km/año (Eiswirth y Burn, 2001), en Australia de 0,35/km/año (Water Services Association of Australia, 1998), en el Reino Unido de 0,22/km/año (Water Research Centre, 1994) o en Estados Unidos 0,35/km/año (Zhao, 2000). También a modo de ejemplo, un estudio desarrollado en Japón tras el terremoto de Miyagi-Ken-Oki (Susuki, 1979) determinaba una tasa de averías entre 0,04 y 1,24 roturas/km de red según materiales. U otros especialistas (Kagami, 1997) establecen como valores medios de las roturas esperadas en las redes de abastecimiento de agua de Japón el valor de 0,153 roturas/km de red.

Los costes anuales derivados de estas roturas esperadas serían la probabilidad de la rotura multiplicada por el coste unitario de cada rotura, en el cual habría que incluir los costes de reparación de la propia rotura, los daños causados por la fuga producida, los costes indirectos en los que se incurra y los posibles costes sociales derivados del mal servicio ocasionado, si es que es posible cuantificar monetariamente éstos últimos (ver Ejemplo 48). Evidentemente, en el caso de redes de abastecimiento urbano estos costes unitarios de rotura serán superiores al caso de redes de regadío, por ejemplo. El deterioro de las redes, no obstante, podría medirse de una forma más elaborada no solo en función del número de roturas esperadas, sino en términos de pérdida de nivel de servicio, conforme a lo especificado anteriormente (ver Ejemplo 49). Los costes anuales derivados del deterioro de la red serían, en este caso, la probabilidad de encontrarse en un determinado nivel de servicio multiplicados por los costes unitarios en los que se incurriría en cada uno de los niveles.

391

En cualquier caso, la evaluación del deterioro con el paso del tiempo de las infraestructuras públicas en general (y las redes de tuberías en particular dentro de ellas), bien sea en términos de roturas o fallos esperados o de pérdida de nivel de servicio, es una tarea evidentemente muy compleja que en la actualidad tiende a realizarse mediante procedimientos de cadenas de Markov (Guigner, 1999; Zoubir et al, 1998; Kleiner, 2001, etc).

Ejemplo 48

Una cadena de Markov es un proceso estocástico que comprende una serie de sucesos probabilísticos, en el cual la probabilidad de ocurrencia de cada uno es independiente de los anteriores, excepto del inmediatamente precedente.

Estas curvas de la Fig. 99 aplicadas a una red determinada querrían decir que (figura de la izquierda), por ejemplo, a los 20 años de su instalación son de esperar unas tasas de averías de 0,35 roturas por km de red y por año y a los 50 años de vida de 0,75 roturas/km/año.

Roturas esperadas/km/año

Los costes derivados de dichas roturas (incluyendo la reparación en sí misma y las afecciones derivadas de ella) serían de (figura de la derecha) 1.000 €/año y 2.250 €/año a los 20 y 50 años respectivamente. 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 0

10

20

30

40

50

30 30

40 40

50 50

3.000 1,0

Roturas esperadas/km/año

Costes de roturas(€/año)

Años

2.500

0,8 2.000 1.500 0,5 1.000

0,3 500 0 0,0 0 0

10 10

20 20

Año Años

Fig. 99. Roturas esperadas en una red y costes derivados de las mismas

6.000

392 (Ä/año)

5.000 4.000

C (aR)

Ejemplo 49

Supuestos 5 posibles niveles de servicio, en la figura adjunta se representa la probabilidad de encontrarse en uno de ellos a lo largo del tiempo, de manera que, por ejemplo, a los 20 años la probabilidad de encontrarse en nivel de servicio 1 es del 23%, del 47% en nivel 2 y 30% en nivel 3 (Kleiner, 2001). 1,00 0,90 0,80

Probabilidad

0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nivel 1 / Nivel 2

Nivel 2 / Nivel 3

Nivel 3 / Nivel 4

Nivel 4 / Nivel 5

45

50

Años

Fig. 100. Evolución con el tiempo del nivel de servicio en una red

7.4.2 Frecuencia óptima para la inspección y la rehabilitación de las tuberías 6.000

Costes anual (€/año)

Tal como se ha indicado en varias partes de este apartado, para determinar la frecuencia con la que realizar5.000 las tareas de rehabilitación de las tuberías en servicio, desde una óptica puramente económica, los respectivos organismos responsables de las conducciones 4.000 C (aR) deberían evaluar los costes derivados de las averías esperadas y contrastarlos con los de la rehabilitación de la red para así determinar la frecuencia que optimiza la operación. C (aLDR) 3.000 C (aRP) En los últimos años se han propuesto numerosos procedimientos para determinar dicha 2.000 frecuencia óptima de las tareas de inspección y rehabilitación de tuberías, si bien no hay 1.000 ningún procedimiento recogido como de aplicación recomendada en las ReglamentacioAños nes al respecto. 0 0

20

40

60

80

100

Todos ellos se basan, en cualquier caso, en el hecho de que a medida que pasan los años, el deterioro de la tubería es creciente, llegando un momento en que los costes de reparación de las averías que aparecen superan los costes derivados de una posible rehabilitación.

393

Ejemplo 50

Miguel Andrés (Aguas de Valencia) y Francisco Planells (Ayuntamiento de Valencia) propusieron en 1992 una metodología encaminada a determinar el momento óptimo para realizar tanto un programa de inspección y reparación de fugas, como otro de rehabilitación de la red (Universidad Internacional Menéndez Pelayo, 1992). Muy resumidamente, el procedimiento consistía en estimar las curvas de costes esperados por los fallos en la situación de no acometer ningún plan de renovación de la red (CaR), la de costes esperados en la hipótesis de acometer un plan de inspección y posterior reparación de las fugas detectadas (CaLDR) y la de costes esperados en la hipótesis de rehabilitar la tubería (CaRP), de manera que los puntos en los que dichas curvas se cortaban correspondían a los periodos óptimos de inspección o rehabilitación de las redes. En la formulación originariamente propuesta, los conceptos incluidos en cada hipótesis eran los siguientes: C(aR)

Costes de reparación de las fugas ocurridas, incluyendo el coste específico de la reparación y el debido al agua perdida.

C(aLDR) Coste de la inspección de la red: Costes de reparación de las fugas ocurridas, incluyendo el coste específico de la reparación y el debido al agua perdida. En este caso, las fugas acaecidas serán menos que en el caso anterior, ya que se ha llevado a cabo un programa de inspección y reparación de fugas. C(aRP)

Coste de la inspección y de la rehabilitación de la red: Costes de reparación de las fugas ocurridas, incluyendo el coste específico de la reparación y el debido al agua perdida. En este caso, las fugas acaecidas serán menos que en los casos anteriores, ya que se ha llevado a cabo un programa de rehabilitación de la tubería y de inspección y reparación de fugas.

En el sencillo ejemplo mostrado en la Fig 101, puede verse como las averías esperadas a los 30 años de vida útil de la tubería supondrían unos costes de 3.500 €/año en la hipótesis de no realizar ningún plan de inspección y reparación de fugas, mientras que si se hiciera un programa de estas características, los daños esperados serían de 3.000 €/año. Con ello, el momento óptimo para la realización de un programa de inspección y reparación de fugas sería a los 20 años, y para la rehabilitación de la tubería a los 60 años.

394

Ejemplo 50 (Cont.)

Costes anual (€/año)

6.000 5.000 4.000

C (aR)

3.000

C (aLDR) C (aRP)

2.000 1.000

Años 0 20

0

40

60

80

100

Costes por roturas €/año

400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 0

20

40 60 Años

80

100

Costes por roturas capitalizado al año 0 €/año

En este otro ejemplo quiere mostrarse una nueva propuesta (Kleiner, 2001), basada en una metodología similar a la del Ejemplo 50, para la determinación de la frecuencia óptima de un programa de rehabilitación e inspección de una red.

Costes de rehabilitación capitalizado al año 0 €/año

Costes de rehabilitación e inspección €/año

4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 0

20

40 60 Años

0

20

40 60 Años

80

100

6.000

25.000 22.500 20.000 17.500 15.000 12.500

5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0

10.000 0

20

40 60 Años

80

100

80

100

Fig. 102. Optimización costes programa de rehabilitación

6.000 5.000

spección €/año

tes de rehabilitación e

Ejemplo 51

Fig. 101. Evolución de los costes anuales según el programa considerado

395

4.000 Costes por roturas 3.000 Costes totales

40 60 Años

80

Costes por roturas €/año

350.000 6.000 300.000 250.000 5.000

inspección €/año

200.000 4.000 150.000 100.000 3.000 50.000 0 2.000 0

20

1.000

40 60 Años

80

0

100

100

20

40 60 Años

80

100

4.000

Costes por roturas capitalizado al año 0 €/año

20

400.000

Costes de rehabilitación e

Ejemplo 51 (Cont.)

0

3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 Costes por roturas

1.000 500

Costes totales

0 0

20

Costes de rehabilitación 40 60 80 100 Años

0 Costes de rehabilitación e inspección €/año Costes totales actualizados año 0 €/año

20

0

25.000

40

60

80 6.000 100 Costes de rehabilitación capitalizado al año 0 €/año

Años

22.500 7.500 20.000

5.000 4.000

Fig. 102 (Cont.). Optimización costes3.000 programa de rehabilitación

17.500

15.000 5.000

Costes averías regadíos

2.000

Costes averías abastecimientos Simplificadamente consiste en calcular los 1.000 costes derivados de los fallos espe12.500 Costes totales abastecimiento rados en la red con el tiempo y los costes derivados de un programa de reha0 10.000 Coste de la rehabilitación bilitación e 0inspección, actualizando, con una adecuada tasa de descuento, 2.500 0 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 Costes totales regadíos Años ambos costes al año actual. Los primeros serán crecientesAños con el tiempo y los segundos decrecientes, de manera que la suma de ambos dará, en un año 0 determinado, un valor del coste mínimo, siendo Años ese momento el óptimo para 0 20 40 60 80 100 la realización del programa de rehabilitación y de inspección de la red.

inspección €/año

Costes de rehabilitación e

6.000 En el ejemplo mostrado en la Fig 102 puede verse que el momento óptimo para proceder a la rehabilitación de la tubería sería aproximadamente a los 5.000 65 años. 4.000

roturas Con este modelo puede apreciarse fácilmente (ver Fig Costes 103)porcomo si las rotu3.000 Costes totales ras producidas en la red suponen unos costes de reparación muy elevados 2.000 de rehabilitación (redes urbanas, por ejemplo), el momento óptimo para Costes la rehabilitación de la misma 1.000 se adelantaría a si los costes derivados de las roturas son bajos (redes de riego), ya que los costes de la rehabilitación son prácticamente insensibles 0 a esta circunstancia. 0 20 40 60 80 100

Costes totales actualizados año 0 €/año

Años 7.500

Costes averías regadíos 5.000

Costes averías abastecimientos Costes totales abastecimiento Coste de la rehabilitación

2.500 Costes totales regadíos

0 0

20

40

60

80

100

Años

Fig. 103. Incidencia de la severidad de los fallos en los periodos óptimos de rehabilitación

396

Abreviaturas y acrónimos

ACHE ACPA AEAS AENOR AFNOR AFTHAP ANAIP ANSI API ASCE ASETUB ASME ASTM ATHA ATV AWWA BOE BSI CEDEX CEI CEN CEOCOR CETC CH CIPC CTC

Asociación Científico Técnica del Hormigón Estructural. American Concrete Pipe Association. Asociación Española de Abastecimientos de Agua y Saneamiento. Asociación Española de Normalización y Certificación. Association Francaise de Normalisation. Asociación de Fabricantes de Tuberías de Hormigón Armado y Pretensado Confederación Española de Empresarios de Plásticos. American National Standards Institute. American Petroleum Institute. American Society of Civil Engineers. Asociación Española de Fabricantes de Tubos y Accesorios Plásticos. American Society of Mechanical Engineers. American Society for Testing and Materials. Asociación de Fabricantes de Tubos de Hormigón Armado. Asociación Técnica para el Saneamiento de Alemania (Abwasser Teschnische Verein). American Water Works Association. Boletín Oficial del Estado. British Standard Institution. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas. Comisión Electrotécnica Internacional. Comité Europeo de Normalización. Comité Europeo de estudio de la corrosión y protección de las canalizaciones. Comité Eureopeo de la Calderería. Confederación Hidrográfica. Comisión Interministerial para los Productos de la Construcción. Comité Técnico de Certificación (de AENOR).

397

CTN

Comité Técnico de Normalización (de AENOR).

CYII

Canal de Isabel II.

DIN

Deutsches Insitutu für Normung.

DITE

Documento de Idoneidad Técnico Europeo.

DO

Dirección de Obra.

DOCE

Diario Oficial de las Comunidades Europeas.

DP

Presión de diseño (Design Pressure).

EFTA

Asociación Europea de Libre Comercio.

EHE

Instrucción para el Proyecto y la Ejecución de Obras de Hormigón Estructural.

EN

Norma Europea.

ENAC

Entidad Nacional de Acreditación.

GEHO

Grupo Español del Hormigón.

HB

Dureza Brinell (Hardness Brinell).

ID

Diámetro interior (Internal Diameter).

IECA

Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones.

IET-80

Instrucción del Instituto Eduardo Torroja para Tubos de Hormigón Armado o Pretensado. 1980.

IETCC

Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento.

IFM

Índice de Fluidez en Masa.

IRYDA

Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario.

ISO

International Organization for Standardization.

LCL

Límite inferior de confianza (Lower Confidence Limit).

MDP

Presión máxima de diseño (Maximun Design Pressure).

MF

Ministerio de Fomento.

MIMAM

Ministerio de Medio Ambiente.

MKS

Sistema Metro Kilopondio Segundo.

MOP

Ministerio de Obras Públicas.

MOPT

Ministerio de Obras Públicas y Transportes.

MOPTMA

Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente.

MOPU

Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo.

MRS

Tensión mínima requerida (Minimum Requiered Strenght).

NACE

National Association of Corrosion Engineers.

NBE-MV

Norma Básica de la Edificación del Ministerio de la Vivienda.

NF

Norma Francesa (elaborada por AFNOR).

OD

Diámetro exterior (Outside Diameter).

OM

Orden Ministerial .

398

OP

Presión de funcionamiento (Operating Pressure).

PB

Polibutileno

PE

Polietileno

PEA

Presión de prueba en obra admisible (Presion d´Epreuve Admisible)

PEAD

Polietileno de Alta Densidad

PEBD

Polietileno de Baja Densidad

PEMD

Polietileno de Media Densidad

PE-X

Polietileno reticulado

PFA

Presión de funcionamiento admisible (Presion de Fonctionnement Admisible)

PMA

Presión máxima admisible (Presion Maximale Admisible)

PN

Presión Nominal

PP

Polipropileno

PPTG

Pliego de Prescripciones Técnicas Generales

prEN

Proyecto de Norma Europea

PRFV

Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio

PSAK

Fórmula de Prabhata K. Swamee y Akalank K. Jain

PVC-C

Ploi(cloruro de Vinilo) Clorado

PVC-O

Poli(cloruro de Vinilo) Orientado Molecularmente

PVC-U

Poli (cloruro de Vinilo) no Plastificado.

RC

Instrucción para la Recepción de Cementos.

RD

Real Decreto.

RGCPDW

Regulators Group for Construction Products in Contact with Drinking Water.

RL

Pliego General de Condiciones para la Recepción de Ladrillos.

RTSAP

Reglamentación Técnico Sanitaria para Aguas Potables.

SDR

Relación de dimensiones estandar (Standard Dimension Ratio).

SI

Sistema Internacional de unidades de medida.

SN

Rigidez nominal (Nominal Stifness).

SP

Presión de servicio (Service Pressure).

SSPC

Steel Structures Painting Council.

STP

Presión de prueba de la red (System Test Pressure).

TC

Comité Técnico (de CEN).

THAcCCh

Tubo de Hormigón Armado con Camisa de Chapa.

THAcCChP

Tubo de Hormigón Armado con Camisa de Chapa Pretensionado.

THAsCCh

Tubo de Hormigón Armado sin Camisa de Chapa.

THD

Tubo de Hormigón armado con armadura Difusa.

399

THPcCCh THPM THPsCCh UE UNE UNE-EN UNI VGI WRc

400

Tubo de Hormigón Pretensado con Camisa de Chapa. Tubo de Hormigón Pretensado Monolítico. Tubo de Hormigón Pretensado sin Camisa de Chapa. Unión Europea. Una Norma Española. Norma UNE, transposición de norma EN. Ente Nazionale Italiano di Unificazione. Verdadero Grado de Impacto. Water Research Centre.

Simbología

a

Celeridad de una onda de presión

b

Ancho de la zanja de una tubería enterrada (en la base)

d

Deformación producida en una tubería por la acción de las cargas verticales

e

Espesor nominal de la pared de un tubo

er

Espesor de la parte estructural de un tubo de PRFV

erv

Espesor del revestimiento de una tubería

f

Coeficiente de pérdida de carga por unidad de longitud

fct

Resistencia a tracción del hormigón

ff

Factor de flotación

fmax

Carga unitaria máxima a tracción del alambre de pretensado

g

Aceleración de la gravedad

h

Cota geométrica

k

Rugosidad absoluta de una tubería

kl

Coeficiente de pérdida de carga localizada

kt

Rugosidad absoluta de una tubería a los t años

mv

Factor de concentración de la presión vertical

mh

Factor de concentración de la presión horizontal

n

Coeficiente de rugosidad de Manning de una tubería

qe

Acciones verticales totales que actúan sobre una tubería enterrada

qh

Empuje lateral que actúa sobre una tubería enterrada

rm

Radio medio teórico de una tubería

t

Tiempo

v

Velocidad

401

A

Área interior de una tubería

Amin

Alargamiento mínimo en la rotura

C

Coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams

Cz

Coeficiente reductor de las cargas verticales actuantes en una tubería enterrada

Dm

Diámetro medio teórico

Dmax

Diámetro máximo exterior

Dmin

Diámetro mínimo exterior

E

Módulo de elasticidad del material constitutivo de una tubería

E´

Módulo de reacción del relleno de una zanja

Eb

Empuje que una tubería a presión ejerce en un quiebro

Es

Módulo de elasticiadad del suelo natural

Et

Módulo de elasticidad del material constitutivo de una tubería a los t años

Ew

Módulo de compresibilidad del agua

Fc

Factor de corrección por la temperatura en los materiales termoplásticos

H

Altura de enterramiento de una tubería instalada en zanja

Hw

Nivel freático sobre la clave de una tubería enterrada

I

Momento de inercia de la pared de la tubería

If

Factor de impacto de las cargas puntuales (Impact Factor)

J

Pérdida de carga

K

Clase de espesor (en los tubos de fundición)

Ka

Factor de apoyo de una tubería

Kv

Coeficiente de caudal

K2

Coeficiente de empuje lateral de las tierras del relleno

L

Longitud

Le, min

Límite elástico mínimo

P

Presión hidráulica interior positiva

Pap fis

Presión de aparición de fisuras (en los tubos de hormigón)

Pfis

Presión de fisuración (en los tubos de hormigón)

Pcrit

Carga crítica de pandeo

Pn

Presión normalizada (Pliego MOPU 74)

Pp

Presión hidráulica interior de prueba en fábrica de un tubo

Pr

Presión hidráulica interior de rotura

Prd

Carga vertical por rueda

402

Pt P

Presión máxima de trabajo (Pliego MOPU 74) timbre

Pesión de timbre

PV

Presión hidráulica interior negativa

Q

Caudal

R

Radio de curvatura

Re

Número de Reynolds

Rm

Resistencia mínima a la tracción

S

Serie (tubos de materiales termoplásticos)

Sa

Grado de preparación de una superficie

Sc

Rigidez circunferencial específica

Sr

Rigidez relativa entre la tubería y el relleno, en instalaciones enterradas

Ss

Factor combinado de soporte del suelo, en tubos de PRFV

Ssh

Rigidez horizontal del relleno hasta la clave del tubo

St

Rigidez circunferencial específica a los t años

S0

Rigidez circunferencial específica a corto plazo

S50

Rigidez circunferencial específica a los 50 años

T

Tiempo de cierre de una válvula

V

Volumen

W

Cargas verticales en una tubería enterrada

We

Cargas verticales en una tubería enterrada debidas al peso de las tierras

Wp

Cargas verticales en una tubería enterrada debidas al peso propio

Wr

Carga vertical de rotura en una tubería enterrada

Wt

Cargas verticales en una tubería enterrada debidas al tráfico

Ww

Cargas verticales en una tubería enterrada debidas al nivel freático

α

Ángulo de apoyo de una tubería (2α)

∆H

Pérdida de carga en una tubería

∆Hc

Pérdida de carga continua en una tubería

∆Hl

Pérdida de carga localizada en una tubería

∆p

Caída de presión admisible en la prueba de la tubería instalada

∆P

Sobrepresión debida al golpe de ariete

∆Vmax

Pérdida de volumen admisible en la prueba de la tubería instalada

403

εb εpr δ γ ϕ θ σadm σe σS σr, 0 σr, 50 ν νc νs

404

Alargamiento unitario debido a la acción de las cargas externas (en los tubos de PRFV) Alargamiento unitario debido a la acción de las cargas internas (en los tubos de PRFV) Deformación vertical de una tubería (en %) Densidad Ángulo de rozamiento interno del relleno Ángulo en un macizo de anclaje Tensión admisible a tracción del material de la tubería Esfuerzo tangencial de ensayo de presión hidráulica interior (en tubos de materiales termoplásticos) Tensión máxima de diseño (en tubos de materiales termoplásticos) Resistencia a la tracción circunferencial de la parte estructural de un tubo de PRFV a corto plazo Resistencia a la tracción circunferencial de la parte estructural de un tubo de PRFV a los 50 años Coeficiente de Poisson del material de la tubería Viscosidad cinemática Coeficiente de Poisson del suelo

Referencias bibliográficas

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405

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412

Normativa citada en el texto

Se adjunta a continuación la relación completa de la normativa utilizada en la elaboración de esta Guía Técnica. Se trata tanto de legislación nacional (Leyes, Reales Decretos, Órdenes Ministeriales) como de la Unión Europea, así como normas elaboradas por distintos Organismos de normalización, tanto nacionales como internacionales, las cuales figuran detalladas con su descriptor completo.

Legislación nacional Ley 88/1967, de 8 de noviembre, de Pesos y Medidas (BOE de 10 de noviembre de 1967). Ley 16/1987, de 30 de julio, de Ordenación del Transporte Terrestre (BOE de 31 de julio de 1987). Ley 25/1988, de 29 de julio, de Carreteras (BOE de 30 de julio de 1988). Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria (BOE de 23 de julio de 1992). Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales (BOE nº269, de 10 de noviembre). Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación (BOE nº266, de 6 de noviembre). Ley 6/2001, de 8 de mayo, de modificación del Real Decreto Legislativo 1302/1986, de 28 de junio, de Evaluación de Impacto Ambiental (BOE nº111, de 9 de mayo).

RD 1423/1982, por el que se aprueba la Reglamentación Técnico Sanitaria para el Abastecimiento y Control de Calidad de las Aguas Potables de Consumo Público (BOE de 29 de junio). RD 1296/1986, de 28 de Junio, por el que se modifica la Ley 3/1985 de 18 de Marzo de Metrología y se establece el Centro Metrológico CEE. (BOE de 30 de Junio de 1986).

413

RD 1302/1986, de 28 de junio, sobre evaluación y obligatoriedad de estudio sobre impacto ambiental. (BOE de 30 de junio de 1986). RD 1406/1989, de 10 de noviembre, por el que se imponen limitaciones a la comercialización y al uso de ciertas sustancias y preparados peligrosos (níquel y sus compuestos) (BOE nº40, de 16 de febrero de 2000). RD 1138/1990, por el que se aprueba la Reglamentación técnico sanitaria para el abastecimiento y control de calidad de las aguas potables de consumo público (BOE de 20 de septiembre). RD 1630/1992, de 29 de diciembre, por el que se dictan disposiciones para la libre circulación de productos de construcción en aplicación de la Directiva 89/106/CEE (BOE nº 34, de 9 de febrero de 1993). RD 1078/1993, de 2 de julio, por el que se aprueba el Reglamento sobre clasificación, envasado y etiquetado de preparados peligrosos RD 363/1995, de 10 de marzo, por el que se aprueba el Reglamento sobre notificación de sustancias nuevas y clasificación, envasado y etiquetado de las sustancias peligrosas RD 2200/1995, de 28 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de la infraestructura para la calidad y la seguridad industrial (BOE nº 32, de 6 de febrero de 1996). RD 1627/1997, de 24 de octubre, por el que se establecen disposiciones minimas de seguridad y de salud en las obras de construcción (BOE nº 256, de 25 de octubre) . RD 9/2000, de 6 de octubre, de modificación del Real Decreto legislativo 1302/1986, de 28 de junio, de Evaluación de Impacto Ambiental (BOE nº 241, de 7 de octubre). RD 202/2000, de 11 de febrero, por el que se establecen las normas relativas a los manipuladores de alimentos. RD 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de calidad del agua de consumo humano.

OM del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, de 28 de julio de 1974, por la que se aprueba el “Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de abastecimiento de agua” y se crea una “Comisión Permanente de Tuberías de Abastecimiento de Agua y Saneamiento de Poblaciones” (BOE nº236, de 2 de octubre). OM del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, de 15 de septiembre de 1986, por la que se aprueba el “Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de saneamiento de poblaciones” (BOE de 23 de septiembre). OM del Ministerio de Presidencia, de 15 de diciembre de 1998, por la que se modifica el anexo I del RD 1406/1989, de 10 de noviembre, por el que se imponen limitaciones a la comercialización y al uso de ciertas sustancias y preparados peligrosos (BOE de 22 de febrero).

414

OM del Ministerio de Presidencia, de 6 de julio de 2000, por la que se modifica el anexo I del RD 1406/1989 del 10 de noviembre por el que se imponen limitaciones a la comercialización y al uso de ciertas sustancias y preparados peligrosos (BOE de 11 de julio de 2000). OM del Ministerio de Presidencia, de 7 de diciembre de 2001, por la que se modifica el anexo I del RD 1406/1989, de 10 de noviembre, por el que se imponen limitaciones a la comercialización y al uso de ciertas sustancias y preparados peligrosos. (BOE de 14 de febrero de 2001).

Legislación de la Unión Europea Directiva 79/409/CEE del Consejo, de 2 de abril, relativa a la conservación de aves silvestres. Directiva 76/769/CEE del Consejo, de 27 de julio, relativa a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros que limitan la comercialización y el uso de determinadas sustancias y preparados peligrosos (DOCE L262 del 27 de septiembre de 1976). Directiva 80/778/CEE del Consejo, de 15 de julio, relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano (DOCE L222 del 30 de agosto de 1980). Directiva 83/478/CEE del Consejo, de 19 de agosto de 1983, por la que se modifica por quinta vez la Directiva76/769/CEE relativa a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros que limitan la comercialización y el uso de determinadas sustancias y preparados peligrosos (DOCE 1983, L 263, p. 33). Directiva 89/106/CEE, de 18 de marzo, sobre los productos de construcción (DOCE L080 de 1999). Directiva 91/659/CEE de la Comisión, de 3 de diciembre, por la que se adopta por primera vez al proceso técnico el anexo I de la Directiva 76/769/CEE. Directiva 92/43/CEE del Consejo, de 21 de mayo, relativa a la conservación de los hábitats naturales y de fauna y flora silvestre. Directiva 92/57/CE del Consejo, de 24 de junio, relativa a las disposiciones mínimas de seguridad y de salud que deben aplicarse en las obras de construcción temporales o móviles. Directiva 98/83/CE, de 3 de noviembre, relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano (DOCE L330 del 5 de diciembre de 1998). Directiva 99/77/CE de la Comisión, de 26 de julio, por la que se modifica en último lugar la Directiva 76/769/CEE del Consejo que limita la comercialización y el uso de ciertas sustancias y preparados peligrosos. (DOCE L207 de 1999)

415

Normas UNE Las normas UNE (Una Norma Española) son las elaboradas por AENOR (Asociación Española de Normalización), que es el único Organismo normalizador reconocido en España para la elaboración de normas en el campo de la calidad industrial, estando avalada su experiencia por los miles de productos y empresas normalizados y certificados. Su página web es www.aenor.es. Las normas UNE utilizadas en la elaboración de esta Guía Técnica son las siguientes: 7019:1950

Determinación cuantitativa del azufre en los aceros empleados en la construcción.

7029:1951

Determinación cuantitativa del fósforo en los aceros empleados en la construcción.

7130:1958

Determinación del contenido total de substancias solubles en aguas para amasado de hormigones.

7131:1958

Determinación del contenido total de sulfatos en aguas de amasado para morteros y hormigones.

7132:1958

Determinación cualitativa de hidratos de carbono en aguas de amasado para morteros y hormigones.

7133:1958

Determinación de terrones de arcilla en áridos para la fabricación de morteros y hormigones.

7134:1958

Determinación de particulas blandas en aridos gruesos para hormigones

7178:1960

Determinación de los cloruros contenidos en el agua utilizada para la fabricacion de morteros y hormigones.

7234:1971

Determinación de la acidez de aguas destinadas al amasado de morteros y hormigones, expresada por su pH.

7235:1971

Determinación de los aceites y grasas contenidos en el agua de amasado de morteros y hormigones.

7238:1971

Determinación de coeficiente de forma del arido grueso empleado en la fabricación de hormigones.

7244:1971

Determinación de particulas de bajo peso especifico que puede contener el arido utilizado en hormigones.

7255:1979

Ensayo de Apisonado de suelos por el método proctor normal.

7472:1992

Materiales metálicos. Ensayo de doblado simple.

7474:1992

Materiales metálicos. Ensayo de tracción. Parte I: Método de ensayo (a la temperatura ambiente).

7475:1992

Materiales metálicos. Ensayo de flexión por choque sobre probeta charpy. Parte I: método de ensayo.

416

10025:1994

Productos laminados en caliente, de acero no aleado, para construcciones metalicas de uso general. Condiciones tecnicas de suministro.

12165:1999

Cobre y aleaciones de cobre. productos y semiproductos para forja.

14011:1957

Calificación de las soldaduras por rayos X. Defectos de las uniones soldadas.

14040:1972

Prácticas recomendadas para el examen radiográfico de las uniones circulares soldadas a tope, por fusión. Sobre tubos de acero con pared de espesor inferior a 50 mm.

14606:1975

Ensayo de tracción transversal de las uniones soldadas a tope por fusión.

14607:1979

Ensayo de doblado transversal por el lado de la cara y por el lado de la raíz de las uniones soldadas a tope por fusión.

14610:1979

Examen mediante partículas magnéticas de uniones soldadas.

14612:1980

Práctica recomendada para el examen de las uniones soldadas mediante la utilización de líquidos penetrantes.

14613:1979

Examen por ultrasonidos de uniones soldadas.

36004:1989

Definición y clasificación de los tipos de acero.

36068:1994

Barras corrugadas de acero soldable para armaduras de hormigon armado.

36080:1992

Productos laminados en caliente, de acero no aleado para construcciones metálicas de uso general. Condiciones técnicas de suministro.

36092:1996

Mallas electrosoldadas de acero para armaduras de hormigón armado.

36094:1997

Alambres y cordones de acero para armaduras de hormigón pretensado.

36300:1980

Toma y preparación de muestras para análisis químicos de productos de acero laminados y forjados.

36461:1980

Ensayo de doblado alternativo de alambres de acero para armaduras pretensadas.

36739:1995

Armaduras básicas de acero electrosoldadas en celosía para armaduras de hormigón armado (UNE EX).

37501:1988

Galvanización en caliente. Características y métodos de ensayo.

37508:1988

Recubrimientos galvanizados en caliente de piezas y artículos diversos.

43503:1979

Fibra de vidrio textil. Designación de los hilos.

53020:1973

Materiales plásticos. Determinación de la densidad y de la densidad relativa de los materiales plásticos no celulares. Métodos de ensayo.

53131:1990

Plásticos. Tubos de polietileno para conducciones de agua a presión. Características y métodos de ensayo.

417

53177:1989

53188:1991

Plásticos. Accesorios inyectados de poli (cloruro de vinilo) no plastificado para canalizaciones a presion. Parte 1. Unión por adhesivo o rosca. Cotas de montaje Parte 2. Union por junta elastica. Cotas de montaje Plásticos. Materiales termoplásticos a base de polietileno y copolímeros de etileno. Parte 1: Designación

53200:1992

Plásticos. Determinación del Indice de Fluidez de materiales termoplásticos en masa (IFM) y en volumen (IFV).

53314:1979

Plásticos. Tubos, juntas y piezas fabricadas con resinas termoestables reforzadas con fibra de vidrio. Terminología.

53323:2001

Sistemas de canalización enterrados de materiales plásticos para aplicaciones con y sin presión. Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) basados en resinas de poliéster insaturado (UP) (UNE EX)

53331:1997

Plásticos. Tubos de poli(cloruro de vinilo) (PVC) no plastificado y polietileno (PE) de alta y media densidad. Criterio para la comprobación de los tubos a utilizar en conducciones con y sin presión sometidos a cargas externas (UNE IN).

53375:1983

Plásticos. Determinación del contenido de negro de carbono en poliofelinas y sus transformados.

53394:1992

Materiales plásticos. Código de instalación y manejo de tubos de polietileno para conducción de agua a presión. Técnicas recomendadas.

53399:1990

Plásticos. Código de instalación y manejo de tuberías de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) para la conducción de agua a presión. Técnicas recomendadas (UNE IN).

53490:1990

Plasticos. Tubos de polietileno pigmentado (no negros) para conducciones subterraneas, empotradas u ocultas de agua a presion. Caracteristicas y metodos de ensayo.

53571:1989

Elastómeros. Juntas de estanquidad de goma maciza para tuberías de suministro de agua, drenaje y alcantarillado. Especificaciones de los materiales.

53959:2001

Tubos de material termoplástico para el transporte de líquidos a presión. Cálculo de pérdida de carga (PNE).

53965:1999

Plásticos. Compuestos de PE 80 y PE 100 para la fabricación de tubos y accesorios. Características y métodos de ensayo. Parte 1.Compuestos y accesorios para la conducción de agua (UNE EX).

53966:2001

Plásticos. Tubos de PE 100 para conducciones de agua a presión. Características y métodos de ensayo (UNE EX).

418

83133:1990

Áridos para hormigones. Determinación de las densidades, coeficiente de absorción y contenido de agua en el árido fino.

83134:1990

Áridos para hormigones. Determinación de las densidades, porosidad, coeficiente de absorción y contenido en agua del árido grueso.

143002:2002 Adhesivos en sistemas de canalización en materiales termoplásticos. Especificaciones para sistemas a presión (PNE). 146508:1999 Ensayo de áridos. Determinación de la reactividad potencial álcali-sílice y álcali-silicato de los áridos. Método acelerado en probetas de mortero (UNE EX). 146507:1999 Ensayos de áridos. Determinación de la reactividad potencial de los áridos. Método químico. Parte 1: determinación de la reactividad álcali-sílice y álcali-silicato (UNE EX).

Normas UNE-EN Las normas UNE-EN son aquellas normas elaboradas por AENOR que son traducción directa de la norma EN correspondiente. Las normas UNE-EN referidas en este documento son las siguientes: 19:1993

Marcado de la valvulería industrial de uso general.

75:1996

Plásticos. Determinación de la temperatura de flexión bajo carga. (UNEEN-ISO) Parte 1: Método general de ensayo

124:1995

Dispositivos de cubrimiento y de cierre para zonas de circulación utilizadas por peatones y vehículos. Principios de construcción, ensayos de tipo, marcado, control de calidad

287:1992

Cualificación de soldadores. Soldeo por fusión. Parte 1: Aceros.

288:1993

Especificación y cualificación de los procedimientos de soldeo para los materiales metálicos. Parte 1: Reglas generales para el soldeo por fusión. Parte 2: Especificación del procedimiento de soldeo por arco. Parte 3: Cualificación del procedimiento de soldeo por arco de aceros.

473:2001

Ensayos no destructivos. Cualificación y certificación del personal que realiza ensayos no destructivos. Principios generales

512:1995

Productos de fibrocemento. Tubos y juntas para presión

545:1995

Tubos, uniones y accesorios en fundición dúctil y sus juntas para canalización de agua. Prescripciones y métodos de ensayo

419

571:1997

Ensayos no destructivos. Ensayo por líquidos penetrantes. Parte 1: principios generales

578:1994

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos y accesorios de plástico. Determinación de la opacidad.

580:1995

Sistemas de tuberías plásticas. Tubos de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U). Método de ensayo de la resistencia del diclorometano a una determinada temperatura (DCMT).

593:1998

Válvulas industriales. Válvulas metálicas de mariposa.

638:1995

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos termoplásticos. Determinación de las propiedades de tracción.

639:1995

Prescripciones comunes para tubos de presión de hormigón incluyendo juntas y accesorios.

640:1995

Tubos de presión de hormigón armado y tubos de presión de hormigón con armadura difusa (sin camisa de chapa), incluyendo juntas y accesorios.

641:1995

Tubos de presión de hormigón armado, con camisa de chapa, incluyendo juntas y accesorios.

642:1995

Tubos de presión de hormigón pretensado, con y sin camisa de chapa, incluyendo juntas, accesorios y prescripciones particulares relativos al acero de pretensar para tubos.

681:1996

Juntas elastoméricas. Requisitos de los materiales para juntas de estanquidad de tuberías empleadas en canalizaciones de agua y en drenaje Parte 1. Caucho vulcanizado. Parte 2. Elastómeros termoplásticos Parte 3. Materiales celulares de caucho vulcanizado Parte 4. Elementos de estanquidad de poliuretano moldeado

714:1995

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Uniones con junta de estanquidad elastomérica sin fuerza axial entre tubos a presión y accesorios inyectados. Ensayo de estanquidad a presión hidráulica interior sin fuerza axial.

727:1995

Sistemas de canalización y conducción en materiales plásticos. Tubos y accesorios termoplásticos. Determinación de la temperatura de reblandecimiento VICAT.

728:1997

Sistemas de canalización y conducción en materiales plásticos. Tubos y accesorios de poliolefina. Determinación del tiempo de inducción a la oxidación.

736:1996

Válvulas. Terminología. Parte 1. Definición de los tipos de válvulas Parte 2. Definición de los componentes de las válvulas Parte 3 Definición de términos

420

743:1994

Sistemas de canalización y conducción en materiales plásticos. Tubos termoplásticos. Determinación de la retracción longitudinal

744:1996

Sistemas de canalización y conducción en materiales plásticos. Tubos termoplásticos. Método de ensayo de resistencia a choques externos por el método de la esfera de reloj

763:1995

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Accesorios termoplásticos moldeados por inyección. Ensayo para determinar visualmente los efectos del calentamiento.

805:2000

Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes

910:1996

Ensayos destructivos de soldaduras en materiales metálicos. ensayos de doblado

921:1995

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos termoplásticos. Determinación de la resistencia a la presión interna a temperatura constante

933:1999

Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos Parte 9: evaluación de los finos. Ensayo de azul de metileno

1043:2000

Ensayos destructivos de soldaduras en materiales metálicos. Ensayo de dureza (UNE-EN-ISO) Parte 1. Ensayo de dureza en uniones soldadas por arco

1056:1996

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos y accesorios plásticos. Método de exposición directa a la intemperie

1074:2000

Valvulería para abastecimiento de agua. Prescripciones de aptitud al empleo y tests de verificación aplicables Parte 1 Prescripciones generales Parte 2 Valvulería de seccionamiento Parte 3 Válvulas de retención Parte 4 Purgadores y ventosas con flotador Parte 5 Válvulas de regulación Parte 6 Hidrantes y bocas de agua

1092:1998

Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, grifería, accesorios y piezas especiales, designación PN Parte 2. Bridas de fundición

1097:1997

Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los áridos. Parte 1: determinación de la resistencia al desgaste (micro-deval).

1119:1996

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Juntas de unión para tubos de PRFV. Métodos de ensayo de estanquidad y de resistencia al fallo de juntas flexibles y de articulación reducida

421

1226:1996

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Método de ensayo para comprobar la resistencia a la deflexión circunferencial inicial

1227.:2000

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Determinación de la deflexión anular relativa final a largo plazo en condiciones húmedas

1228:1996

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Determinación de la rigidez circunferencial inicial

1229:1996

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Método de ensayo para comprobar la estanquidad de la pared sometida a una presión interna a corto plazo

1290:1998

Examen no destructivo de uniones soldadas. Examen de uniones soldadas mediante partículas magnéticas

1295:1998

Cálculo de la resistencia mecánica de tuberías enterradas bajo diferentes condiciones de carga. Parte 1. Requisitos generales

1333:1996

Componentes de canalización de tubería. Definición y selección de PN

1393:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Determinación de las propiedades iniciales en tracción longitudinal

1394:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Determinación de la resistencia en tracción circunferencial inicial aparente

1435:1998

Examen no destructivo de uniones soldadas. Examen radiográfico de uniones soldadas

1447:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de PRFV. Determinación de la resistencia a largo plazo a la presión interna

1448:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Componentes de PRFV. Métodos de ensayo para verificar el diseño de juntas macho-hembra rígidas trabadas, con juntas de estanquidad elastomérica

1449:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Componentes de PRFV. Métodos de ensayo para verificar el diseño de juntas macho-hembra pegadas

1450:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Componentes de PRFV. Métodos de ensayo para verificar el diseño de uniones con bridas atornilladas

1452:2000

Sistemas de canalización en materiales plásticos para conducción de agua. Poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) Parte 1.Generalidades Parte 2. Tubos Parte 3. Accesorios Parte 4. Válvulas y equipo auxiliar Parte 5. Aptitud al uso del sistema Parte 6. Práctica recomendada para la instalación (ENV)

422

1503:2000

Válvulas. Materiales para los cuerpos, caperuzas y cubiertas Parte 1. Aceros especificados en las normas europeas Parte 2. Aceros distintos de los especificados en las normas europeas Parte 3. Fundiciones especificadas en las normas europeas

1563:1998

Fundición. Fundición de grafito esferoidal

1714:1998

Examen no destructivo de soldaduras. examen ultrasónico de uniones soldadas

1744:1999

Ensayos para determinar las propiedades químicas de los áridos Parte 1: análisis químico

1872:2001

Plásticos. Materiales de polietileno (PE) para moldeo y extrusión (UNEEN-ISO) Parte 1: Sistema de designación y bases para las especificaciones

1982:1999

Cobre y aleaciones de cobre. Lingotes y piezas moldeadas

6708:1996

Componentes de canalizaciones. Definición y selección de DN (diámetro nominal)

9001:2001

Sistemas de gestión de la calidad. Requisitos

9969:1996

Tubos de materiales termoplásticos. Determinación de la rigidez anular (UNE EN ISO)

10025:1994

Productos laminados en caliente, de acero no aleado, para construcciones metálicas de uso general. Condiciones técnicas de suministro

10088:1996

Aceros inoxidables Parte 1: Relación de aceros inoxidables.

10220:1995

Tubos lisos de acero soldados y sin soldadura. Dimensiones y masas por unidad de longitud (UNE ENV)

10233:1994

Materiales metalicos. Tubos. Ensayo de aplastamiento

10234:1994

Materiales metalicos. Tubos. Ensayo de abocardado

10246:1996

Ensayos no destructivos de tubos de acero. Parte 1 Ensayo automático electromagnético para la verificación de la estanquidad hidráulica de los tubos de acero ferromagnético soldados y sin soldadura (excepto soldados por arco sumergido).

10256:2001

Ensayos no destructivos de tubos de acero. Cualificación y competencia del personal que realiza ensayos no destructivos de los niveles 1 y 2

12099:1997

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Materiales y componentes de tubería de polietileno. Determinación del contenido en materiales volátiles

423

12118:1998

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Determinación por coulometría del contenido en agua de los materiales termoplásticos

12165:1999

Cobre y aleaciones de cobre. Productos y semiproductos para forja

12473:2001

Principios generales de la protección catódica en agua de mar

12696:2001

Protección catódica del acero en el hormigón

12842:2001

Accesorios de fundición dúctil para sistemas de tuberías de PVC-U o PE. Requisitos y métodos de ensayo

12954:2001

Cathodic protection of buried or immersed metallic structures - General principles and application for pipelines

13783:1998

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Comportamiento a la tracción axial de manguitos dobles de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U). Métodos de ensayo de estanquidad y resistencia mientras los manguitos están sometidos a flexión y a presión interna (UNE-EN-ISO)

13844:2001

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Uniones de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) para embocaduras con junta de estanquidad elastomérica para tubos de PVC-U. Método de ensayo de estanquidad a presión negativa ( UNE EN ISO)

13845:2001

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Uniones de manguitos con junta de estanquidad elastomérica para tubos de PVC-U. Método de ensayo de estanquidad a presión interna y con deflexión angular (UNE EN ISO)

13846:2001

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Uniones y juntas resistentes o no al efecto axial para sistemas de canalización en materiales termoplásticos para conducción a presión. Método de ensayo de estanquidad a largo plazo con presión hidráulica interior (UNE EN ISO)

22063:1994

Recubrimientos metalicos y otros recubrimientos inorganicos. Proyeccion termica. Cinc, aluminio y sus aleaciones

25817:1994

Uniones soldadas por arco de aceros. Guía sobre los niveles de calidad en función de las imperfecciones

45003:1995

Sistemas de acreditación de laboratorios de ensayo y calibración. Requisitos generales relativos a su funcionamiento y reconocimiento

45010:1998

Requisitos generales para la evaluación y acreditación de entidades de certificación

Proyectos de normas europeas prEN Como su propio nombre indica, son proyectos o borradores de futuras normas europeas EN (y por tanto también UNE-EN). Según los casos se encuentran más o menos desa-

424

rrollados (encuesta, encuesta definitiva, voto formal, etc.), habiéndose utilizado los siguientes en la redacción de este documento: 1295:2001

Structural design of buried pipelines under various conditions of loading Parte 2 Summary of nationally established methods of design Parte 3 Common method

1336:2001

Sistemas de canalización en materials plásticos. Uniones resitentes y no resistentes al efecto axial para canalizaciones termoplásticas a presión. Método de ensayo de estanquidad a largo plazo a presión hidrostática

1796:2000

Sistemas de canalización enterrados plásticos para el suministro de agua – Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) basados en resina de poliéster insaturada (UP) Parte 1 Generalidades Parte 2. Tubos Parte 3. Accesorios Parte 4. Válvulas y equipo auxiliar Parte 5. Aptitud al uso del sistema Parte 6. Prácticas recomendadas para la instalación

3126:1999

Sistemas de canalización en materials plásticos. Accesorios de plástico. Determinación de las dimensiones (prEN ISO)

10224:1998

Steel pipes, joints and fittings for the conveyance of aqueous liquid including potable water

10289:2001

Steel tubes and fittings for onshore and offshore pipelines. External liquid applied epoxy and epoxy modified coatings

10290:2001

Steel tubes and fittings for onshore and offshore pipelines. External liquid applied plyurethane modified coatings

10310:2001

Steel tubes and fittings for onshore and offshore pipelines. Internal and external two layer epoxy resin and polyamide based coatings

10468:2000

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubos de plástico termoestable reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Determinación del factor de fluencia en condiciones húmedas y cálculo de la rigidez circunferencial específica a largo plazo (prEN ISO)

12201:2000

Plastics piping systems for water supply. Polyethylene (PE) Part 1. General Part 2. Pipes Part 3. Fittings Part 4. Valves Part 5. Fitness for purpose of the system Part 7. Guidance for the assesment of conformity

425

12266-1:1999 Válvulas industriales. Ensayos de válvulas. Parte 1. Ensayos, procedimientos de ensayo y criterios de aceptación que debe cumplir cada válvula 12474:1999

Cathodic protection for submarine pipelines

13224:1998

Plastics piping systems for buried and above-ground pressure systems for water for general purposes, drainage and sewerage. Polyethylene (PE) Part 1. General Part 2. Pipes Part 3. Fittings Part 4. Valves Part 5. Fitness for purpose of the system Part 7. Guidance for the assesment of conformity

13509:1999

Cathodic protection measurement techniques

13636:2001

Cathodic protection of buried metallic tanks and related piping

13689:1999

Guidance on the classification and design of plastics piping systems used for renovation

14038-1:2001 Electrochemical re-alkalisation and chloride extraction treatments for reinforced concrete. Part 1 Re-alkalisation 14409:2000

Plastics piping systems for renovation of underground water supply networks Part 1 General Part 2 Lining with close-fit pipes

14828:2000

Sistemas de canalización en materiales plásticos. Tubo de plástico termoestable reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Determinación del factor de relajación en condiciones húmedas y cálculo de la rigidez circunferencial específica a largo plazo (prEN ISO)

50162:2000

Protection against corrosion by stray current from direct current systems

CEN/TC 203 wi015:2001

Ductile iron wide tolerance couplings and flange adaptors for use with pipes of different materials (ductile iron, grey iron, steel, PVC-U, PE, fibrecement)

Normas API API (American Petroleum Institute) es la mayor asociación comercial norteamericana en el sector del petróleo y del gas. Tiene sus oficinas centrales en Washington y su página web es www.api.org. Ha desarrollado más de 500 normas en su ámbito de trabajo, habiéndose utilizado de ellas las siguientes, relativas a los tubos de acero, en el desarrollo del presente trabajo:

426

5L:2000

Specification for line pipe

5LW:1997

Recommended practice for transportation of line pipe on barges and marine vessels

Normas ASME ASME (American Society of Mechanical Engineers) es una organización con fines científicos no lucrativos fundada en 1880 que cuenta con más de 125.000 miembros en todo el mundo. Tiene sus oficinas centrales en Estados Unidos; su página web es www.asme.org y en el presente trabajo se ha utilizado la siguiente norma de esta institución: IX:2001

Qualification standard for welding and brazing procedures, welders, brazers and welding and brazing operators

Normas ASTM ASTM (American Society for Testing and Materials) es una organización de normalización americana sin ánimo de lucro, que abarca numerosos campos del saber científico (más de 130 áreas): construcción, electrónica, informática, servicios médicos, y muchos otros, desarrollando en ellos normas sobre especificaciones de productos, métodos de ensayo, terminología, etc. Fundada en 1898, y con cerca de 35.000 miembros en la actualidad y más de 10.000 normas publicadas, tiene su sede central en Estados Unidos y su página web es: www.astm.org. En el ámbito de las tuberías a presión, las referencias utilizadas en la redacción de esta Guía Técnica son las siguientes: A74/98

Standard specification for cast iron soil pipe and fittings

A377/99

Standard index of specifications for ductile-iron pressure pipes

C118-99

Standard specification for reinforced concrete low-head pressure pipe

C 361-99

Standard specification for reinforced concrete low-head pressure pipe.

D1785-99

Standard specification forpPoly(vinyl chloride) pipe. Schedules 40, 80, and 120

D2104-99

Standard specification for polyethylene (PE) plastic pipe, schedule 40

D2239-99

Standard specification for polyethylene (PE) plastic pipe (SIDR-PR) based on controlled inside diameter

D2241-00

Standard specification for poly(vinyl chloride) pressure-rated pipe (SDR Series)

427

D2447-99

Standard specification for polyethylene (PE) plastic pipe, schedules 40 and 80, based on outside diameter

D2737-99

Standard specification for polyethylene (PE) plastic tubing

D2774-72

Standard recommended practice for underground installation of thermoplastic pressure piping

D3035-95

Standard specification for polyethylene (PE) plastic pipe (DR-PR) based on controlled outside diameter

D3261-97

Standard specification for butt heat fusion polyethylene (PE) plastic fittings for polyethylene (PE) plastic pipe and tubing

D3517-96

Standard specification for fiberglass (glass-fiber-reinforced thermosetting-resin) pressure pipe

D3539-96

Standard test methods for evaporation rates of volatile liquids by shell thin-film evaporometer

D4541-96

Standard test method for pull-off strength of couting using portable adhesion testers

F714-00

Standard specification for polyethylene (PE) plastic pipe (SDR-PR) based on outside diameter

F771-99

Standard specification for polyethylene (PE) thermoplastic high-pressure irrigation pipeline systems

F1483-98

Standard specification for oriented poly(vinyl chloride), PVCO, pressure pipe

F1697-01

Standard specification for poly(vinyl chloride) (PVC) profile strip for machine spiral-wound liner pipe rehabilitation of existing sewers and conduits

F1698-96

Standard practice for installation of poly(vinyl chloride)(PVC) profile strip liner and cementitious grout for rehabilitation of existing manentry sewers and conduits

Normas ATV ATV es la Asociación Técnica para el Saneamiento de Alemania (Abwasser Teschnische Verein). Su página web es www.atv.de y en la elaboración de esta Guía Técnica se ha utilizado la siguiente norma de esta institución: 127:2000

428

Richtlinie für die statische berechnung von entwasserungskanalen und leitunngen

Normas AWWA AWWA (American Water Works Association) es una asociación científica de ámbito mundial sin ánimo de lucro cuyos fines son, entre otros, el desarrollo y la investigación en el ámbito de las redes de abastecimiento de agua potable. Fundada en 1881, y con más de 50.000 miembros en la actualidad, es la mayor asociación de profesionales del ámbito de los abastecimientos poblacionales. Sus oficinas centrales se encuentran en Estados Unidos y su página web es www.awwa.org. Tiene publicados numerosos manuales (ver referencias bilbiográficas anteriores) y normas relativas al diseño, fabricación e instalación de tuberías de abastecimiento de agua, entre otras las siguientes, las cuales son una referencia obligada en la materia y han sido empleadas profusamente en la redacción de este documento. C104-95

Cement mortar lining for ductile iron pipe and fittings for water

C105-99

Polyethylene encasement for ductile iron piping for water and other liquids .

C110-98

Ductile iron and gray iron fittings, 80 mm (3 inches) through 1.200 mm (48 inches) for water and other liquids

C115-99

Standard for flanged ductile-iron pipe with threaded flanges.

C116-98

Protective fusion-bonded epoxy coatings for the interior and exterior surfaces of ductile iron pipe and gray iron fittings for water supply service

C150-96

American national standard for thickness design of ductile iron pipe.

C151-96

Ductile iron pipe, centrifugally cast in metal molds or sand-lined molds, for water or other liquids

C153-00

Ductile iron compact fittings, 3 in. through 16 in., for water and other liquids

C200-97

Steel water pipe 6 in. (150 mm) and larger

C203-91

Coal-tar protective coatings and linings for steel water pipelines-enamel and tape-hot applied.

C205-00

Cement-mortar protective lining and coating for steel water pipe-4 in. and larger-shop applied.

C208-01

Dimensions for fabricated steel water pipe fittings

C209-90

Cold-applied tape coatings for the exterior of special sections, connections, and fittings for steelwater pipelines.

C210-97

Liquid-epoxy coating systems for the interior and exterior of steel water pipelines.

429

C213-96

Fusion-bonded epoxy coating for the interior and exterior of steel water pipelines.

C214-00

Tape coating systems for the exterior of steel water pipelines.

C215-88

Extruded polyolefin coatings for the exterior of steel water pipelines.

C216-89

Heat-shrinkable cross-linked polyolefin coatings for the exterior of special sections, connections, and fittings for steel water pipelines.

C217-90

Cold-applied petrolatum tape and petroleum wax tape coatings for the exterior of special sections, connections, and fittings for buried steel water pipelines.

C300-97

Reinforced concrete pressure pipe, steel-cylinder type, for water and others liquids

C301-99

Prestressed concrete pressure pipe, steel-cylinder, for water and others liquids

C302-95

Reinforced concrete pressure pipe, non cylinder type, for water and others liquids

C303-97

Reinforced concrete pressure pipe, steel cylinder type, pretensioned, for water and others liquids

C304-99

Design of prestress concrete cylinder pipe

C600-99

Installation of ductile-iron water mains and their appurtenances

C602-89

Cement-mortar lining of water pipelines-4 in. (100mm) and larger in place

C605-94

Underground installation of polyvinyl chloride (PVC) pressure pipe and fittings for water)

C651-95

Disinfecting water mains

C900-97

Polyvinyl chloride (PVC) pressure pipe, 4 in. through 12 in., for water distribution.

C901-96

Polyethylene (PE) pressure pipe and tubing, _ in through 3 in for water services

C905-97

Polyvinyl chloride (PVC) water transmission pipe, diameters 14 in. through 36 in

C906-99

Polyethylene (PE) pressure pipe and fittings, 4 in through 63 in for water services

C907-91

Polyvinyl chloride (PVC) pressure fittings for water. 4 in. through 8 in.

C909-98

Molecularly oriented polyvinyl chloride (PVCO) pressure pipe, 4 in through 12 in (100 mm through 300 mm), for water distribution

C950-88

Fiberglass pressure pipe

430

Normas BS Las normas BS son las elaboradas por BSI (British Standards Institution), que es el Organismo de normalización reconocido en el Reino Unido. Su página web es www.bsi-global.com y las normas BS utilizadas en el presente texto han sido las siguientes: 4625:1970

Specifications for prestressed concrete pipes (including fittings)

5480:1990

British standard specification for glass reinforced plastics (GRP) pipes, joints and fittings for use for water supply or sewerage

7159:1989

Design and construction of glass reinforced plastics (GRP) piping systems for individual plants or sites

7892:2000

Specification for seal coats on cement mortar lined ductile iron pipes and fittings

Normas DIN Las siglas DIN (Deutsches Institut für Normung) dan nombre tanto al Organismo de normalización reconocido en Alemania como a las normas que elaboran. Es uno de los organismos de normalización más potentes del mundo (tiene más de 25.000 normas publicadas). Su página web es www.din.de y las principales normas DIN utilizadas en la elaboración de este documento han sido las siguientes: 1072:1985

Road and foot bridges. Design loads

1615:1984

Welded circular unalloyed steel tubes not subject to special requirements; technical delivery conditions

1626:1984

Welded circular unalloyed steel tubes subject to special requirements; technical delivery conditions

1628:1998

High performance welded circular unalloyed steel tubes; technical delivery conditions

2413-1:1993

Steel pipes; design of steel pressure pipes

2448:1981

Seamless steel pipes and tubes; dimensions, conventional masses per unit length

2458:1981

Welded steel pipes and tubes; dimensions, conventional masses per unit length

2460:1992

Steel water pipes

4035:1995

Reinforced concrete pipes, reinforced concrete pressupre pipes and suitable fittings; dimensions, technical specifications for delivery.

431

8074:1999

Polyethylene (PE). Pipes PE 63, PE 80, PE 100, PE-HD. Dimensions

8075:1999

Polyethylene (PE) pipes. PE 63, PE 80, PE 100, PE-HD. General quality requirements, testing

16963:1980

Pipe joints and elements for high density polyethylene (HDPE) pressure pipelines

30670:1991

Polyethylen coatings of steel pipes and fittings; requirements and testing

30671:1992

Thermoset plastic coatings for buried steel pipes

30672:2000

External organic coatings for the corrosion protection of buried and immersed pipelines for continuous operating temperatures up to 50°C. Tapes and shrinkable materials

30674-1:1982 Coating of ductile cast iron pipes; polyethylene coating 30674-2:1992 Cement mortar coatings for ductile iron pipes; requirements and testing

Normas DVS DVS (Deutscher Verband für Schweibtechnik, Asociación Alemana para la Técnica de la Soldadura) es una organización alemana que normaliza técnicas de soldadura de distintos productos. Las normas utilizadas de esta institución han sido las siguientes: 2203

Verificación de soldaduras en termoplásticos

2206

Verificación de elementos y construcciones realizadas en termoplásticos

2207

Soldadura de termoplásticos

Normas F Con el código F en este texto se ha recogido el siguiente documento elaborado por el Ministère de l´equipement, du logement et des transports de Francia, donde tiene carácter obligatorio (allí es un Reglamento Técnico en los términos expuestos en el apartado 2.2.1) F-70:2001

Ouvrages d´assainissement. Fascículo nº 70

Normas ISO ISO (Organización Internacional de Normalización, o International Organization for Standardization en inglés) es una agrupación mundial de organismos de normalización nacionales (hay representados 130 países, entre ellos España a través de AENOR), abarcando todos los campos de normalización, excepto la electricidad y la electrónica. Fundada en 1947, organizada en 2.850 comités, subcomités y grupos de trabajo, y con más

432

de 12000 normas publicadas, tiene sus oficinas centrales en Ginebra (Suiza) y su página web es www.iso.ch. Como curiosidad, el acrónimo ISO que da nombre a la Organización tuvo su motivación en que el término significa igual (tal como por ejemplo, isobara, isotermo, etc.). Está previsto que en breve estas normas cambien el código ISO por IS (International Standard). En el campo específico de las tuberías a presión, las normas ISO empleadas en la redacción de este documento han sido las siguientes: 3:1973

Preferred number. Series of preferred numbers

161:1996

Thermoplastics pipes for the conveyance of fluids. Nominal outside diameters and nominal pressures Part 1: Metric series

264:1976

Unplasticized polyvinyl chloride (PVC) fittings with plain sockets for pipes under pressure. Laying lengths. Metric series

497:1973

Guide to the choice of series of preferred numbers and of series containing more rounded values of preferred numbers

559:1991

Steel tubes for water and sewage

2531:1998

Ductile iron pipes, fittings, accessories and their joints for water or gas applications

2536:1974

Unplasticized polyvinyl chloride (PVC) pressure pipes and fittings, metric series. Dimensions of flanges

4065:1996

Thermoplastics pipes. Universal wall thickness table

4179:1985

Ductile iron pipes for pressure and non-pressure pipelines . Centrifugal cement mortar lining. General requirements

4200:1992

Plain end steel tubes, welded and seamless; general tables of dimensions and masses per unit length

4422:1996

Pipes and fittings made of PVC-U for water supply. Specifications Part 1: General Part 2: Pipes (with or without integral sockets) Part 3: Fittings and joints Part 4: Valves and ancillary equipment Part 5: Fitness for purpose of the system

4433:1997

Thermoplastics pipes. Resistance to liquid chemicals. Classification Part 1. Immersion test method Part 2. Polyolefin pipes Part 3. PVC-U, PVC-HI, and PVC-C pipes Part 4. PVDF pipes

433

6401:1985

Plastics. Homopolymer and copolymer resins of vinyl chloride. Determination of residual vinyl chloride monomer. Gas chromatographic method

7268:1983

Pipe components. Definition of nominal pressure

7387:1983

Adhesives with solvents for assembly of PVC-U pipe elements. Characterization. Part 1: Basic test methods

8179:1995

Ductile iron pipes. External zinc coating Part 1: Metallic zinc with finishing layer Part 2: Zinc rich paint with finishing layer

8180:1995

Ductile iron pipes. Polyethylene sleeving

8501:1988

Preparation of steel substrates before application of paints and related products — Visual assessment of surface cleanliness. Part 1. Rust grades and preparation grades of uncoated steel substrates and of steel substrates after overall removal of previous coatings

9080:1992

Thermoplastics pipes for the transport of fluids. Methods of extrapolation of hydrostatic stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of thermoplastics pipe materials

9304:1989

Seamless and welded (except submerged arc-welded) steel tubes for pressure purposes. Eddy current testing for the detection of imperfections

9402:1989

Seamless and welded (except submerged arc-welded) steel tubes for pressure purposes. Full peripheral magnetic transducer/flux leakage testing of ferromagnetic steel tubes for the detection of longitudinal imperfections

9765:1990

Submerged arc-welded steel tubes for pressure purposes. Ultrasonic testing of the weld seam for the detection of longitudinal and/or transverse imperfections

10465:1999

Underground installation of flexible glass-reinforced thermosetting resin (GRP) pipes (ISO/TR) Part 1. Installation procedures Part 2. Comparison of static calculation methods Part 3. Installation parameters and application limits

10803:1999

Design method for ductile iron pipes

11295:1992

Techniques for rehabilitation of pipeline systems by the use of plastics pipes and fittings

11420:1996

Method for the assessment of the degree of carbon black dispersion in polyolefin pipes, fittings and compounds

434

12092:2000

Fittings, valves and other piping system components made of unplasticized poly(vinyl chloride) (PVC-U), chlorinated poly(vinyl chloride) (PVCC), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylester (ASA) for pipes under pressure. Resistance to internal pressure. Test method

12162:1995

Thermoplastics materials for pipes and fittings for pressure aplications. Clasification and designation. Overall service (design) coefficient

12944:1998

Paints and varnishes. Corrosion protection of steel structures by protective paint systems Part 1 General introduction Part 2 Classification of environments Part 3 Design considerations Part 4 Types of surface and surface preparation Part 5 Protective paint systems Part 6 Laboratory performance test methods Part 7 Execution and supervision of paint work Part 8 Development of specifications for new work and maintenance

13477:1997

Thermoplastics pipes for the conveyance of fluids. Determination of resistance to rapid crack propagation (RCP). Small-scale steady-state test (S4 test)

13478:1997

Thermoplastics pipes for the conveyance of fluids. Determination of resistance to rapid crack propagation (RCP). Full-scale test (FST)

13479:1997

Polyolefin pipes for the conveyance of fluids. Determination of resistance to crack propagation. Test method for slow crack growth on notched pipes (notch test)

13949:1997

Method for the assessment of the degree of pigment dispersion in polyolefin pipes, fittings and compounds

16422-4:2000 Pipes and joints made of oriented unplasticized poly(vinyl chloride) (PVCO) for water transport. Specifications (prISO)

Normas MR Las normas MR (Material Requirements) son elaboradas por la NACE (National Association of Corrosion Engineers), la cual es la mayor asociación mundial dedicada al estudio de la corrosión del acero, abarcando su ámbito también al estudio de las tuberías, tanto de acero, como de hormigón armado o pretensado. Tiene sus oficinas centrales en Estados Unidos (Houston, Texas) y su página web es www.nace.org. En el desarrollo del presente trabajo se han empleado las siguientes: MR0274:1995 Standard material requirements. Material requirements for polyolefin cold applied tapes for underground or submerged pipeline coatings

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Normas NBE Las normas NBE (Norma Básica de la Edificación), elaboradas por el Ministerio de Fomento., utilizadas en la redacción de este documento han sido las siguientes: AE 88

Acciones en la edificación

EA 95

Estructuras de acero en la edificación

MV 102

Acero laminado para estructuras de edificación.

MV 104

Ejecución de las estructuras de acero laminado en edificación.

Normas NF Las normas NF son las elaboradas por AFNOR (Association française de normalisation), que es el Organismo de normalización reconocido en Francia. Su página web es www.afnor.fr y las normas NF utilizadas en el presente texto han sido las siguientes: A 48-851:1995 Foundry products. Ductile iron pipes for pressure pipelines. Polyurethan external coating. A 48-860:1981 Foundry products. Ductile cast iron piping elements. Socket serie. GS express joint. Assembly dimensions and joint accessories A 48-870:1981 Foundry products. Ductile cast iron piping elements. Socket series. GS standard joint. Assembly dimensions and joint accessories. A 48-902:1985 Foundry products. Ductile iron pipes for pressure pipelines. Contrifugal cement mortar internal lining. Composition controls of freshly applied mortar

Normas NLT Las Normas Técnicas NLT, elaboradas por el CEDEX (www.cedex.es), son referentes a métodos de ensayo de carreteras, de suelos, así como a otros materiales de construcción. Las utilizadas en el presente documento son las siguientes: 102/72

Humedad mediante secado en estufa.

103/72

Humedad de un suelo por el procedimiento alcohol.

104/72

Granulometría de suelos por tamizado

105/72

Límite líquido por el método de la cuchara.

106/72

Límite plástico

107/76

Apisonado Proctor.

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109/72

Densidad in situ por el método de la arena.

119/72

Reconocimiento de sulfatos solubles en los suelos.

120/72

Contenido de sulfatos solubles en los suelos.

204/72

Densidad mínima de una arena

Normas RP Las normas RP (Recommended Practice) son elaboradas por la NACE (National Association of Corrosion Engineers), la cual es la mayor asociación mundial dedicada al estudio de la corrosión del acero, abarcando su ámbito también al estudio de las tuberías, tanto de acero, como de hormigón armado o pretensado. Tiene sus oficinas centrales en Estados Unidos (Houston, Texas) y su página web es www.nace.org. En el desarrollo del presente trabajo se han empleado las siguientes: RP0100:2000 Standard recommended practice. Cathodic protection of prestressed concrete cylinder pipelines RP0169:1996 Standard recommended practice. Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systems RP0185:1996 Standard recommended practice. Extruded polyolefin resin coating systems with soft adhesives for underground or submerged pipes RP0187:1996 Standard recommended practice. Design considerations for corrosion control of reinforcing steel in concrete RP0190:1995 Standard recommended practice. External protective coatings for joints, fittings and valves on metallic underground or submerged pipelines and piping systems. RP0288:1994 Standard recommended practice. Inspection of linings on steel and concrete

Normas SS Las siglas SS (Swedish Standards Institute) dan nombre tanto al Organismo de normalización reconocido en Suecia como a las normas que publican. Su página web es www.sis.se, y en este documento se ha empleado la siguiente norma de esta institución: 055900

Preparation of steel substrates before application of paints and related product. Visual assessment of surface cleanliness. Part 1: Rust grades and preparation grades of uncoated steel substrates and of steel substrates after removal of previous coatings

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Normas SSPC SSPC (Steel Structures Painting Council, the Society for Protective Coatings) es una organización norteamericana de investigación, con fines no lucrativos, en el campo de los revestimientos de pintura en las estructuras metálicas. Su página web es www.sspc.org y en el presente documento se han empleado las siguientes normas de esta institución, relativas a los revestimientos de tuberías metálicas: PA 2

Measurement of Dry Paint Thickness With Magnetic Gages

SP 1

Solvent Cleaning

SP 2

Hand Tool Cleaning

SP 3

Power Tool Cleaning

SP 5

White Metal Blast Cleaning

SP 6

Commercial Blast Cleaning

SP 7

Brush-Off Blast Cleaning

SP 8

Pickling

SP 10 Near-White Blast Cleaning Normas UNI Las siglas UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) dan nombre tanto al Organismo de normalización reconocido en Italia como a las normas que elaboran. Su página web es www.uni.com, y en este documento se ha empleado la siguiente norma de esta institución: 9032

Tubi di resine termoindureti rinforzate con fibre di vetro (PRFV) con o senza cariche. Tipi, dimensioni e requisiti

Normas WIS WRc (Water Research Centre) es una organización internacional e independiente de investigación y consultoría con más de 70 años de experiencia, centrada en el ámbito del abastecimiento, saneamiento y los problemas medioambientales. Entre sus múltiples actividades está la elaboración de numerosas publicaciones y manuales técnicos sobre la materia, así como la edición de las normas WIS (Water Industry Specification). Presente en todo el mundo, tiene sus oficinas centrales en el Reino Unido y su página web es www.wrc.plc.co.uk (la biblioteca en la que pueden consultarse las normas y publicaciones está en www.webookshop.com). En el presente documento se han utilizado las siguientes normas WIS: 4-08-01:1994 Bedding and sidefill materials for buried pipeline 4-08-02:1994 Specification for bedding and sidefill materials for pipelines 4-31-08:2001 Especificaciones de tubos de policloruro de vinilo orientado molecularmente (PVC-O) empleados en conducciones subterráneas a presión.

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