Ingeniería Sanitaria I
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Tubería de Concreto
Es tan grande y antigua la historia de los tubos de concreto como el imperio romano, en donde se dieron los primeros pasos a la construcción de acueductos (la cloaca máxima) alrededor del año año 800 antes de Cristo. Construidos principalmente principalmente de piedra y cemento natural, eran sencillos pero funcionales. También existieron drenajes en Babilonia, Jerusalén, y Paris, ciudades en donde los olores eran extremadamente insoportables. El siglo XIX trajo un periodo de consolidación política y propagación industrial. Tres áreas de expansión provocaron el inicio de la industria de los tubos de concreto:
Requerimientos de salud pública para el agua y el tratamiento de las aguas residuales. Transportación Necesidades agrícolas para irrigación y drenaje.
El crecimiento de la industria fue en mayor medida influenciado por desarrollos técnicos y de mercado relacionados. El diseño moderno y la construcción de drenajes, así como el diseño y la producción de tubos de concreto evolucionaron a través de:
Desarrollos de teorías hidráulicas e hidrológicas. Conceptos para las cargas en los tubos (pruebas de resistencia) Estándares para los materiales y pruebas.
El siglo veinte trajo nueva tecnología, nuevos estándares, y una continua tasa de crecimiento en la industria de los tubos de concreto. La necesidad de mejorar la calidad y las capacidades de producción se reconoció el 23 de Enero de 1907 con la creación de la “Interstate Cement Tile Manufactures Association”, misma que en 1914 cambiara su nombre a “American Concrete Pipe Association, ACPA” . En ese mismo año se empezaban a escribir e scribir las primeras especificaciones sobre tubos de concreto con el fin de lograr producciones homogéneas de calidad. Eventos tales como la gran depresión de los Estados Unidos de Norte América, la segunda Guerra Mundial, la era Automotriz, y la era Ambiental influenciaron enormemente en la construcción de obras públicas que llevaron a la cima a la industria de la tubería de concreto con producciones a inicios de los años 70, de hasta más de 10 millones de toneladas al año tan solo en los Estados Unidos. Mientras la mayor parte de los avances tecnológicos se dieron antes de 1930, a principios de los años 50 el junteo de los tubos cambio de su forma típica utilizando mortero, al uso de juntas flexibles (tuberías de concreto con junta hermética.). En la actualidad la industria del Tubo de Concreto se ha reinventado a sí misma para adaptarse a las necesidades del mercado y desarrollar productos cada vez mejores e innovadores siempre cuidando y manejando nuestra principal fuente de vida, el agua, al mismo tiempo que brinda seguridad y confiabilidad a la población.
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Saneamiento por gravedad
Saneamiento a baja presión
Drenaje
Riego
Abastecimiento a baja presión
Usos industriales específicos
Conducción de instalaciones (Galerías de servicio)
Tuberías hincadas
Tubería de Concreto
Tubería de Concreto Simple: La tubería de concreto simple se fabrica con concreto de la más alta calidad, debido a que no lleva ningún tipo de acero por tal motivo se le denomina concreto simple. Los diámetros que se fabrican son desde 15 centímetros hasta 61 centímetros de diámetro.
Tubería de Concreto Reforzado: La tubería de concreto reforzado: Son tuberías construidas a base de concreto armado y que estén provistos de un sistema de junteo para formar las condiciones satisfactorias para una tubería continúa.
Características
Las propiedades del tubo de concreto reforzado no se ven afectadas por temperaturas ambientales. El tubo de concreto durará y tendrá un buen desempeño durante 70 años o más. Durables – se vuelven más resistentes con la edad. Los tubos para alcantarillas deben ser lisos en su interior para permitir el flujo con la menor perdida de carga y para reducir el depósito de sólidos, deben ser impermeables y resistentes a los ácidos y químicos. Los tubos pueden fabricarse según la demanda específica de uso, pudiendo atender situaciones excepcionales de: sobrecargas fijas, sobrecargas móviles y agresividad del terreno y de los efluentes.
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Tubería de Concreto
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Tubería de Concreto
Instalación: El ritmo de la instalación depende más de la excavación que de la colocación del tubo. Si bien el tubo de concreto es más pesado que el de otros materiales, ambos requieren maquinaria especializada para su instalación cuando se trata de los diámetros más comunes.
Durabilidad: Teniendo en cuenta la conformación estructural del tubo y su exposición hidráulica, se ha demostrado que la tubería de concreto tiene una vida útil de 100 años, dos veces más que otros materiales.
Costo/beneficio: Por el costo de los elementos, la instalación y la vida útil del tubo de concreto, es sin lugar a dudas la mejor alternativa. Al no estar relacionado con la industria petroquímica, el costo del tubo de concreto es más bajo y se mantiene estable.
Calidad acreditada El concreto es uno de los materiales de construcción más estudiados y analizados, ya que sus componentes - y su funcionamiento en conjunto- puede ser medido con precisión. Las pruebas de hermeticidad y resistencia del tubo de concreto son fáciles de aplicar ya sea previo a la instalación o en campo. De existir alguna falla, ésta se puede corregir permanentemente. En cambio, existe otra tubería que no aplica ninguna prueba post instalación, lo cual no permite conocer su funcionamiento in situ.
Ecológico El tubo de concreto es, desde su fabricación, un producto que protege a la ecología. No emite desechos tóxicos en su fabricación o durante su funcionamiento, además de ser biodegradable. Otros, por el contrario, provienen de la contaminante industria petrolera, emiten desechos tóxicos en su fabricación, no son biodegradables y son altamente contaminantes cuando se llegan a quemar.
Seguridad
El tubo de concreto no es inflamable y resiste las altas
temperaturas. Eso es importante porque la tubería de concreto garantiza un drenaje seguro ante posibles incendios urbanos, rurales o forestales o fuegos dentro del mismo. Además, ante el cambio de temperatura, la firmeza del tubo de concreto no ocasiona impacto en la rigidez de las paredes, separación de las juntas, o deformaciones internas.
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Reparación
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En el remoto caso de alguna falla en el cuerpo del tubo de
concreto, éste puede ser sellado sin problema. Otros tubos, en cambio, por su misma saturación en la estructura molecular, no permiten la adherencia y obligan al reemplazo del tubo, a veces ocasionando una reinstalación total.
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Se requiere un cuidado extremo de las condiciones de fabricación para poder obtener tubos de la misma longitud. En las prensas de rango hasta D 1.520 mm., al extraerse el tubo fresco directamente de la máquina sin la camisa o molde exterior, pueden producirse deformaciones en el proceso de transporte interno previo a su fraguado. Fragilidad.- Los tubos requieren cuidados adicionales durante su transporte e instalación. Capacidad de conducción.- La tubería de concreto presenta un coeficiente de rugosidad alto, lo que la hace menos eficiente hidráulicamente.
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1. Preparación de la zanja Realizar el corte del terreno de manera segura, tomando en cuenta el tipo de suelo, la profundidad de la excavación y el ademe Correspondiente. En el caso de terrenos arcillosos o margosos de fácil meteorización, si fuese absolutamente imprescindible efectuar en más tiempo la apertura de las zanjas, se deberá dejar sin excavar unos veinte centímetros sobre la rasante, para realizar su acabado en el momento de la instalación de la tubería. Se debe excavar hasta la línea de la rasante siempre que el terreno sea uniforme; si quedan al descubierto elementos rígidos tales como piedras, rocas, etc., será necesario excavar por debajo de la rasante para efectuar un relleno posterior, manteniendo la capacidad portante del terreno. De ser preciso efectuar voladuras para las excavaciones, en general en poblaciones, se adoptarán precauciones para la protección de personas o propiedades, siempre de acuerdo con la legislación vigente. Nivelar y compactar el fondo de la zanja. El material procedente de la excavación se apila lo suficientemente alejado del borde de las zanjas para evitar el desmoronamiento de éstas o que los desprendimientos puedan poner en peligro a los trabajadores. Se recomienda ubicarlo a una distancia del borde de la mitad de la profundidad de la zanja, ó 2m para zanjas no ademadas y 0.9m para zanjas además, El material extraído se usa frecuentemente para el posterior relleno, por lo que es conveniente acopiarlo a lo largo de la zanja a una distancia adecuada de uno de sus bordes. Construir la capa de apoyo, de manera que el material quede lo más suelto posible, se debe proveer un espacio para alojar la campana.
2. Colocación del tubo a. Limpiar los extremos de los elementos Eliminar cualquier suciedad o materia extraña en la campana o en la "espiga", pueden impedir a la junta de goma cumplir su función.
La suciedad obstaculiza la correcta unión
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b. Lubricar la campana y el empaque Si no se lubrica bien la campana, puede ocurrir que la junta de goma se pegue, causando algunas veces el resquebrajamiento de la campana o que el empaque quede ubicado fuera de su posición. Lubricar campana y espiga, el empaque se lubrica solo cuando no es auto-lubricado
Rompimiento de campana o empaque por de lubricar.
c. Alinear la tubería Si la campana y la "espiga" no están nivelados o no han sido cuidadosamente alineados, la junta de goma tiende a salirse causando un escape o el agrietamiento de la campana.
d. Colocación de la tubería Usar una máquina para empujar y conectar tubos o para colocarlos en el suelo, puede ejercer demasiada presión ocasionando la rotura o agrietamiento. Para diámetros menores el empuje de la tubería puede realizarse de manera manual, colocando un soporte de madera que reparte la fuerza de empuje en varios puntos de la circunferencia. En el caso de diámetros mayores, se entraba una pieza de madera uno o dos tubos hacia atrás en la línea de tubería ya instalada, se une a esa pieza un cable de acero con un tecle para ajustar la posición del tubo.
Colocación de tuberías de diámetros menores.
Colocación de tuberías de diámetros mayores.
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e. Soportar correctamente la campana Cuando no se ha cavado bien el hueco para la campana, esta puede agrietarse o romperse. También puede suceder que el tubo se rompa.
SI (soporte en el cuerpo del tubo)
NO (soporte sobre la campana del tubo)
f. Relleno de la zanja y Rellenar y compactar con medios ligeros hasta completar a la mitad del tubo. El material de relleno no debe tener presencia de escombros o material orgánico. Realizar el relleno lateral alternando, para evitar desplazamientos del tubo.
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Una columna de líquido moviéndose tiene inercia, que es proporcional a su peso y a su velocidad. Cuando el flujo se detiene rápidamente, por ejemplo al cerrar una válvula, la inercia se convierte en un incremento de presión. Entre más larga la línea y más alta la velocidad del líquido, mayor será la sobrecarga de la presión. Estas sobrepresiones pueden llegar a ser lo suficientemente grandes para reventar cualquier tipo de tubo. Este fenómeno se conoce como golpe de Ariete.
Las principales causas de este fenómeno son: 1. Aperturas y cierres rápidos de válvulas. 2. El arranque y la parada de una bomba. 3. La acumulación y el movimiento de bolsas de aire dentro de los tubos.
Al cerrar una válvula la sobrepresión máxima que se puede esperar se calcula así:
Donde: P = Sobrepresión máxima en metros de columna de agua, al cerrar bruscamente la válvula. a = Velocidad de la onda (m/s). V = Cambio de velocidad del agua (m/s). g = Aceleración de la gravedad =9,81 m/s K = Módulo de compresión del agua = 2,06 x 104 kg/cm2 E = Módulo de elasticidad de los tubos.
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RDE = Relación diámetro exterior/espesor mínimo. Un efecto no muy conocido pero mucho más perjudicial para los tubos es el del aire atrapado en la línea. El aire es compatible si se transporta con el agua, en una conducción este puede actuar como un resorte comprimiéndose y expandiéndose aleatoriamente. Se ha demostrado que estas compresiones repentinas pueden aumentar la presión en un punto hasta 10 veces la presión de servicio; para disminuir este riesgo se deben tomar las siguientes precauciones: 1. Mantener siempre baja la velocidad especialmente en diámetros grandes. En el momento del llenado la velocidad no debe ser mayor de 0.30 m/seg hasta que todo el aire y la presión llegue a su valor nominal. 2. Instalar ventosas de doble acción en los puntos altos y bajos y en algunos tramos rectos para purgar el aire y permitir su entrada cuando se interrumpe el servicio. 3. Durante la operación de la línea, prevenir la entrada del aire en bocatomas, rejillas, etc., para permitir un flujo de agua continuo.
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Existen numerosas expresiones de origen experimental para representar las pérdidas de carga en las tuberías, La fórmula de Hazen - Williams, expresada en función del caudal:
Donde: hf = pérdida de carga (m) L = longitud de la tubería (m) D = diámetro interno (m) Q = caudal (m3/s) Los valores de los coeficientes “C” se sacan de tabla, según material y años de uso de las tuberías
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El presente informe es una investigación de Tubería de Concreto en donde se dan a conocer su historia, tipos en los que se clasifica, características, ventajas, desventajas, forma de instalación, diámetros y los precios comerciales en nuestro país. Anexando algunas imágenes para que
sirvan de ilustración y ejemplo de lo que se habla en el determinado tema.
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1. Dar a conocer las ventajas y desventajas de la tubería de concreto. 2. Explicar la forma de instalación de la tubería de concreto.
3. Mostrar la fórmula para determinar la sobrepresión máxima en tubería (Golpe de Ariete) y las causas de este fenómeno. 4. Presentar los precios y diámetros comerciales de la tubería de
concreto en nuestro país.
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1. La tubería de Concreto tiene vida útil de 100 años y es sumamente resistente, lo cual la hace económica a largo plazo, sin embargo por el costo a corto plazo y por la dificultad de la instalación no siempre es recomendable.
2. La forma de instalación y manipulación de la tubería de concreto no es complicada si se trata de lugares de fácil acceso. 3.
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Tubería de Concreto
http://www.tubosgm.com/grupogm.html http://www.fagro.edu.uy/~hidrologia/riego/HIDRAULICA%20en%20TUBERIAS.pdf Conetsa Concretos eternos S.A Manual técnico líneas de conducción – Tubos y accesorios Celta http://tecnitubos.com/tubos.concreto.ventajas.html