Tuberias de Fibra de Vidrio Fibraplastic PDF

TUBERIAS DE FIBRA DE VIDRIO (PRFV)

Datos Técnicos y Manual de Instalación

Este documento contiene los antecedentes de diseño y

desarrollo de la tubería FIBRAPLASTIC, así como datos técnicos

de desempeño, aplicaciones, catalogo de accesorios, memorias

de cálculo, e instrucciones de manejo e instalación.

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INDICE

Introducción a las tuberías PRFV………………………….………………………………….…….…….3

Características de las Materias Primas……………………………….………………….……….…..4

Procesos de fabricación de las tuberías…………………………………………….….………….....4

Características Técnicas de las tuberías………………….…………………….…………………..…5

Aplicaciones y Ventajas………………………………………………………………….................……6

Certificaciones y Normativas…………………………………………………………..……………….….8

Control de Calidad en la fabricación…………………………………………….…………………….10

Uniones, Accesorios, Complementos y Piezas Especiales……………………………..…...11

Tuberías de diámetros mayores…………………………………………………………………….…..13

Instalación de Tuberías Enterradas………………..………………………….……………………...15

Anexo Técnico…………………………………………………………………………………………………...19

Contacto……….…………………………………………………………………………………………………..26

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Las tuberías de conducción en general, se clasifican en dos grandes propiedades: rígidas y flexibles.

Las primeras son diseñadas de tal forma que deban de absorber el 100% de esfuerzos creados por el medio en el que desempeñan, y las cargas dinámicas por el fluido que contengan, resultando en un tubo con dimensiones y peso muchas veces excesivo.

La tubería de fibra de vidrio, o PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio), debido a la naturaleza de sus componentes, queda clasificada dentro de las tuberías flexibles, esto es, que actúa en conjunto con el medio en donde se desempeña, optimizando su resistencia a las cargas, tanto internas como externas, con un reducido uso de materiales y recursos, resultando en un tubo con un coeficiente peso/resistencia considerablemente mayor.

El proceso de fabricación de la tubería FIBRAPLASTIC es mediante el moldeo cerrado centrífugo, el cual crea una estructura de pared lisa por ambos lados, a diferencia de otros métodos conocidos, como es el caso del bobinado por filamentos, o el de mandril continuo. Mediante la dosificación adecuada de los componentes de la mezcla (resina poliéster, fibra de vidrio y cargas sílices) dentro del molde, se obtiene un tubo de dimensiones uniformes, especialmente adecuado para aplicaciones enterradas en donde es difícil garantizar un compactado y tierras de relleno uniformes.

El producto final es utilizado comúnmente en conducción de agua para riego, ya sea a gravedad o presión, para sistemas de drenaje urbano o parcelario, sistema de tuberías para conducción de vapores para la industria petroquímica,

conducción de ácidos alcalinos, cloros, fertilizantes, combustibles, entre muchos otros.

Una de las bondades del sistema de tubería FIBRAPLASTIC, es el de una superficie de composición uniforme a lo largo, permitiendo al contratista cortar el tubo en cualquier posición para unirlo con la siguiente sección de acuerdo al proyecto, cosa impensable en el caso de las tuberías de PVC, o PRFV de filamentos embobinados.

Aunado a lo anterior se cuenta con un extenso catálogo de accesorios tales como codos, yee, tee, válvulas de alivio etc. a un costo considerablemente menor que los equivalentes en PVC, ABS, polietileno, acero, etc.

INTRODUCCION A LAS TUBERIAS PRFV

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La tubería FIBRAPLASTIC está compuesta por cuatro ingredientes principales, los cuales aportan cada uno diferentes propiedades físicas y químicas, que en conjunto otorgan al tubo sus ya conocidas características.

• Fibra de Vidrio: elemento principal receptor de las cargas axiales y radiales, tanto internas como externas, confiriéndole la estabilidad estructural al tubo.

• Resina Poliéster: tiene la función de encapsular los componentes, de manera que los protege del medio ambiente, además de asegurar la estabilidad dimensional del tubo.

• Cargas Sílices: elemento que se mezcla con la resina poliéster para adquirir cuerpo, y mejorar la resistencia del conjunto.

• Gel-Coat: compuesto que se mezcla con la resina, que mejora considerablemente la resistencia contra los rayos UV, y las altas temperaturas.

PROCESOS DE FABRICACION DE LA TUBERIA

El principio para la fabricación de la tubería FIBRAPLASTIC es el de moldeo cerrado por centrifugado, que básicamente consiste en verter el material previamente dosificado dentro del molde, y por medio de la fuerza centrifuga lograr la sedimentación por capas de los componentes, desalojando el aire que pudiera estar en medio de la mezcla. Seguidamente se endurece el tubo mediante la polimerización de la resina por medio de un catalizador. Finalmente el tubo se pega hasta la longitud nominal deseada.

CARACTERISTICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS

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La tubería FIBRAPLASTIC núm. de parte TR-450A queda conformada por las siguientes capas estructurales:

1. Resina - Carga Inerte. Esta composición actúa primeramente como aislante entre el fluido y las demás capas, permitiéndose la conducción de ácidos alcalinos, cloros y hasta combustibles. Además posee alta resistencia a la abrasión y bajo índice de rugosidad.

2. Fibra de Vidrio – Resina Poliéster. Provee al tubo la resistencia a los esfuerzos de tracción circunferencial causado por las presiones internas. Además le confiere rigidez al tubo, que se traduce en resistencia a la deformación vertical consecuencia de las cargas del terreno (presiones externas).

3. Capa protectora externa. Conformada por una mezcla de cargas sílices, gel-coat y resina poliéster pre acelerada, es la capa que protege al tubo de los agentes externos tales como humedad, las altas temperaturas, rayos UV y demás inclemencias meteorológicas.

La tabla de propiedades de la tubería TR-450A de FIBRAPLASTIC queda como sigue:

VENTAJAS TECNICAS DE LA TUBERIA TR-450A

Entre las principales ventajas que representa un proyecto de instalación de tubería FIBRAPLASTIC, se encuentran las que siguen: • No necesita revestimientos, envolturas u

otros tipos de protección contra la corrosión y oxidación.

• Los ciclos de mantenimiento son prolongados, y las reparaciones son considerablemente más económicas que en los casos de los demás materiales como PVC, ABS, hierro o acero, al trabajarse solamente sobre la parte dañada, sin necesidad de sustituir todo el tubo.

• Tiene ¼ del peso del acero y 2/3 partes del peso del PVC, facilitando su manejo, que se traduce directamente en la reducción de los

CARACTERISTICAS DE LA TUBERIA TR-450A

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TUBERIA TR-450A

TIPO: CONDUCCION POR GRAVEDAD O PRESION HASTA 5 ATMOSFERAS.

TEMPERATURA DE OPERACIÓN: 55°C (131°F)

RESISTENCIA A LA PRESION HIDROSTATICA: DE 1 A 5 ATM (5.45 Kg/cm²)

RIGIDEZ: 5% @ 25°C (77° F)

ESPESORES: DESDE 7mm (.25”) HASTA 15mm (1/2”)

DIAMETROS NOMINALES: 100mm (4”) – 500mm (20”)

RUGOSIDAD K: 0.01-0.02 mm

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costes de transporte y acomodo, al no requerir costosos equipos de manipulación.

• La longitud nominal puede ser a petición de cada proyecto en específico, desde 2 hasta 10 mts.

• La fabricación y modificación de la tubería y accesorios puede ser en sitio, lo que supone un mayor avance en el proyecto y menos paros.

• Toda la línea de accesorios, como yees, tees, reducciones, codos, respiraderos etc., son hasta un 40% más económicos que otros materiales, lo que reduce el costo total del proyecto.

• Las uniones de la tubería FIBRAPLASTIC, pueden ser de varias maneras: unión con manguito, en caso de necesitarse una tubería que pueda ser movida de un lugar a otro, unión laminada, en caso de requerirse una unión más resistente química y mecánicamente hablando, para uniones con juntas de dilatación en caso de longitudes mayores, y unión bridada, la cual se aplica en casos de que combine con mas materiales como el PVC, acero, etc.

Las anteriores, y muchas más ventajas le resultan al proyectista un menor costo por metro lineal que otras tuberías de diámetro equivalente.

APLICACIONES DE LA TUBERIA FIBRAPLASTIC

Entre las aplicaciones más comunes de la tubería TR-450A, se encuentran las que siguen: Sector Agrícola:

• Conducción de aguas para riego interparcelario, a gravedad y a presión. Gracias a la fácil adaptación de la tubería a las trayectorias ideales para el riego, la tubería TR-450A, en conjunto con todos sus accesorios, ha resultado un producto óptimo para aplicaciones agrícolas.

• Rehabilitación de las líneas de canales de conducción. Esto es, utilizando las líneas de canal abierto ya existentes, pero que por razones de deterioro de los mismos, resulta incosteable su reutilización, por lo que la solución más viable es el uso de tubería.

Otra de las ventajas que sobresalen en las aplicaciones agrícolas es el trazado del proyecto de conducción, el cual puede tener radios amplios de giro sin necesidad de accesorios especiales que suelen ser muy caros, así como elevaciones y bajadas características del terreno.

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Sector Industrial: • Conducción de químicos. Debido al uso

opcional de resinas especiales más resistentes a las altas temperaturas y PH elevados, es posible la conducción de ácidos, cloros, combustibles entre otros químicos con diferentes porcentajes de concentración.

• Conducción de vapores a presiones positivas y negativas. Para sistemas de inducción y extracción de gases para la industria electrónica o geotérmica. Es aquí donde sale a relucir una importante ventaja técnica de la tubería: el bajo peso especifico, ya que al ir colgados con apoyos aislados, tanto la manipulación, el montaje, el funcionamiento y mantenimiento posterior, cuanto menor es el peso, más sencilla y segura es la instalación y el funcionamiento.

• Depósitos para aguas y ácidos. Debido al proceso de fabricación. La tubería, en diámetros mayores, puede ser utilizada como tanque o cárcamo de carga para cualquier sistema de tuberías.

• Plantas de tratamiento de aguas negras o grises, conducción de aguas azufrosas, en el caso de la industria geo-termoelectrica.

Sector Urbano: • Tuberías de drenaje en zonas urbanas o semi

urbanas. • Tuberías paralelas a puentes o en voladizos. • Sistemas de conducción de agua potable.

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NORMATIVAS. Las actuales normativas en el diseño y fabricación de tuberías PRFV en México están regidas por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), a través de las siguientes Normas aplicables: NOM-001-CONAGUA-1995 “Distribución de agua para alcantarillado” Marca las pautas a seguir para lograr la certificación de las condiciones de hermeticidad adecuadas del sistema de tubería. NOM-013-CNA-2000 “Redes de distribución de agua potable, especificaciones de hermeticidad y métodos de prueba” Esta Norma Oficial Mexicana, establece las especificaciones y métodos de prueba, que debe cumplir la red de distribución de agua potable para garantizar su hermeticidad y estanquidad, con el fin de preservar el recurso hidráulico y evitar su contaminación. Actualmente la tubería FIBRAPLASTIC TR-450A se encuentra en proceso de certificación ante la CONAGUA, en las Normas antes citadas. Además, el departamento de diseño y desarrollo de FIBRAPLASTIC se basó en los estándares americanos ASTM aplicables a la tubería PRFV, entre las cuales están:

ASTM D-2992. “Obtención del valor de la presión nominal de diseño de la tubería PRFV”. ASTM D-3262 “Especificación estándar de tubería PRFV para uso en alcantarillado”

ASTM D-3681 “Prueba estandarizada para la resistencia química de la tubería PRFV” ASTM D-4161 “Especificaciones estándar para las uniones con juntas de elastómeros en la tubería PRFV” ASTM D-5395 “Método estándar para determinar la resistencia a la flexión a largo plazo” CERTIFICACIONES. Hasta este momento, la tubería FIBRAPLASTIC (TR-450A) cuenta con dos certificaciones importantes para el aseguramiento de la calidad y funcionamiento óptimos. Una de ellas es la certificación de los procesos de fabricación y calidad según la Norma ISO 9001:2008, con el siguiente alcance: “Fabricación de tubería para conducción, de fibra de vidrio, para el sector agroindustrial” el cual nos brinda las herramientas necesarias para la verificación y estandarización del producto final, así como procedimientos de control de calidad y pruebas. Por otro lado, contamos con la certificación de productos y procesos de fabricación aplicados a la fibra de vidrio, basados en las Normas Internacionales ASTM: ASTM D256 Propiedades de impacto ASTM D570 Absorción de humedad ASTM D638 Propiedades de tensión ASTM D790 Propiedades de flexión ASTM D792 Gravedad especifica ASTM D2583 Dureza del material ASTM D2584 Contenido de resina STRUCTURAL COMPOSITES INC., localizado en Melbourne, Florida, E.E.U.U., es el laboratorio certificado que realizó el ensayo y pruebas de los materiales de FIBRAPLASTIC.

NORMATIVAS Y CERTIFICACIONES

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CERTIFICADOS

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La tubería TR-450A pasa por tres principales Controles de Calidad durante el proceso de fabricación, las cuales controlan las características de desempeño del producto. Prueba Hidrostática: consiste en adecuar un espécimen de tubo a un banco de pruebas, llenarlo con agua a presión (dependiendo de la presión nominal del tubo) para verificar su resistencia de diseño. Se somete a cargas cíclicas dese 1 hasta 5 o más atmosferas según sea el caso, durante lapsos de 1 a 3 horas. Prueba de Rigidez: consiste en cortar especímenes de tubo de 30 centímetros de largo y someterlo a compresión radial en un banco de pruebas especialmente adaptado para ello. Se realizan medidas a ciertos valores de torsión aplicados, se realiza las graficas de comportamiento, y se calculan los valores de Rigidez expresada en fuerza (KPa), así como la Rigidez Porcentual (%).

Prueba de Espesor: consiste en verificar las dimensiones de diseño y uniformidad del espesor a lo largo del tubo. Al final de la serie de pruebas se genera un Reporte de Pruebas para Tubería, que una vez selladas y aprobadas, se envían al cliente a manera de Certificado de Conformancia de Producto. Además se cuenta con procedimientos de inspección visual a lo largo del proceso, de esta manera se emiten alertas a tiempo en caso de haber algún parámetro o característica fuera de rango. Parte importante en la fabricación e instalación de tubería es la de la Trazabilidad de Producto, el cual nos permite el monitoreo continuo de las materias primas, funcionamiento de equipo, así como el monitoreo post-venta. Cada tubo se marca con un número de parte que nos permite el rastreo de cada espécimen en cada uno de los proyectos en los que se participa.

CONTROL DE CALIDAD EN LA FABRICACION

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Parte fundamental en la elección del tipo de tuberías a utilizarse en un proyecto de instalación, vienen a ser los accesorios tales como codos, y diferentes tipos de coples, compuertas de control, tubos de venteo, etc. FIBRAPLASTIC ofrece un catálogo diverso de accesorios que complementan de manera eficiente, y sobre todo más económica que los materiales alternos, resultando en un proyecto de tubería hasta un 35% menos costoso que en los demás materiales, ya que el precio neto por metro lineal instalado es considerablemente más bajo. Una característica importante de los accesorios en una tubería de tipo PRFV, es que son en muchos casos prescindibles, es decir, que debido a la naturaleza del tubo, este puede ser fácilmente adaptado a la trayectoria proyectada sin necesidad de codos (en ciertas aplicaciones), además de que las ramificaciones no requieren de coples “T”, sino que van injertadas a la tubería principal por medio de laminación. Además, estos injertos pueden incluir otros materiales como PVC, Polietileno, ABS, etc. pudiendo conjugarse con sistemas de tubería ya existentes.

Para la fabricación de codos, yees o tees especiales, primero se hace el levantamiento de suelo, indicando radio de giro, ángulo y distancias

necesarios. Después se diseña y se calculan caudales y esfuerzos mediante simulación por computadora. Posteriormente se fabrican las guías o plantillas para poder fabricarlos inclusive en sitio.

UNIONES, ACCESORIOS, COMPLEMENTOS Y PIEZAS ESPECIALES

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La gama de accesorios para tubería FIBRAPLASTIC abarca: • Codos. de 30°, 45°, 90°, además de fabricar en

ángulos especiales bajo pedido del cliente. • Tee. de diferentes diámetros, con

combinaciones diversas. • Yee. de diferentes diámetros y ángulos de

salida. • Reducciones. Pueden ser excéntricas o

concéntricas, dependiendo si es instalación enterrada o colgante.

• Bridas. Según las normas ANSI, ISO o equivalentes de diferentes medidas.

• Tubos respiraderos. Para alivio de presión evitando los efectos del Golpe de Ariete.

• Válvulas check. Para respiraderos, desde 4, 6 y 8 pulgadas o equivalente en milímetros.

• Compuertas de Control. De caudal, tipo válvula, tipo alfalfera, de diferentes diámetros nominales.

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Para diámetros de tubería mayores, el proceso y materiales de fabricación cambian en algunos parámetros, para asegurar la estabilidad dimensional, rigidez y presión a la que este tipo de tuberías son sometidos en campo. Se consideran diámetros mayores arriba de 600 mm (24 pulgadas) y hasta 2 700 mm (100 pulgadas).

La composición de la tubería TR-650A, a diferencia de la tubería TR-450A, consta de una hibridación Acero-Fibra de Vidrio, que le confiere un desempeño notablemente superior que los materiales tradicionales, léase PVC, ABS, polietileno, etc.

El diseño de esta tubería se basa en las últimas tecnologías en cuanto al estudio de los materiales se refiere, al combinar dos o más materiales para un mismo trabajo, que gracias a sus diferencias atómicas y naturalezas diversas, en conjunto adquieren propiedades superiores, reteniendo las ventajas individuales de cada uno de ellos. Actualmente estos conceptos están siendo ampliamente utilizados en diferentes rubros como la industria aeronáutica, que requiere de materiales resistentes a los ciclos de carga, y que a su vez sean ligeros.

COMPOSICION

La tubería TR-650A queda compuesta de múltiples capas tanto de fibra de vidrio, como acero (malla electro soldada), cada una aportando diferentes propiedades, que a continuación se enlistan:

• Fibra de Vidrio: (mezcla fibra de vidrio-resina poliéster y gel-coat). Aporta al conjunto principalmente resistencia a la corrosión (material encapsulante), resistencia a los rayos UV, impermeabilidad, bajo peso especifico del conjunto, coeficiente de fricción bajo, y la ya conocida versatilidad para adaptarse al proyecto de conducción. Aporta flexibilidad al conjunto, que se traduce en mayor capacidad de absorción de impactos, llegando a su límite elástico solamente.

• Acero: (malla de acero A36). Aporta su alta resistencia a la tracción, a la deformación circunferencial y a la compresión. Aporta alto índice de rigidez (cuando así se requiere), estabilidad dimensional incluso a altas temperaturas. Aporta un alto Modulo de Resilencia (rigidez del cuerpo) al conjunto.

Lo anterior, representado y explicado en un diagrama general de Esfuerzo-Deformación, quedaría como sigue:

Donde la fibra de vidrio proporciona un alto índice de resistencia a la fluencia (B y C),

TUBERIAS DE DIAMETROS MAYORES (TR-650A)

Refuerzos de PRFV de 3” a cada 1 metro

Ceja de 3” a lo largo de la sección longitudinal

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manteniendo al conjunto alejado del límite de deformación plástica. El acero proporciona un alto Modulo de Resilencia (0-A) representada por el área triangular debajo de la recta de la grafica, lo que significa alta capacidad de resistencia contra el rayado (dureza especifica) y resistencia general del conjunto.

Las capas de una pared típica de tubo TR-650A queda como sigue:

Por ejemplo, las dimensiones y especificaciones para un tubo de 2000 mm en conducción por gravedad quedarían como sigue:

Pared: 7.5 mm totales, de los cuales 6 mm son de fibra de vidrio, contra 1.5 mm de refuerzo de acero. Un tubo de PRFV 100% requeriría de 76 mm para igualar las características deseadas.

Peso especifico: 5.6 Kg/m2, comparados con 28.5 Kg/m2 en una tubería de acero 100% en las mismas características de conducción.

Para conocer más a detalle sobre las ventajas de esta tubería, favor de ponerse en contacto con el departamento técnico y solicitar mayor información.

Asimismo, las uniones en este tipo de tuberías se recomiendan bridadas, para un mejor desempeño en zonas inestables, o para aplicaciones no tan profundas.

Malla de acero A36 de 1.5 mm

Fibra de Vidrio 3 mm de espesor

Proyecto de instalación de 500 metros de tubería TR-650A de 1500 mm (60”) en torre de enfriamiento en la Unidad

Cerro Prieto 1 y 2. Comisión Federal d Electricidad (Octubre 2005)

Fibra de Vidrio 3 mm de espesor

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DESCARGA Y RECEPCION DE LOS TUBOS La tubería FIBRAPLASTIC es de fácil manipulación e instalación, por lo que no se exigen operarios especializados. Sin embargo, la descarga de los tubos deberá ser con las herramientas adecuadas, para asegurar su integridad hasta el momento de introducirlo a la zanja. La maquinaria de manipulación, que pueden ser retroexcavadoras,

exento de objetos cortantes. La altura máxima de estibamiento no debe pasar los 2 metros, para seguridad del personal.

Brazo largo, grúas, etc. Deberá contar con bandas o cadenas con protección de hule o plástico que garantice que la superficie del tubo no quede dañada.

Los tubos no deben someterse a ningún tipo de carga de impacto y deben depositarse en el suelo sin dejarse caer. Deben adoptarse precauciones para evitar rodar o deslizar los tubos sobre terrenos escabrosos, terrones o piedras, para evitar daños por cargas puntuales.

El terreno destinado para apilar los tubos (almacenaje) deberá ser plano y nivelado para evitar deformaciones. Igualmente debe estar

MANEJO E INSTALACION DE TUBERIAS ENTERRADAS

Distanciamiento de los soportes

Soportes triangulares en los costados soportados en madera de 30 cms de ancho.

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Los tubos y accesorios pueden ser descargados del camión a lo largo de la línea de zanja. Al descargarlos de este modo deben observarse los siguientes puntos:

• Descargar los tubos tan próximos a la zanja como sea posible para evitar manipulaciones extra posteriores.

• Descargar los tubos en el lado opuesto al del vertido de la tierra de modo que se pueda hacer rodar fácilmente los tubos al borde de la zanja para descenderlos a su posición.

• Descargar cada tubo a intervalos de seis metros, o cada caja de tubos a múltiplos de seis metros.

ANCHO DE LA ZANJA

El ancho de la zanja será determinado por el diámetro nominal (DN) del tubo. Asimismo se debe considerar espacio suficiente para la manipulación, ensamble y compactación de las costillas de relleno para asegurar el apoyo del tubo. A continuación se muestra la tabla de ancho de zanja:

ALMACENAMIENTO

La tubería puede ser almacenada en sitio, siempre y cuando el terreno presenta las características adecuadas para ello, como que este sea llano y libre de piedras o cualquier otro material que pueda ser potencialmente perjudicial. Cuando la superficie es desigual, deben usarse soportes de madera, como se mostro en los diagramas anteriores.

INSTALACION

La longitud más usual de los tubos es de 7 metros. Los tubos y accesorios pueden depositarse a lo largo de la zanja, sin embargo es aconsejable no avanzar mucho abriendo la zanja con respecto al tendido de la tubería. Esto minimizara el trabajo adicional no programado en caso de inundación o de colapso del parámetro de la zanja y cualquier accidente de tráfico o de trabajadores.

PARA LA CONSTRUCCION DE LA ZANJA

Las zanjas deben excavarse con la alineación, el ancho, pendiente y profundidad requeridos por el proyecto, ya sea tubería a presión o por gravedad.

El material del lecho debe seleccionarse para satisfacer las especificaciones del proyecto y las condiciones de la zanja. Se recomienda usar un material granular para el lecho. Los suelos con grano muy fino o plastoso son inadecuados.

La superficie del lecho debe de poder drenar libremente, ser continua y suave, y no presentar partículas muy grandes ni duras, de manera que se pudiera provocar una carga puntual en el tubo.

En un buen suelo arenoso puede ser factible conformar el fondo de la zanja satisfactoriamente sin necesidad de usar una capa extra en el lecho. A su vez se recomienda que los 300 mm, superiores del lecho se dejen sin compactar, de modo que el tubo se asiente por si solo en el lecho.

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El desarrollo de la resistencia pasiva del suelo, en combinación con el relleno de zanja, es la diferencia fundamental entre las tuberías flexibles y las rígidas, dado que el comportamiento de una tubería flexible depende de la capacidad de soportar carga , formando un sistema tubería-suelo, más que el de la tubería aislada.

Dando una mejor interpretación a la ilustración de la zanja, una vez sentado el tubo, se recomienda primeramente el formado y compactación de lo que llamamos zona critica, que representa ¼ de la circunferencia del tubo, la cual deberá compactarse con pisón ligero a ambos lados del tubo, asegurándose en un 100% que no lleve partículas grandes o rocosas que pudieran ocasionar alguna carga puntual.

En terminología dentro de la ingeniería, la tubería FIBRAPLASTIC es considerada dentro de la clasificación de tubería flexible, lo que significa que están diseñados para deformarse o fluctuar de forma diametral, dentro de los límites establecidos en la etapa de diseño del tubo, sin sufrir un colapso estructural. La carga del suelo externa sobre una tubería flexible enterrada provoca una disminución del diámetro vertical y un aumento en el diámetro horizontal de la tubería. El movimiento horizontal de la tubería hacia el material del suelo a los costados de la tubería desarrolla una resistencia pasiva que ayuda a soportar la carga externa. La resistencia del suelo la determinan su tipo, densidad y contenido de humedad. Cuanto mayor sea la resistencia del suelo, menor será la deflexión de la tubería.

Posteriormente se procede al relleno de la caja de la zanja, hasta la altura nominal del tubo. Se va compactando por capas con un pisón ligero, o con placa vibratoria, dejando sin compactar la proyección del diámetro del tubo hacia arriba.

Finalmente viene el relleno superior, que puede ser de menor calidad o grano mayor, teniendo como mínimo un espesor de 300 mm, para asegurar el completo aislamiento hacia la superficie. Cabe mencionar que este diagrama representa la instalación sin considerar el paso de tráfico, ya sean camiones, ganado, maquinaria etc. En el caso de requerirse, se utilizara una capa superior más gruesa, en combinación con una tubería de mayor rigidez.

Relleno de aportación, mínimo 300 mm Zona no compactada

Terreno natural

Zona de compactación con relleno seleccionado

Zona crítica de compactación DNx0.2

Rasante del terreno

UNIONES.

Las uniones disponibles para la tubería FIBRAPLASTIC son tres, debiendo elegir la más adecuada para cada aplicación en particular, dependiendo de la naturaleza de la instalación.

• Unión con manguito (empaque): consiste en un empaque de EPDM (elastómero) de dureza 50, integrado a una campana de fibra de vidrio. Este tipo de unión mecánica, nos permiten ventajas en las uniones, tales como desviaciones angulares de hasta 3°, permitiéndonos trayectorias no lineales a través del trazado. Otra ventaja es la de la posibilidad de reutilización de la tubería en diferentes lugares, al ser fácilmente desmontables. El manguito puede ser doble o sencillo.

• Unión laminada: consiste en la unión de la tubería por medio de laminación de fibra de vidrio (unión química). Esta unión es muy utilizada cuando se requiere de mayor resistencia a la tracción, o cuando la zona de instalación es altamente sísmica o no uniforme. Este método nos permite tener una junta de dilatación que compensará el aumento longitudinal del tubo debido a los cambios de temperatura que pudieran suscitarse. Excelente en la conducción de químicos.

• Unión bridada: este tipo de unión es recomendable en aplicaciones industriales, como conducción de químicos y ácidos, así como en tuberías colgantes y líquidos a presión, ya que esta unión presenta ventajas de resistencia sobre las demás uniones.

Otra de las ventajas es la posibilidad de acoplarse a diferentes tipos de tuberías como PVC, acero, etc.

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SELECCIÓN DEL TUBO.

Antes de seleccionar o diseñar un tubo, deben de saberse los siguientes parámetros hidráulicos:

DEFLEXION DE DISEÑO.

• Fluido a conducirse • Caudal de la tubería • Presión de la tubería (si procede) • Efectos del Golpe de Ariete • Pendiente del trazado • Lista de accesorios • Temperatura de trabajo • Clasificación y naturaleza del suelo

CARACTERISTICAS DEL TUBO. Las tuberías flexibles son receptoras de ciertos esfuerzos, tanto internos (por el fluido que conducen) como externos (debido a las características del suelo, movimientos, asentamientos, etc). El objetivo del diseño de este

De acuerdo con las Normas ASTM D5365 y ASTM D3681, se determinaron los valores permisibles de deflexión porcentual (rigidez) en la sección transversal del tubo, quedando como sigue:

Rigidez= Rt = F / ∆y = (KPa) Donde: F= carga aplicada al espécimen (Kg) ∆y= magnitud de deflexión vertical (mm) Estos valores se obtienen de un muestreo de especímenes de tubo de 30cm de largo, tomando al menos 20 muestras de una sola corrida. Se colocan en un banco de pruebas, se realizan las

tipo de tuberías es de formar un sistema tubería-suelo, que trabaje en conjunto para adaptarse a los cambios de la naturaleza en donde se desenvuelve. Uno de los factores a considerar es el empuje lateral, esto es, la carga del suelo externa provoca una disminución en el diámetro vertical y un aumento en el diámetro horizontal del tubo. Esto en conjunto con el material de relleno, provoca una resistencia pasiva que ayuda a soportar la carga externa.

mediciones y se realizan gráficos de comportamiento. Aplicando métodos estadísticos se obtiene la media del valor de rigidez, que al final queda expresado en valor porcentual:

Rigidez P = ∆y / d ∙ 100 = (%) Donde: ∆y= magnitud de deflexión vertical (mm) d= Diámetro real del tubo (mm)

ANEXO TECNICO

Banco de pruebas para la obtención de la rigidez

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RESISTENCIA QUIMICA Además se realizaron pruebas para determinar la resistencia química del tubo bajo efectos de deflexión (ASTM D3681), que consiste en colocar un espécimen de tubo en un banco de pruebas de tal manera que sea sometido a deflexión vertical, a su vez que contenga una sustancia que en teoría pudiera conducir (ácidos, fertilizantes, combustibles en diferentes concentraciones etc.)

Se recopilan datos de deformaciones y esfuerzos, niveles de PH, se grafican, se correlacionan en una ecuación logarítmica proyectada a 50 años, para la aceptación para la conducción de cada sustancia en particular. Hasta ahora se han obtenido ensayos en las siguientes sustancias aprobadas:

RESISTENCIA A LA ABRASION Teniendo en cuenta las características de las materias primas actuando en conjunto, y comparando contra otros materiales alternativos, se tiene que las tuberías PRFV en general presentan una mayor resistencia a la abrasión (rayado de superficie), que a su vez se traduce en una superficie mas lisa y uniforme a través del tiempo, garantizando un comportamiento laminar del fluido a lo largo de la vida útil del tubo. PRESION HIDROSTATICA Basados en la Norma ASTM D2992, se obtiene el valor básico de la presión de diseño del tubo PRFV, basado en un muestreo y selección de 25 especímenes de tubo del diámetro nominal deseado, someterlos a cargas de presión internas de 25 ciclos por minuto a diferentes rangos de presión, a temperatura controlada (25°C). Todo esto en banco que soporte adecuadamente al tubo y con dispositivos que permitan la aplicación de dichos ciclos de presión. Las pruebas serán destructivas, es decir, hasta la cedencia de cada uno de los especímenes, para sacar la media y aplicar un factor de seguridad de al menos 1.5, para así declarar un valor de presión nominal, aplicando la siguiente ecuación:

S = P (D-tr) / 2tr = (KPa)

Tabla comparativa de nivel de abrasión materiales alternativos

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Donde: S= resistencia circunferencial (Hoop stress) D= diámetro exterior promedio (mm) P= presión interna aplicada (KPa) tr= espesor mínimo de pared del tubo (mm)

CALCULO HIDRAULICO Hay numerosas formulas disponibles para la resistencia al flujo de tuberías a presión. Entre las formulas empíricas tenemos las siguientes: Hazen-Williams….……………..… V = 0.345 C∙d0.63 I0.54

Donde: V= velocidad (m/seg) I= gradiente hidráulico d= diámetro (m) C= coeficiente de Hazen-Williams Ecuación de Manning……………..……V = 1/n∙R0.65 I0.5

Donde: R= radio hidráulico medio=d/4 n= “n” de Manning Ecuación de Chezy………………….…V= 0.55 Cz R0.5 I0.5

Donde: Cz= Numero de Chezy Ecuación de Darcy……………………...V= (2g∙I0.5∙d/f)0.5

Donde: G= aceleración de la gravedad F= factor de fricción de Darcy Ecuación de Transición Colebrook-White

V=-2√(2gdI) log(k/3.7d + 2.51ν/2gdI) Donde: V= velocidad (m/seg) I= gradiente hidráulico (m/m) K= coeficiente de rugosidad (m) ν= viscosidad cinemática (m2/seg) d= diámetro interno (m) g= aceleración de la gravedad (m/seg2) Como puede observarse en las ecuaciones anteriores, todas son aceptables para la obtención de valores de flujo para tuberías, sin embargo la última (Colebrook-White) tiene en cuenta parámetros extra como el número de Reynolds y la viscosidad cinemática, arrojando

Banco de pruebas cíclicas de presión hidrostática

Tabla obtenida de resistencias a la tensión circunferencial.

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parámetros más precisos en aplicaciones reales que las primeras. Como puede observarse en la tabla de abajo, el comportamiento del agua varía sensiblemente con el aumento de temperatura, por lo que es recomendable considerar este valor en el cualquier cálculo hidráulico.

Debido a que la ecuación Colebrook-White suele ser compleja, es conveniente expresar la pérdida de carga con la siguiente fórmula:

H= λ ∙ L/d ∙ v2/2g = (m de fluido)

Donde λ es el factor de fricción que a su vez se obtiene de la formula:

λ= 0.25/ [log (k/3.71d + 5.74/Re0.9 )]2

Re= Numero de Reynolds (vd/v) L= longitud de la tubería (m) ν= viscosidad cinemática (m2/seg) Perdidas por fricción en accesorios. En todo cálculo de una red de tuberías deben considerarse las perdidas por fricción en los accesorios, tales como codos, yees, válvulas etc. Ya que estos accesorios podrían ocasionar pérdidas considerables de carga y más si el trazado de tubería es corto. Existe una formula estándar para determinar las pérdidas en los accesorios, y queda como sigue:

H= K∙v2/ 2g = (m)

Donde K es el coeficiente de pérdida de carga de x accesorio, de los cuales se enlistan los más comunes:

Tabla de viscosidad cinemática del agua limpia

Tabla: coeficientes de perdidas en accesorios

Tabla: capacidad hidráulica en tubos a presión

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Efectos del Golpe de Ariete. El golpe de Ariete puede presentarse tanto en tuberías a presión como atmosféricas, por ejemplo cuando el fluido cambia repentinamente. Las causas usuales de los cambios de caudal pueden ser la apertura y cierre de las válvulas de control, el arranque o parado de bombas, movimientos telúricos, etc. Con un cálculo aproximado para la variación de la presión en un punto dado, en una tubería recta con pérdida de carga ocasionada por cambios de velocidad en el fluido, puede calcularse de la siguiente manera (formula de Jukousky):

δH = w δv/g Donde: δH= diferencial de cambio de presión (m) w= velocidad de la onda de presión (m/seg) g= aceleración de la gravedad (m/seg2) δv= cambio de velocidad del liquido (m/seg) Para tuberías de PRFV se recomienda considerar la velocidad de onda de presión (w) de 420 m/seg. Para atenuar la posibilidad de un golpe de ariete en un sistema de tuberías, se recomienda lo siguiente: • Cierre de válvulas. El golpe de ariete en un

sistema a presión se produce normalmente por la rápida operación del cierre de la válvula de control, por lo que se recomienda un cierre

paulatino de la válvula de manera que no se cree una contra presión.

• Apertura de válvulas. Igualmente producen efectos de ondas de presión, casi siempre negativa, llegando ocasionar daños en las uniones y en las válvulas más próximas. Se recomienda una apertura paulatina.

• Arranque de bomba. En caso de un sistema de bombeo, y más cuando la tubería esta vacía, se genera una contrapresión. Se recomienda un llenado con velocidad moderada, hasta que la línea este completamente llena.

• Paro de la bomba. En al caso de un paro por falla eléctrica, o cierre repentino, se crea una cavitación en la tubería, provocando presiones negativas, que pudieran terminar en golpe de ariete, dañando tanto tubería como equipos.

Además de las anteriores recomendaciones, se aconseja el empleo de válvulas de venteo en donde hay cambios de dirección (codos, tees), antes o entre válvulas de control, así como en pendientes muy pronunciadas. En el caso de tuberías rectas largas, se recomiendan válvulas de venteo cada 150 ó 200 metros, para atenuar dichos efectos.

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CALCULOS EN LA MATERIAS PRIMAS. Fibra de vidrio. Calculo de esfuerzos a la tensión. Las graficas de esfuerzos aplicados a la tensión (ASTM D368) en varios especímenes de fibra de vidrio, de espesor de 1/8” (3mm) y área transversal de 1 cm2 arrojan valores de carga de hasta 1,262 Kg/cm2, quedando como el valor de resistencia ultima (Su) a la tensión. El valor nominal queda en 1000 Kg/cm2 de esfuerzo. El comportamiento de los especímenes de prueba se refleja en la siguiente grafica:

Calculo de esfuerzos a flexión A fin de deducir las relaciones y variables en el cálculo de esfuerzos normales en flexión de cualquier material, se deben hacer las siguientes suposiciones: • El espécimen se somete a flexión pura; esto

significa que la fuerza cortante es nula y que no hay cargas de torsión o axiales presentes.

• El material es isotrópico y homogéneo. • El material cumple con la ley de Hooke. • Inicialmente el espécimen es recto con una

sección transversal constante. • Las secciones transversales permanecen

planas durante la flexión.

En un diagrama típico de deflexión provocada, la muestra es sometida a un momento flexionante positivo M. la aplicación de dicho momento positivo causara que la superficie superior del elemento se doble hacia abajo; entonces el eje neutro estará curvo, y la superficie inferior se doblará hacia arriba, a determinado ángulo. Basados en el método de prueba de la ASTM (D790), se obtiene el valor de la resistencia última a la flexión, así como el modulo de deflexión de diseño. De acuerdo con el ensayo de varios especímenes de fibra de vidrio reforzada con resina poliéster, para un espesor de 1/8” (3mm), y una superficie de 14.9 cm2 (2.317 in2), se le aplicó una carga de 87.54 Kg (193 lb) arrojando los siguientes resultados:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/Shear_scherung.svg�

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• Resistencia ultima (Su) a la flexión: 30,333 PSI (2,132.6 Kg/cm2)

• Modulo de elasticidad (E): 1,160,046 PSI (7998.24 MPa)

Acero A36.

El acero, según graficas y ensayos realizados por la SAE (Society of Automotive Enginners) y la ASTM, presenta las siguientes características:

• Densidad volumétrica: 7860 Kg/m3 (0.284 lb/in2) peso especifico.

• Resistencia ultima a la tensión: 400 Mpa (58 ksi)

• Fluencia a la tensión: 36 Ksi (250 Mpa)

• Modulo de elasticidad: 200 Gpa (29x106 PSI)

En el caso de la malla desplegada plana cal. 16 propuesta para la tubería TR-650A, se tiene que:

• Peso especifico: 2.77 Kg/m2

• Resistencia ultima: 360 Kg/cm2

En la grafica se observan los parámetros de medición para el establecimiento de los límites elásticos y plásticos del acero.

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