UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 2017. 11. 22. · 2.8.1 norma tÉcnica...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“DISEÑO ESTRUCTURAL DE SISTEMAS DE TUBOS PLÁSTICOS

PARA FLUJO A GRAVEDAD EN CONDICIONES ESPECÍFICAS DE

LOS SUELOS DEL ECUADOR”

TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO COMO REQUISITO

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

AUTOR: VILATUÑA MANOBANDA HENRY JAVIER

TUTOR: ING. EFRÉN WILFRIDO ORTIZ MOYA M.Sc.

Quito, 19 de Octubre 2017

ii

DERECHOS DE AUTOR

iii

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

iv

APROBACIÓN DE LOS LECTORES

vi

DEDICATORIA

A mis padres, mi hermano y mis hermanas,

por brindarme todo el apoyo incondicional

para cumplir una meta más en mi vida.

HENRY JAVIER VILATUÑA MANOBANDA

vii

AGRADECIMIENTO

Agradezco primeramente a Dios por darme cada día las fuerzas necesarias para

seguir adelante y por haberme dado una linda familia.

A mis padres, Ruth Manobanda y Manuel Vilatuña, quienes me dieron consejos y

valores que me guiaron por el camino correcto para cumplir un sueño más en mi

vida.

A mi hermano Geovanny Vilatuña y mis hermanas Paola Vilatuña y Alin Vilatuña,

que junto a mi compartieron muchas alegrías, tristezas, y no dejarme solo en los

momentos más difíciles de mi vida.

HENRY JAVIER VILATUÑA MANOBANDA

viii

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR .................................................................................... ii

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ....................................................................... iii

APROBACIÓN DE LOS LECTORES .............................................................. iv

DEDICATORIA ................................................................................................... vi

AGRADECIMIENTO ........................................................................................ vii

CONTENIDO ..................................................................................................... viii

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... xi

LISTA DE TABLAS .......................................................................................... xiii

LISTA DE GRÁFICOS ...................................................................................... xv

LISTA DE ANEXOS ........................................................................................ xviii

RESUMEN. ......................................................................................................... xix

ABSTRACT ......................................................................................................... xx

CAPÍTULO I ......................................................................................................... 1

GENERALIDADES .............................................................................................. 1

1.1 Antecedentes ............................................................................................ 1

1.2 Objetivos .................................................................................................. 2

1.2.1 Objetivo General ............................................................................... 2

1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................ 2

1.3 Alcance ..................................................................................................... 2

1.4 Justificación .............................................................................................. 2

CAPÍTULO II ........................................................................................................ 4

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ...................................................................... 4

2.1 Terminología y definiciones ..................................................................... 4

2.2 Sistema de tubos enterrados con flujo a gravedad.................................... 5

2.2.1 Zanja tipo angosta ............................................................................. 5

2.2.2 Zanja tipo terraplén ........................................................................... 6

ix

2.2.3 Cargas que actúan sobre la tubería .................................................... 7

2.2.3.1 Cargas Muertas .......................................................................... 7

2.2.3.2 Cargas vivas ............................................................................... 8

2.2.4 La rigidez del suelo alrededor del tubo ........................................... 15

2.3 Interacción tubo – suelo. ........................................................................ 15

2.4 Deflexión de tubería ............................................................................... 16

2.4.1 Teoría de Marston. .......................................................................... 16

2.4.2 Ecuación modificada de IOWA ...................................................... 20

2.5 El abollamiento o pandeo ....................................................................... 25

2.5.1 Comprobación de la estabilidad dimensional ................................. 25

2.5.2 Acción del nivel freático en tuberías flexibles enterradas .............. 28

2.5.3 Acción simultánea de presión del suelo y agua externa .................. 30

2.6 Rotura de la pared ................................................................................... 31

2.7 Rigidez Anular del tubo ......................................................................... 32

2.7.1 Método de carga variable ISO 9969................................................ 32

2.7.2 Método de carga constante ISO 9969 ............................................. 35

2.8 Control de Calidad .................................................................................. 38

2.8.1 NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2059, (2015),

TUBOS PERFILADOS DE PVC RÍGIDO DE PARED ESTRUCTURADA E

INTERIOR LISA Y ACCESORIOS PARA ALCANTARILLADO.

REQUISITOS. .............................................................................................. 38

2.8.1.1 La rigidez anular ...................................................................... 41

2.8.1.2 Aspecto superficial .................................................................. 41

2.8.1.3 Materiales................................................................................. 41

2.8.1.4 Sellante y tipo de unión ........................................................... 42

2.8.1.5 Requisitos dimensionales ......................................................... 44

2.8.1.6 Accesorios ................................................................................ 53

x


TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED ETRUCTURADA E

INTERIOR LISA PARA ALCANTARILLADO. REQUISITO E

INSPECCIÓN. .............................................................................................. 55

2.8.2.1 Materiales................................................................................. 58

2.8.2.2 Requisitos dimensionales ......................................................... 59

2.8.2.3 Requisitos mecánicos ............................................................... 63

2.8.2.4 Hermeticidad de juntas ............................................................ 64

2.9 Relación suelo-tubo (MARSTON Y IOWA) ......................................... 65

CAPÍTULO III .................................................................................................... 67

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS Y DETERMINACIÓN DE LOS

MÓDULOS DE REACCIÓN. ............................................................................ 67

3.1 Clasificación general de los suelos del Ecuador..................................... 67

3.2 Clasificación de los suelos según la provincia ....................................... 74

3.3 Clasificación de los suelos según las zonas de Quito ........................... 101

3.4 Módulos de reacción para los diferentes tipos de suelos ...................... 115

CAPÍTULO IV .................................................................................................. 117

DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBOS PLÁSTICOS PARA FLUJO A

GRAVEDAD ...................................................................................................... 117

4.1 Parámetros de diseño ............................................................................ 117

4.2 Cálculo tipo de diseño de tubos plásticos con flujo a gravedad ........... 119

4.2.1 Cálculo de carga muerta según la teoría de Marston .................... 119

4.2.2 Cálculo de carga viva .................................................................... 119

4.2.3 Cálculo de carga viva más impacto ............................................... 120

4.2.4 Cálculo de carga total (WcT) ........................................................ 120

4.2.5 Cálculo de la deflexión según el grado de compactación ............. 121

xi

CAPÍTULO V .................................................................................................... 123

PROPUESTA DE GRÁFICOS PARA SIMPLIFICAR EL CÁLCULO

ESTRUCTURAL DE TUBOS PLASTICOS. ................................................. 123

5.1 Gráficos para simplificar el cálculo del diseño estructural de sistemas de

tubos plásticos para flujo a gravedad .............................................................. 123

CAPÍTULO VI .................................................................................................. 177

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 177

6.1 Conclusiones ........................................................................................ 177

6.2 Recomendaciones ................................................................................. 179

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 180

ANEXOS ............................................................................................................ 181

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Zanjas tipo angosta. ................................................................................ 5

Figura 2: Zanja tipo terraplén positiva. .................................................................. 6

Figura 3: Zanja tipo terraplén negativa. ................................................................. 6

Figura 4: Detalle de carga muerta. ......................................................................... 7

Figura 5: Carga de prisma sobre la tubería. ........................................................... 7

Figura 6: Pesos y dimensiones de vehículos motorizados, remolques y

semirremolques. ...................................................................................................... 9

Figura 7: Pesos y dimensiones de posibles combinaciones. ................................ 10

Figura 8: Carga viva de camión. .......................................................................... 11

Figura 9: Carga viva de tándem. .......................................................................... 11

Figura 10: Carga HL-93. ...................................................................................... 12

Figura 11: Carga de carril. ................................................................................... 12

Figura 12: Altura de impacto. .............................................................................. 13

Figura 13: Método del tronco de pirámide. ......................................................... 14

Figura 14: Mecanismos de falla. .......................................................................... 15

Figura 15: Modelo general de Marston. ............................................................... 17

Figura 16: Proporcionalidad de la carga según la teoría de Marston. .................. 18

xii

Figura 17: Angulo de cimentación. ...................................................................... 20

Figura 18: Base de la derivación de la fórmula de IOWA, para el cálculo de

deflexiones en tuberías enterradas. ....................................................................... 21

Figura 19: Falla de abollamiento o pandeo por cargas externas en una tubería. . 26

Figura 20: Factor de reducción (C) para el cálculo de la presión crítica de

aplastamiento......................................................................................................... 27

Figura 21: Tubo enterrado bajo la acción del agua subterránea. ......................... 29

Figura 22: Coeficiente de penetración (presión externa del agua). ..................... 30

Figura 23: Falla de la pared en una tubería. ......................................................... 31

Figura 24: Tubo tipo A1 perfil abierto. ................................................................ 39

Figura 25: Tubo tipo A2 perfil cerrado. ............................................................... 40

Figura 26: Tubo tipo B Perfil de extrusión continua. .......................................... 40

Figura 27: Tubo con extremos campana y espiga terminal. ................................ 42

Figura 28: Tubo con dos espiga terminales. ........................................................ 43

Figura 29: Tubos de perfil abierto (PA), tipo A1. ................................................ 56

Figura 30: Tubos de perfil cerrado (PC), tipo A2. ............................................... 56

Figura 31: Tubos de perfil abierto (PA), tipo B. .................................................. 56

Figura 32: Construcción típica de tuberías de PE de pared estructurada, perfil

abierto. ................................................................................................................... 57


cerrado. .................................................................................................................. 57

Figura 34: Mapa general de los suelos del Ecuador. ........................................... 68

Figura 35: Suelos de la provincia de Esmeraldas. ............................................... 77

Figura 36: Suelos de la provincia de Manabí. ...................................................... 78

Figura 37: Suelos de la provincia del Guayas. ..................................................... 79

Figura 38: Suelos de la provincia de Santa Elena. ............................................... 80

Figura 39: Suelos de la provincia de los Ríos. ..................................................... 81

Figura 40: Suelos de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. .............. 82

Figura 41: Suelos de la provincia de el Oro. ........................................................ 83

Figura 42: Suelos de la provincia del Carchi. ...................................................... 84

Figura 43: Suelos de la provincia de Imbabura. .................................................. 85

Figura 44: Suelos de la provincia de Pichincha. .................................................. 86

Figura 45: Suelos de la provincia de Cotopaxi. ................................................... 87

xiii

Figura 46: Suelos de la provincia de Zamora Chinchipe. .................................... 88

Figura 47: Suelos de la provincia de Tungurahua. .............................................. 89

Figura 48: Suelos de la provincia de Bolívar. ...................................................... 90

Figura 49: Suelos de la provincia de Chimborazo. .............................................. 91

Figura 50: Suelos de la provincia del Cañar. ....................................................... 92

Figura 51: Suelos de la provincia del Azuay. ...................................................... 93

Figura 52: Suelos de la provincia de Loja. .......................................................... 94

Figura 53: Suelos de la provincia de Sucumbíos. ................................................ 95

Figura 54: Suelos de la provincia de Napo. ......................................................... 96

Figura 55: Suelos de la provincia de Orellana. .................................................... 97

Figura 56: Suelos de la provincia de Pastaza. ...................................................... 98

Figura 57: Suelos de la provincia de Morona Santiago. ...................................... 99

Figura 58: Suelos de la provincia de Galápagos. ............................................... 100

Figura 59: Zonificación de los suelos de Quito. ................................................ 101

Figura 60: Zona de suelo similares. ................................................................... 102

Figura 61: Clasificación de los suelos de Quito en área considerada en estudio de

1994. .................................................................................................................... 113

Figura 62: Ubicación de los puntos de estudio de suelo. ................................... 114

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Cargas máximas por eje (Toneladas) según la AASHTO LRFD 2012. 13

Tabla 2: Valores aproximados de la relación de esfuerzos de presión de suelo

laterales a verticales y coeficientes de fricción contra las paredes de la zanja como

función del tipo de suelo y su peso específico. ..................................................... 19

Tabla 3: Coeficientes de cimentación. ................................................................. 22

Tabla 4: Clasificación de suelos y valores de E2 (Módulo de reacción del suelo

kg/cm²). ................................................................................................................. 23

Tabla 5: Descripción de los tipos de suelos. ........................................................ 24

Tabla 6: Número de medida de la longitud. ......................................................... 34

Tabla 7: Coeficiente de deformación. .................................................................. 36

Tabla 8: Rigidez anular. ....................................................................................... 38

Tabla 9: Tolerancia para la longitud del tubo. ..................................................... 44

Tabla 10: Tolerancia sobre el diámetro interior del tubo. .................................... 45

xiv

Tabla 11: Espesores mínimos de pared interior (e1) en mm, tubos tipo A1. ....... 46

Tabla 12: Diámetros exteriores e internos de tubos tipo A2. ............................... 48

Tabla 13: Espesores mínimos de pared interior (e1) en mm, de tubos tipo A2. .. 49

Tabla 14: Diámetro exterior e interior de tubos tipo B. ....................................... 51

Tabla 15: Espesores mínimos de pared de tubos tipo B....................................... 52

Tabla 16: Cubrimiento axial. ................................................................................ 54

Tabla 17: Rigidez anular, serie del tubo. .............................................................. 55

Tabla 18: Diámetros mínimos y máximos, tubería de perfil abierto y cerrado tipo

A1, A2 y B. ........................................................................................................... 59

Tabla 19: Espesores mínimos de pared interior e1 en mm de tubos de perfil abierto

tipo A1. .................................................................................................................. 60

Tabla 20: Espesores mínimos de pared e1 en mm en tubos de perfil cerrado tipo

A2. ......................................................................................................................... 62

Tabla 21: Espesores mínimos de pared e1 y e3 en mm en tubos de perfil abierto

tipo B. .................................................................................................................... 63

Tabla 22: Resumen general de los suelos del Ecuador. ....................................... 69

Tabla 23: Columna de suelo zona f1. ................................................................. 103







Tabla 30: Columna de suelo zona l1. ................................................................. 106





Tabla 35: Columna de suelo zona q4. ................................................................ 108


Tabla 37: Columna de suelo zona q2n. .............................................................. 109

Tabla 38: Columna de suelo zona q2s. ............................................................... 110


xv


Tabla 41: Clasificación de los suelos del Ecuador según el nombre típico. ...... 116

Tabla 42: Densidades según el tipo de suelo bajo el nivel freático. .................. 117

Tabla 43: Diámetros de tubería para el diseño de tubos plásticos. .................... 118

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Clase de suelo tipo Va, diámetro (100mm). ..................................... 124









Gráfico 10: Clase de suelo tipo Va, diámetro (550mm). ................................... 128









Gráfico 19: Clase de suelo tipo Va, diámetro (1000mm). ................................. 133



Gráfico 22: Clase de suelo tipo Vb, diámetro (100mm). ................................... 134




xvi















Gráfico 40: Clase de suelo tipo Vb, diámetro (1000mm). ................................. 143



Gráfico 43: Clase de suelo tipo III, diámetro (100mm). .................................... 145
















xvii



Gráfico 61: Clase de suelo tipo III, diámetro (1000mm). .................................. 154



Gráfico 64: Clase de suelo tipo II, diámetro (100mm). ..................................... 155


















Gráfico 82: Clase de suelo tipo II, diámetro (1000mm). ................................... 164



Gráfico 85: Clase de suelo tipo I, diámetro (100mm). ....................................... 166







xviii









Gráfico 100: Clase de suelo tipo I, diámetro (850mm). ..................................... 173



Gráfico 103: Clase de suelo tipo I, diámetro (1000mm). ................................... 175



LISTA DE ANEXOS

Anexo 1: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos procedimiento Manual-

Visual. ................................................................................................................. 181

Anexo 2: Criterio de Clasificación de Suelos en el laboratorio. ......................... 182

xix

TEMA: DISEÑO ESTRUCTURAL DE SISTEMAS DE TUBOS PLÁSTICOS

PARA FLUJO A GRAVEDAD EN CONDICIONES ESPECÍFICAS DE LOS

SUELOS DEL ECUADOR.

RESUMEN.

En el país cada día se construye sistemas de alcantarillado pluvial, sanitario y

combinado, utilizando en su mayoría tubos flexibles, es decir tubos plásticos que

durante la instalación en una zanja presentan problemas de flexibilidad por la carga

vertical (carga muerta más carga viva) y la presión del suelo que actúan sobre la

tubería, estas cargas han causado que los tubos plásticos lleguen a una rotura total,

haciendo que los proyectos de alcantarillado no sean eficientes. Por eso es

sumamente importante realizar un diseño estructural de sistemas de tubos plásticos

para flujo a gravedad, y que cumplan con los requisitos exigidos por el INSTITUTO

ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN (NTE INEN 2063 y la NTE INEN

2059), ya que cada día la población evacua las aguas a los sistemas de

alcantarillado. Para el diseño estructural de los tubos plásticos con flujo a gravedad,

se realizó una clasificación de los suelos del Ecuador por provincias, no existe un

estudio específico del tipo de suelo en cada provincia, por lo tanto se consideró el

estudio de la Sociedad de la Ciencia Española (SECS) que elaboró un mapa de

suelos en el Ecuador y que en base al mismo se determinó y clasificó los módulos

de reacción de cada suelo para compararlo con el grado de compactación en la tabla

elaborada por Amster K. Howard. Las cargas que actúa sobre una tubería enterrada

son: carga muerta y carga viva, la carga muerta es aquella que provoca el relleno

de la zanja, y la carga viva que es producida por los vehículos, peatones, etc. En

cuanto a la carga muerta se calculó mediante la teoría de Marston que provoca una

deflexión a largo plazo aplicando la ecuación modificada de IOWA, y como carga

viva se consideró un camión tomado de la (AASHTO LRFD, 2012) que

comúnmente son cargas utilizadas para el diseño de puentes en el país ya que el

Ecuador no cuenta con una norma específica. Finalmente con la información

anteriormente ya mencionada se procedió a la realización de gráficos que están en

función de la profundidad, grado de compactación y rigidez anular del tubo plástico,

estos gráficos ahorrarán el cálculo estructural de sistemas de tubos plásticos para

flujo a gravedad y que además bajo las condiciones más desfavorables permitirá la

correcta elección de la tubería a enterrar.

PALABRAS CLAVE: RIGIDEZ ANULAR / INSTITUTO ECUATORIANO DE

NORMALIZACIÓN / GRADO DE COMPACTACIÓN / DEFLEXIÓN /

ABOLLAMIENTO / ROTURA DE PARED DE TUBERÍA / SOCIEDAD DE LA

CIENCIA ESPAÑOLA (SECS).

xx

TITLE: STRUCTURAL DESIGN OF PLASTIC PIPES SYSTEMS FOR

GRAVITY FLOW ON SPECIFIC CONDITIONS OF THE GROUND FROM

ECUADOR.

ABSTRACT

In the country, rainwater, sanitary and combined sewage systems are built every

day, using mostly flexible pipes, ergo plastic pipes that during installation in a

trench present problems of flexibility by vertical loading (dead load plus live load)

and the pressure of the ground acting on the pipe, these loads have caused the plastic

pipes to reach a total break, making the sewer projects are not efficient. For this

reason, it is extremely important to carry out a structural design of plastic tube

systems for flow to gravity, and that they comply with the requirements from the

INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN (NTE INEN 2063 y la

NTE INEN 2059), since each day the population evacuates water to sewage

systems. For the structural design of plastic tubes with flow to gravity, a

classification of the Ecuadorian grounds by provinces was carried out, there is no

specific study of the type of soil in each province, therefore the study of the

Sociedad de la Ciencia Española (SECS) which produced a soil map in Ecuador

and based thereon determined and classified the reaction modules each floor for

comparison with the degree at compaction in the table prepared by Amster K.

Howard. Loads acting on a buried pipe are: dead load and live load, the dead load

is one that causes the backfilling, and the live load that is produced by vehicles,

pedestrians, etc. As for dead load was calculated by theory Marston causing a

deflection in the long term by applying the modified equation IOWA, and as live

load a truck taken is considered (AASHTO LRFD, 2012) commonly are fillers used

for the design of bridges in the country since Ecuador does not have a specific

standard. Finally the information referred to above and proceeded to the realization

by graphics that are based on depth, degree of compaction and ring stiffness of the

plastic tube, these graphics save structural design systems plastic tubes for gravity

flow and also under the most unfavorable conditions will allow the correct choice

of pipe to be buried.

KEYWORDS: NULL RIGIDITY / INSTITUTO ECUATORIANO DE

NORMALIZACIÓN / COMPACTING DEGREE / DEFLECTION / BEADING /

BREAK WALL PIPELINE / SOCIEDAD DE LA CIENCIA ESPAÑOLA (SECS).

1

CAPÍTULO I

GENERALIDADES

1.1 Antecedentes

En el país se desarrollan trabajos continuos de obras civiles uno de ellos es la

construcción de sistemas de alcantarillado sanitario y vial, mismos que involucran

tuberías plásticas enterradas. A estas tuberías se las debe proteger ante factores

físicos así como químicos a los cuales están expuestas durante su vida útil y que

está ligada también por la calidad del material de dicha tubería.

Por otro lado nos encontramos con el hecho de que en el mercado existe un

determinado número de tuberías de distintos materiales, además no existe un

reglamento específico donde precise las reglas adecuadas de la selección más

pertinente de tuberías que estén acorde al proyecto. Uno de los defectos en la

selección del tubo adecuado se debe a las características que presentan los suelos

en cada provincia del Ecuador.

Es muy frecuente en nuestro país el uso de tubos plásticos con las mismas

características a enterrarse, ya sea en la región costa, sierra, oriente y galápagos,

por lo tanto el presente trabajo trata de clarificar los conceptos que deben ser

tomados en cuenta al momento de enterrar los tubos plásticos, estos conceptos son

principalmente las características de los suelos, las cargas muertas, cargas vivas,

presiones, nivel freático, entre otros.

Las características de los suelos de cada zona son distintos por lo tanto se

investigará y se recopilará información existente de los tipos de suelos en nuestro

país, esto permite un desarrollo de diseño estructural de sistemas de tubos plásticos

a gravedad mediante ábacos que estarán en función del tipo de suelo así como su

grado de compactación, la rigidez anular del tubo plástico y la profundidad de la

zanja excavada, estos ábacos servirán para lograr una decisión correcta, a la vez

económica y que además asegure eficientemente la prestación del servicio

requerido. En tanto a lo económico se trata de seleccionar el mismo material de

2

excavación de dicha zanja, por ende es importante el estudio del tipo de suelo para

cada provincia del país donde se ejecute cualquier proyecto.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Determinar las condiciones óptimas del diseño estructural de sistemas de tubos

plásticos para flujo a gravedad en condiciones específicas de los suelos del Ecuador.

1.2.2 Objetivos Específicos

Recopilar información de los suelos del país.

Determinar el módulo de reacción de los diferentes suelos del Ecuador con

diferentes grados de compactación.

Establecer las condiciones de cargas que actúan sobre tubos con flujo a

gravedad enterrados.

Construir gráficos mediante los parámetros de la profundidad, grado de

compactación y rigidez anular del tubo plástico.

1.3 Alcance

El alcance del presente proyecto de investigación es, el diseño estructural de

sistemas de tubos plásticos para flujo a gravedad en condiciones específicas de los

suelos del Ecuador, con la finalidad de realizar gráficos en función de la

profundidad, grado de compactación y rigidez anular del tubo plástico, donde se

debe sustentar técnicamente las condiciones más favorables para la elección

adecuada de la tubería a enterrar.

1.4 Justificación

Ecuador es un país latinoamericano que cuenta con 14,483.499 habitantes y una

tasa de crecimiento poblacional de 1.95% (INEC-2010). Teniendo un crecimiento

poblacional que genera el incremento de áreas urbanas, las mismas que deben ser

atendidas con servicios básicos como alcantarillados, involucrando así el uso de

tuberías plásticas enterradas para dicho servicio.

3

Debido al crecimiento de áreas urbanas y una demanda de tubos plásticos en el

mercado de nuestro país, se ha escogido realizar un diseño estructural de sistemas

de tubos plásticos para flujo a gravedad, mediante la realización de gráficos

considerados como instrumentos que servirán para una correcta elección, que serán

usados y enterrados en proyectos a realizarse en diferentes zonas del país, además

deberá cumplir los reglamentos que rigen en la actualidad, dando comodidad y

economía a los futuros proyectos.

4

CAPÍTULO II

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1 Terminología y definiciones

Algunas de las definiciones que se deben considerar dentro de un diseño estructural

de sistemas de tubos plásticos con flujo a gravedad, son las siguientes:

Cargas muertas.- Se considera como cargas muertas, al relleno del suelo que ejerce

sobre una zanja con sección variable a una determinada profundidad y que actúan

sobre la tubería enterrada.

Además se puede considerar como cargas muertas un sobre peso permanente, como

es el caso de una casa, un poste de luz, entre otros.

Carga de prisma.- La carga de prisma es aquella que se considera que actúa

únicamente sobre el diámetro de la tubería a una profundidad determinada.

Cargas vivas.- Son aquellas cargas producidas por el movimiento del tráfico

vehicular, estas cargas son transmitidas a través del relleno hacia el tubo.

Rigidez anular.- Es un parámetro requerido para el diseño geométrico y

especificación de fabricación del tubo, el mismo se puede determinar mediante

ensayos descritos en la ISO 9969, por lo tanto es la resistencia al aplastamiento de

un tubo (NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2059 , TUBOS

PERFILADOS DE PVC RÍGIDO DE PARED ESTRUCTURADA, 2015, pág. 26)

Grado de Compactación.- Es determinar la densidad máxima seca de un terreno

cualesquiera en relación con su grado de humedad, mediante el ensayo de Proctor

Standard y el ensayo Proctor Modificado.

Energía en flujo a gravedad.- Es la acción de la gravedad sobre el agua, esta

energía permite desplazar agua en forma ascendente o descendente según sea el

caso.

5

2.2 Sistema de tubos enterrados con flujo a gravedad

Los sistemas de tubos enterrados con flujo a gravedad tienen la función de

transportar aguas residuales o aguas lluvias, el diseño de estos sistemas de tubos

enterrados deben cumplir con las características del tubo así como características

del suelo en el cual se va a instalar.

Las tuberías generalmente son instaladas en zanja angosta o zanja ancha/terraplén

ya que de estas deriva la carga obre el tubo a enterrar.

2.2.1 Zanja tipo angosta

Estas zanjas se caracterizan por tener un ancho definido o finito (Bd), donde está

instalado un diámetro (D) de la tubería.

Figura 1: Zanjas tipo angosta.

Fuente: Manual Técnico Rib Loc y Rib Steel (2007).

Elaborado por: Henry Vilatuña (2017).

RELLENO

CM

TUBERÍA

NIVEL DEL TERRENO

HR

Bd

D

RELLENO

CM

TUBERÍA

NIVEL DEL TERRENO

HR

Bd

D

RELLENO

CM

TUBERÍA

NIVEL DEL TERRENO

HR

Bd

D

6

2.2.2 Zanja tipo terraplén

Una zanja tipo terraplén presenta dos condiciones, positiva y negativa.

La zanja tipo terraplén positiva tienen un ancho (Bd) infinito, es decir la tubería está

instalada sobre un terreno que recibirá un relleno tal como se aprecia en la figura.

Figura 2: Zanja tipo terraplén positiva.

Fuente: Henry Vilatuña (2017).

La zanja tipo terraplén negativa tienen un ancho (Bd), y la tubería está por debajo

del relleno es decir la tubería está instalada sobre una zanja que posteriormente

recibirá un relleno por encima del nivel del terreno tal como se muestra en la figura.

Figura 3: Zanja tipo terraplén negativa.



RELLENO

CM

TUBERÍA

NIVEL DEL TERRENOD

Bd = Infinito

RELLENO

CM

TUBERÍA

NIVEL DEL TERRENO

HR

Bd

D

RELLENO COMÚN

7

2.2.3 Cargas que actúan sobre la tubería

En una tubería enterrada actúan cargas muertas, cargas vivas y en ocasiones

especiales cargas superpuestas como edificios, postes de luz, entre otros, que se

encuentran sobre una tubería enterrada.

2.2.3.1 Cargas Muertas

Son cargas muertas aquellas que ejerce el relleno del suelo sobre la tubería.

Figura 4: Detalle de carga muerta.


Figura 5: Carga de prisma sobre la tubería.


NIVEL DEL TERRENO

RELLENO

TUBERÍA

HR CM

8

Para condiciones de diseño se debe considerar la carga de prisma cuando se trabaja

con tuberías flexibles, por lo tanto la fórmula para calcular la presión del suelo sobre

la tubería enterrada es la siguiente:

𝑷 = 𝜸 ∗ 𝑯𝑹 (Ec. 1)

Donde:

𝑃 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐻𝑅.

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.

𝐻𝑅 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜.

Además de esta fórmula, la carga muerta que ejerce el suelo sobre una tubería

enterrada se puede calcular con la teoría de Marston que se explica más adelante.

2.2.3.2 Cargas vivas

Las cargas vivas son aquellas que suelen ser producidas por el transporte vehicular.

Además se considera carga viva a los peatones, animales. Pero a estos se los

desprecia por ser muy pequeños.

En el país existe la NORMA ECUATORIANA VIAL NEVI-12-MTOP, donde

señala que el peso bruto vehicular máximo permitido en las carreteras y puentes en

condiciones normales es de 48 toneladas.

Según la NORMA ECUATORIANA VIAL NEVI-12-MTOP establece los

siguientes tipos de vehículos:

Vehículos livianos, que incluye a las motocicletas y a los automóviles así

como a otros vehículos ligeros como camionetas y pickups, con capacidad

de hasta 8 pasajeros.

Vehículos pesados, como camiones, buses y combinaciones de camiones

(semirremolques y remolques), de más de 4 toneladas de peso y doble llanta

en las ruedas traseras.

9

Figura 6: Pesos y dimensiones de vehículos motorizados, remolques y

semirremolques.

Fuente: NORMA ECUATORIANA VIAL NEVI-12-MTOP (2013).


10

Figura 7: Pesos y dimensiones de posibles combinaciones.

Fuente: NORMA ECUATORIANA VIAL NEVI-12-MTOP (2013).


Según su simbología tenemos: motocicletas (A1), automóviles (A2), buses y

busetas (B), camiones (C), camiones de carga de dos ejes (C-1), camiones o tracto-

camiones de tres ejes (C-2) y también de cuatro o cinco ejes (C-3) y remolques (R).

En este caso, como el número de camiones es considerable, este tipo se tomará

como vehículo de diseño.

11

Para el diseño de tubos plásticos las cargas vivas a utilizar serán tomadas de la

norma AASHTO LRFD 2012 correspondientes a sobrecargas para el diseño de un

puente, que son cargas más críticas a comparación de la NORMA

ECUATORIANA VIAL NEVI-12-MTOP.

-Carga de camión

Figura 8: Carga viva de camión.

Fuente: AASHTO LRFD (2012).

-Carga de tándem

Figura 9: Carga viva de tándem.


12

-Carga de HL-93

Es la combinación de carga de camión, carga de carril y carga de tándem.

Figura 10: Carga HL-93.


-Carga de carril

Es una carga que está repartida uniformemente en el sentido longitudinal, en el

sentido transversal se supone un ancho de 3.05m, esta no está sujeta a un incremento

de carga dinámica.

Figura 11: Carga de carril.


La carga que se aplicara para el diseño de tuberías plásticas enterradas con flujo a

gravedad será la carga del camión y en cuanto a la carga dinámica se aplicará la

siguiente fórmula (AASHTO LRFD, 2012).

𝑰𝑴 = 𝟑𝟑 ∗ (𝟏 − 𝟒. 𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟒 ∗ 𝑯𝑹) > 𝟎% (Ec. 2)

13

Figura 12: Altura de impacto.


Donde el valor (HR) es la profundidad desde la superficie hasta la corona del tubo.

A continuación se presenta un resumen de las cargas vivas:

Tabla 1: Cargas máximas por eje (Toneladas) según la AASHTO LRFD 2012.

EJE CAMIÓN TANDEM

(Pc) (Pt)

1 7.27 T 5.669 T

2 7.27 T 5.669 T

3 3.635 T -



Para el cálculo de las presiones en las diferentes profundidades de enterramiento se

aplicará el método del tronco de pirámide, donde se presenta un plano rectangular

MxN sobre el tubo a una profundidad HR respectivamente tal como se muestra en

la figura 13.

HR

HR

SUPERFICIE

ALCANTARILLAS

14

Figura 13: Método del tronco de pirámide.

Fuente: DURMAN ESQUIVEL (2001).


Por lo tanto la fórmula para calcular la carga viva sobre una profundidad HR

quedara expresada de la siguiente manera:

𝑷𝒐𝒗 =𝑷/𝟐

(𝑩 + 𝟏. 𝟐𝟎𝑯𝑹)(𝑳 + 𝟏. 𝟐𝟎𝑯𝑹) (Ec. 3)

Donde:

Pov = Presión en kg/cm² que actúa sobre la superficie que se encuentra a la

profundidad HR (cm).

HR = Profundidad a considerar (cm).

P = Carga por eje (kg).

M

N

SENTIDO DE

AVANCE DEL

VEHICULO

M = B + 1.20 HR

N = L + 1.20 HR

N, M en cm

L

B

P

B

Pc

Tan Ø= 0.60

Ø HR

15

B y L = Están definidas por las siguientes ecuaciones:

𝐵 = √𝑃

𝑃𝑡𝑖 𝐿 =

𝐵

√2 > siendo Pti la presión de inflado de la llanta kg/cm².

Entonces la carga más el impacto sobre la tubería será:

𝑷𝒐𝒗 + 𝑰𝑴 = 𝑷𝒐𝒗 ∗ 𝑰𝑴 (𝒌𝒈/𝒄𝒎²) (Ec.4)

Para obtener una carga lineal se multiplica por el diámetro de la tubería.

𝑷𝒐𝒗 + 𝑰𝑴 = 𝑷𝒐𝒗 ∗ 𝑰𝑴 ∗ 𝑫 (𝒌𝒈/𝒄𝒎) (Ec.5)

2.2.4 La rigidez del suelo alrededor del tubo

Se debe considerar no solamente los esfuerzos que ejerce el relleno sobre el tubo

sino también el muro de la zanja que está sujeto a soportar también las cargas

horizontales del empuje pasivo.

2.3 Interacción tubo – suelo.

Cuando la tubería está en contacto con el suelo se producen fuerzas de presión que

actúan sobre la misma, por lo tanto hay que controlar los denominados límites de

serviciabilidad, en cuanto estos sean tuberías plásticas flexibles como es del caso.

Estos límites dependen mucho de la deflexión vertical, las fuerzas por compresión

que se ejercen sobre la tubería y el respectivo pandeo de las paredes, los cuales se

puede observar en la figura a continuación:

Figura 14: Mecanismos de falla.



16

Las tuberías de plástico son flexibles a las cargas que actúan sobre la misma de la

cual deriva sus deformaciones, cuando una tubería tiende a flexionar permiten que

se desarrollen empujes pasivos de suelo en ambos lados del tubo respecto con la

línea horizontal de la tubería.

La relación tubo flexible-suelo presenta una resistencia efectiva que es alta, el

resultado de esta resistencia se puede notar en ensayos demostrados

experimentalmente en la UTAH STATE UNIVERSITY, donde el tubo rígido con

resistencia 49.2 Kg/cm² en la “prueba de los tres apoyos” colocado en una

cimentación clase C, llega a fallar por fractura de la pared con una carga de suelo

de 74.5 Kg/cm, es decir, el factor de seguridad es aproximadamente de 1.50. Sin

embargo bajo condiciones idénticas de suelo y carga, una tubería flexible deflecta

solo el 5% de su diámetro interno. Este valor está muy por debajo del valor de

deflexión que podría causar la falla en la pared del tubo (DURMAN ESQUIVEL,

2001).

El comportamiento de un diseño de tubos plásticos enterrado con flujo a gravedad

está determinado por los siguientes límites de estados:

La deflexión de la tubería.

El pandeo / abollamiento de la tubería.

La rotura de la pared.

2.4 Deflexión de tubería

2.4.1 Teoría de Marston.

El relleno de la tubería que está por encima de esta tiende a compactarse por presión,

dicho hecho moviliza las fuerzas de rozamiento, por lo tanto una parte del peso del

relleno situado por encima del tubo se reparte en el terreno existente mientras que

la otra parte actúa sobre el tubo. La relación de cargas depende del modo de

instalación de la tubería y de los parámetros del terreno existente (DANIEL

GÁLVEZ, 2011).

El profesor Anson Marston desarrolló un método práctico y muy útil para calcular

la magnitud de las cargas de tierra que inciden directamente en tuberías instaladas

17

en una determinada zanja a una profundidad adecuada y en servicio, dicha teoría es

muy útil para predecir la resistencia que debe tener un conducto cuando se instala

en condiciones particulares de servicio (DURMAN ESQUIVEL, 2001). La teoría

de Marston se basa en tres elementos fundamentales como las cargas verticales,

deflexiones verticales y modelo e instalación, en la ecuación 6 se presenta la

fórmula para calcular la carga muerta vertical que actúan sobre las tuberías

enterradas:

Figura 15: Modelo general de Marston.

Fuente: Díaz González (2002).


W

MATERIAL

DE RELLENO

Paredes indeformables

kuku

Tubería muy rígida indeformable

18

Figura 16: Proporcionalidad de la carga según la teoría de Marston.



Fórmula de Marston.

𝑾𝒄 =𝑪𝒅 ∗ 𝜸 ∗ 𝑩𝒅𝟐 ∗ 𝑫

𝑩𝒅= 𝑪𝒅 ∗ 𝜸 ∗ 𝑫 ∗ 𝑩𝒅 (Ec. 6)

Donde:

𝑊𝐶 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 (𝐾𝑔/𝑚).

𝐶𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎.

𝐵𝑑 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑧𝑎𝑛𝑗𝑎 𝑒𝑛𝑐𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚).

𝐷 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚).

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 (𝐾𝑔/𝑚³).

Para el valor de Cd se expresa la siguiente fórmula:

𝑪𝒅 =𝟏 − 𝒆−𝟐∗𝒌∗𝝁∗(𝑯𝑹

𝑩𝒅)

𝟐 ∗ 𝒌 ∗ 𝝁 (Ec. 7)

Bd

D

Carga

HR

19

Donde:

𝑒 = 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠.

𝑘 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑎𝑛𝑘𝑖𝑛𝑒 (𝑣𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 2) .

𝜇 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 (𝑣𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 2).

𝐻𝑅 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚).

𝐵𝑑 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑧𝑎𝑛𝑗𝑎 (𝑚).

Los valores de los coeficientes de (k) coeficiente activo de Rankine y (𝞵) se definen

en la siguiente tabla:

Tabla 2: Valores aproximados de la relación de esfuerzos de presión de suelo

laterales a verticales y coeficientes de fricción contra las paredes de la zanja como

función del tipo de suelo y su peso específico.

Tipo de Suelo 𝜸

(kg/m3)

Coeficiente activo

de Rankine

Coeficiente de

fricción (𝞵)

Suelo suelto 1 445 0.33 0.50

Suelo saturado 1 766 0.37 0.40

Arcilla parcialmente

compactada 1 605 0.33 0.40

Arcilla saturada 1 926 0.37 0.30

Areana seca 1 605 0.33 0.50

Arena húmeda 1 926 0.33 0.50

Fuente: William Moulton Marston (1913).


Esta teoría fue desarrollada para tuberías rígidas enterradas, posteriormente esta fue

ampliada abarcando el tema de las deformaciones del anillo o deflexiones, para ello

se debe recalcar la ecuación modificada de IOWA.

20

2.4.2 Ecuación modificada de IOWA

Esta fórmula fue desarrollada por M.G. Spangler, un discípulo de Marston quien

observó que el método de Marston no era aplicable para calcular cargas en tuberías

flexibles, la rigidez de una tubería flexible y una rígida no es la misma, por tanto

las tuberías flexibles tienen muy baja rigidez al sistema a comparación de una

tubería rígida, pero si las dos tuberías actúan sobre un terreno estas se comportan

notablemente bien. El estudio de Spangler se basa en haber tenido en cuenta el

efecto del suelo alrededor del tubo y su relación con la deflexión (DURMAN

ESQUIVEL, 2001, pág. 12).

Spangler tomó la carga de Marston como aplicable pero suponiendo que la misma

está distribuida alrededor de la corona de la tubería, además consideró una carga de

presión como respuesta del suelo y dependiendo de ángulo de cimentación, a los

lados supuso que la presión horizontal seria proporcional a la deflexión del tubo

dentro del suelo. La constante de proporcionalidad la llamó el módulo de resistencia

pasiva del suelo, lo antes mencionado se puede ilustrar en las figuras

correspondientes.

Figura 17: Angulo de cimentación.

Fuente: M.G. Spangler (1941).


Angulo de encamado

Ø

ENCAMADO

ACOSTILLADO

21

Figura 18: Base de la derivación de la fórmula de IOWA, para el cálculo de

deflexiones en tuberías enterradas.


La ecuación de IOWA por lo tanto es:

𝜟𝒙 =𝑫𝑳𝒌𝑾𝒄𝒓𝟑

𝑬𝑰 + 𝟎. 𝟎𝟔𝟏𝑬𝟐𝒓𝟒 (Ec. 8)

Donde:

𝐷𝐿 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛.

𝑘 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑣𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 3 ).

𝑊𝑐 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑟𝑠𝑡𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑙𝑔).

𝑟 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑝𝑢𝑙𝑔).

𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑖𝑔²).

I = Momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud (𝑝𝑢𝑖𝑔4

𝑝𝑢𝑙𝑔= 𝑝𝑢𝑖𝑔³).

E2 = Módulo de resistencia pasiva del material a los lados del tubo

(𝑙𝑏/𝑝𝑢𝑖𝑔²/𝑝𝑢𝑙𝑔).

Δx = Deflexión horizontal o cambio de diámetro (pulg) = deflexión vertical Δy.

22

Los valores de la constante k de cimentación se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 3: Coeficientes de cimentación.

Angulo de cimentación

(Grados) K

0º 0.110

30º 0.108

45º 0.105

60º 0.102

70º 0.100

90º 0.096

120º 0.090

180º 0.083

Fuente: M.G. Spangler (1941).


La ecuación de IOWA fue modificada por Reynold K. Watkins en 1958, donde su

investigación lo llevo a concluir que el valor de E2 (Módulo de resistencia pasiva)

no podría ser una propiedad del suelo ya que las dimensiones no eran las de un

verdadero módulo, por lo tanto se definió un nuevo parámetro para el suelo

denominado el módulo de reacción del suelo (E' = Er), entonces la fórmula de

IOWA fue modificada quedando de la siguiente manera (DURMAN ESQUIVEL,

2001, pág. 13):

𝛥𝑥 =𝐷𝐿𝑘𝑊𝑐𝑟3

𝐸𝐼 + 0.061𝐸′𝑟3 (Ec. 9)

Para los valores de E', el señor Amster K. Howard usó datos de laboratorio como

de campo donde se considera E' = E2 que se muestran en las siguientes tablas.

23

Tabla 4: Clasificación de suelos y valores de E2 (Módulo de reacción del suelo

kg/cm²).

Fuente: Amster K. Howard (1941).


24

Tabla 5: Descripción de los tipos de suelos.

Fuente: Amster K. Howard (1941).


25

La ecuación 9 se aplica cuando la zanja sea rellenada con el mismo material de

excavación.

En caso que no se use el mismo material como relleno se aplicará la siguiente

formula:

𝜟% =𝑫𝑳 ∗ 𝑲 ∗ (𝜸 ∗ 𝑯𝑹 + 𝑷𝒐𝒗) ∗ 𝟏𝟎𝟎

(𝑺𝑹𝑻 ∗ 𝟎. 𝟎𝟏𝟎𝟐 ∗ 𝟎. 𝟏𝟒𝟗 + 𝟎. 𝟎𝟔𝟏 ∗ 𝑬𝟐 ∗ 𝒛𝒆𝒕𝒂) (Ec. 10)

𝛥% = 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 .

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑘𝑔/𝑐𝑚³).

𝐻𝑅 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚).

𝑃𝑜𝑣 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑖𝑣𝑎 (𝑘𝑔/𝑐𝑚²).

𝑆𝑅𝑇 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑐𝑚²).

𝐸2 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑙𝑟𝑒𝑑𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑐𝑚²).

Zeta = Factor de correlación entre la rigidez del material del tubo y la rigidez del

muro de excavación E3, material de mejora (𝑘𝑔/𝑐𝑚²).

𝑧𝑒𝑡𝑎 =1.44

𝑓𝑧 + (1.44 − 𝑓𝑧) ∗ 𝐸2/𝐸3 (Ec. 11)

𝑓𝑧 =((𝐵𝑑/𝐷) − 1)

1.154 + 0.444 ∗ ((𝐵𝑑/𝐷) − 1) (Ec. 12)

Se puede utilizar también la carga de Marston, ya que en la fórmula

mencionada se utiliza la carga de prisma, lo único que se debe verificar es las

unidades en las que se trabaja.

2.5 El abollamiento o pandeo

2.5.1 Comprobación de la estabilidad dimensional

Cuando una tubería está enterrada sobre una zanja tiene una carga crítica que

produce un aplastamiento o bien conocida como pandeo.

26

Figura 19: Falla de abollamiento o pandeo por cargas externas en una tubería.


Para controlar esta inestabilidad dimensional se calcula la presión crítica de

colapso, el cual consiste en determinar el margen de seguridad entre la carga crítica

y la carga realmente existente, la misma que se realiza teniendo en cuenta la presión

del terreno, presión exterior del agua (agua subterránea) y superposición de ambas

presiones (DURMAN ESQUIVEL, 2001).

La ecuación para el cálculo de la tensión crítica de aplastamiento fue definida por

Timoshenko, la misma que se usa para un anillo circular sujeto a presión uniforme

externa o a vacío.

𝑷𝒄𝒓 =𝟑 ∗ 𝑬 ∗ 𝑰

𝒓𝟑 (Ec. 13)

Donde:

𝑟 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚).

𝐼 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚4/𝑚).

𝐸 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2).

27

𝑃𝑐𝑟 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐶𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2).

Para tubos largos el valor de E se reemplaza por (E / (1-v²)) entonces la presión

crítica se expresa de la siguiente manera:

𝑷𝒄𝒓 =𝟑 ∗ 𝑬 ∗ 𝑰

(𝟏 − 𝒗𝟐) ∗ 𝒓𝟑 (Ec. 14)

𝑣 = 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙

𝑒𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙= 0.38 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑃𝑉𝐶.

En el caso de tuberías flexibles que al instalarse presentan deflexión, tienen un

factor de reducción de tal forma que poseen menos resistencia al abolsamiento, por

lo tanto la presión crítica quedará expresada de la siguiente manera:

𝑷𝒄𝒓 = 𝑪 ∗𝟑 ∗ 𝑬 ∗ 𝑰

(𝟏 − 𝒗𝟐) ∗ 𝒓𝟑 (Ec. 15)

Figura 20: Factor de reducción (C) para el cálculo de la presión crítica de

aplastamiento.

Fuente: Manual Técnico Rib Loc y Rib Steel, (2007).

La tensión de abolsamiento cuando las tuberías flexibles se encuentran rodeadas de

un material que provea alguna resistencia a las deformaciones del tubo es la

propuesta en Escandinavia (Suecia, Noruega y Dinamarca).

𝑷𝒃 = 𝟏. 𝟏𝟓 ∗ √𝑷𝒄𝒓 ∗ 𝑬′ (Ec. 16)

28

Donde:

𝑃𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑑𝑎𝑑𝑜.

𝐸′ = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.

𝑃𝑐𝑟 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐶𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2).

Por lo tanto el factor de seguridad contra el abolsamiento será:

𝒏𝒃𝒖 =𝑷𝒃

𝑾𝑻 (Ec. 17)

Donde:

𝑃𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑑𝑎𝑑𝑜.

𝑊𝑇 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑟𝑠𝑡𝑜𝑛 𝑚á𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑖𝑣𝑎).

𝑛𝑏𝑢 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜.

2.5.2 Acción del nivel freático en tuberías flexibles enterradas

La acción del agua sobre una tubería enterrada se encuentra generalmente en las

excavaciones de las zonas cercanas al nivel del mar o bien cuando el nivel freático

es muy alto. En este caso la carga que actúa sobre la tubería enterrada será la carga

muerta, la carga viva y la carga debido al peso del agua. Una vez que el suelo

alcance su humedad óptima reduce su peso volumétrico por lo tanto se toma en

cuenta el factor de flotabilidad dado por:

𝑹 = 𝟏 − 𝟎. 𝟑𝟑 ∗𝑯𝒘 + 𝑫

𝑯𝑹 ; 𝐻𝑤, 𝐻𝑅, 𝐷 (𝑚) (Ec. 18)

La presión crítica de abollamiento cuando la tubería está sumergida bajo el agua es:

(𝑷𝒘 − 𝒄𝒓𝒊𝒕. ) = 𝛂𝑫 ∗ 𝑺𝑹𝑻 (Ec. 19)

Donde:

α𝐷 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑃𝑉𝐶.

29

𝑆𝑅𝑇 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝐾𝑁/𝑚2).

El valor α𝐷 depende de la relación de rigidez que existe entre el tubo y el medio

que lo circula, para obtenerlo se define V𝑅𝐵 por lo tanto:

𝐕𝑹𝑩 =𝑺𝑹𝑻

𝐒𝑩𝑯 (Ec. 20)

S𝐵𝐻 = 610 ∗ E2 ∗ 𝑧𝑒𝑡𝑎 (Ec. 21)

Donde:

S𝑆𝐵 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2).

E2 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑙𝑟𝑒𝑑𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2).

𝑧𝑒𝑡𝑎 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒).

Figura 21: Tubo enterrado bajo la acción del agua subterránea.


30

Figura 22: Coeficiente de penetración (presión externa del agua).


Otra forma de calcular el valor de (α𝐷) es:

α𝐷 = 2.903 ∗ (V𝑅𝐵)−0.279 (Ec. 22)

Entonces el coeficiente de seguridad de aplastamiento será:

𝐧𝑹𝑩 =(𝑷𝒘 − 𝒄𝒓𝒊𝒕. )

𝐏𝒘 ; 𝒔𝒊𝒆𝒏𝒅𝒐 𝐏𝒘 𝒍𝒂 𝒑𝒓𝒆𝒔𝒊ó𝒏 𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒈𝒖𝒂. (Ec. 23)

𝐏𝒘 = 𝚼𝒘 ∗ (𝑯𝒘 +𝑫

𝟐) ; Υ𝑤 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 1000 𝑘𝑔/𝑚3 (Ec. 24)

2.5.3 Acción simultánea de presión del suelo y agua externa

Si el nivel freático es muy alto, se tendrá una sobrepresión en la tubería enterrada,

por lo tanto se deberá considerar la carga de agua, más la carga total del relleno

(carga de Marston o carga de prisma) y carga viva.

A la carga total ya sea calculada por el método de Marston o carga de prisma, se

deberá multiplicar por el factor de flotabilidad (R).

𝑊𝑐 = (𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑟𝑠𝑡𝑜𝑛 𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 ) ∗ 𝑅

𝑊𝑐𝑇 = 𝑊𝑐 + 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑖𝑣𝑎

31

𝒏𝒘 =𝟏

𝑾𝒄𝑻𝑷𝒃

+𝑷𝒘

(𝑷𝒘 − 𝑪𝒓𝒊𝒕. )

(Ec. 25)

2.6 Rotura de la pared

Los esfuerzos en el material de la pared del tubo pasan su límite de proporcionalidad

hasta llegar a la fluencia, provocando la falla.

Figura 23: Falla de la pared en una tubería.


La rotura de la pared se produce por la carga de relleno y cargas externas que actúan

sobre la tubería, para ello es necesario analizar la compresión anular que se expresa

en la siguiente fórmula que fue propuesta por H.L White y J.P. Layer.

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐴𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 =𝑊𝑐𝑇 ∗ 𝐷

2 ∗ 𝐴 (Ec. 26)

Donde:

𝑊𝑐𝑇 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎.

𝐷 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 .

𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜/𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 .

32

Utilizando la fórmula para calcular la presión máxima del prisma de suelo, se

obtiene la expresión:

𝝈𝒄 =𝜰 ∗ 𝑯𝑹 ∗ 𝑫

𝟐 ∗ 𝑨 (Ec. 27)

Donde:

𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑘𝑔/𝑚2/𝑚) .

𝐻𝑅 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 (𝑚) .

𝛶 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑘𝑔/𝑚3) .

𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 .

El esfuerzo de compresión no debe sobrepasar el esfuerzo máximo (𝜎𝑚á𝑥) del tubo

plástico en compresión, por lo tanto el factor de seguridad al límite de este esfuerzo

en la pared es:

𝒏𝒄𝒓𝒖 =𝝈𝒎á𝒙

𝝈𝒄 (Ec. 28)

Generalmente este fenómeno de pared del tubo ocurre cuando la tubería instalada

en una zanja presenta cargas muertas extremas en rellenos altamente compactados.

2.7 Rigidez Anular del tubo

Para el diseño geométrico de tubos plásticos es importante el cálculo de la rigidez

anular que se calcula mediante la norma (NORMA TÉCNICA ECUATORIANA

NTE INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED

ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA PARA ALCANTARILLADO.

REQUISITO E INSPECCIÓN, 2004, pág. 2).

2.7.1 Método de carga variable ISO 9969

Este método consiste en aplicar una carga variable a los tubos termoplásticos de

sección transversal circular.

33

Simbología:

𝐷𝑁 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑚𝑚.

𝑑𝑖 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑎 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑎𝑟𝑠𝑒 𝑚𝑚.

𝐹 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑁.

𝑙 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑚.

𝑅𝐴 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑘𝑁/𝑚².

𝑦 = 𝐷𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑚.

SEGÚN LA NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE

POLIETILENO (PE) DE PARED ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA PARA

ALCANTARILLADO, ESTABLECE QUE:

La rigidez anular está determinada por la medición de la fuerza y la deflexión,

mientras se defleja el tubo a velocidad constante y controlada. Una determinada

longitud de tubo apoyada horizontalmente es comprimida verticalmente entre dos

placas planas paralelas movidas a velocidad constante, de acuerdo con el diámetro

del tubo. Se genera una curva de fuerza vs deflexión. La rigidez anular es el valor

de la fuerza diametral necesaria para producir la deflexión de 0,03 diámetro interno

en la sección transversal de la tubería (NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE

INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED ESTRUCTURADA E

INTERIOR LISA PARA ALCANTARILLADO. REQUISITO E INSPECCIÓN,

2004, pág. 15).

El tubo para el que se va a determinar la rigidez anular (RA), debe ser marcado con

una línea a través de la generatriz exterior. Tres piezas de ensayo a, b y c,

respectivamente, deben ser tomadas de este tubo marcado de forma tal, que los

extremos de las piezas de ensayo sean perpendiculares al eje del tubo y sus

34

longitudes sean conformes con la siguiente tabla (NORMA TÉCNICA

ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED


REQUISITO E INSPECCIÓN, 2004, pág. 16):

Tabla 6: Número de medida de la longitud.

Diámetro nominal DN

del tubo mm

Número de medidas de

longitud

DN ≤ 200 3

200 < DN < 500 4

DN > 500 6

Fuente: NTE INEN 2360 (2004).


Cada una de las tres a seis mediciones de longitud serán hechas dentro de 1 mm.

Para cada pieza de ensayo individual, la más pequeña de las tres ó seis mediciones

de longitud, no debe ser menor que 0,9 veces la medición más grande. Para tubos

que tienen diámetros nominales (DN) menores o iguales a 1500 mm, la longitud

promedio de cada pieza de ensayo debe ser de 300 mm ± 10 mm. Para tubos que

tienen diámetros nominales (DN), mayores a 1500 mm, la longitud promedio en

milímetros de cada pieza de ensayo debe ser por lo menos 0,2 DN (NORMA

TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE)

DE PARED ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA PARA

ALCANTARILLADO. REQUISITO E INSPECCIÓN, 2004, pág. 16).

Valor promedio del diámetro de las muestras a, b y c.

𝒅𝒊 =𝒅𝒊𝒂 + 𝒅𝒊𝒃 + 𝒅𝒊𝒄

𝟑 (Ec. 29)

Rigidez anular:

𝑹𝑨𝒂 = (𝟎. 𝟎𝟏𝟖𝟔 + 𝟎. 𝟎𝟐𝟓𝒚𝒂

𝒅𝒊) ∗

𝑭𝒂

𝒍𝒂 ∗ 𝒚𝒂 (Ec. 30)

35

Donde:

𝐹 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑁, 𝑎 3% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜.

𝐼 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑚.

𝑦 = 𝐷𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑚.

𝒚

𝒅𝒊= 𝟎. 𝟎𝟑 (Ec. 31)

2.7.2 Método de carga constante ISO 9969

De cada serie y diámetro de tubo sometido a ensayo, tomar 3 secciones con una

longitud l igual o mayor a 2 veces el dímetro interno pero no mayor a 1 m, cuidando

de no cortar los perfiles de los extremos. Esto puede asegurarse, por ejemplo,

cortando la sección por un perfil más largo en el extremo que la longitud requerida.

La fuerza de ensayo debe aplicarse perpendicularmente al eje del tubo. El ensayo

debe efectuarse a una temperatura ambiente de 23°C ± 2°C. El diámetro interno del

tubo debe ser medido a la mitad de la longitud y a una distancia de 0,2 di de los

extremos, pero no a más de 50mm de cada extremo. Los puntos de medida deben

marcarse antes de efectuar las medidas y debe tomarse el promedio de las tres

medidas (NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE

POLIETILENO (PE) DE PARED ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA PARA


𝑭 =(𝑹𝑨𝟐𝟒) ∗ 𝟎. 𝟎𝟑𝒅𝒊 ∗ 𝒍

𝝃= 𝟎. 𝟎𝟑 (Ec. 32)

Donde:


𝑅𝐴24 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑘𝑁/𝑚².

36

𝑑𝑖 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜, 𝑒𝑛 𝑚.


𝑅𝐴 = 𝑅𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑘𝑁/𝑚².

𝜉 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛. 𝐸𝑛 𝑒𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝜉 = 0.1548 𝑝𝑎𝑟𝑎 Δ div/di

semejante a 0.03.

Tabla 7: Coeficiente de deformación.

Deflexión en porcentaje

Δdi/di en % ξ

0 0.1488

1 0.1508

2 0.1528

3 0.1548

4 0.1568

5 0.1588

6 0.1608

7 0.1628

8 0.1648

9 0.1668

10 0.1688

11 0.1708

12 0.1728

13 0.1748

14 0.1768

15 0.1788

Fuente: NTE INEN 2360 (2004).


Lo valores intermedios se obtiene mediante la siguiente ecuación:

𝜉 = (𝛥 𝑑𝑖𝑣/𝑑𝑖) ∗ 0.002 + 0.1488 (Ec. 33)

37

La rigidez anular como un parámetro estático de los tubos plásticos está dada por

la fórmula:

𝑹𝑨 =𝑬 ∗ 𝑰

𝒓𝟑 (Ec. 34)

Donde:

𝐸 = 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑, 𝑒𝑛 𝑘𝑁/𝑐𝑚².

𝐼 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜, 𝑚4/𝑚.

𝑟 = 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜, 𝑒𝑛 𝑚.

Cuando la carga y el apoyo están alineados, R.A. puede ser expresada en la siguiente

fórmula:

𝑹𝑨 =𝑭

𝜟 ∗ 𝒅𝒊𝒗 ∗ 𝒍∗ 𝝃 (Ec. 35)

Donde:


𝛥𝑑𝑖𝑣 = 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝é𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛, 𝑒𝑛 𝑚.


𝜉 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛.

38

2.8 Control de Calidad


TUBOS PERFILADOS DE PVC RÍGIDO DE PARED

ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA Y ACCESORIOS PARA

ALCANTARILLADO. REQUISITOS.

La profundidad a la que está instalada una tubería constituye uno de los principales

factores a las deflexiones que sufren las mismas, por lo tanto hay que tomar en

cuenta en las especificaciones de su instalación el tipo de material de la

cimentación, el grado de compactación del suelo y la rigidez anular de la tubería, el

cual constituye parámetros importantes que se deben cumplir para una correcta

instalación. A continuación se citan algunas de las acciones que sufren las tuberías

plásticas al ser sometidas a cargas vivas y cargas muertas ya citadas anteriormente:

Estado tensional debido a la presión interna.

Estado tensional y deformación debido a las acciones externas.

Estado tensional y deformación debido a un conjunto de acciones externas

y de la presión interna.

Colapso debido a la combinación de acciones externas y de la presión

interna negativa, además se produce pandeo.

-Según la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE INEN 2059, 2015)

menciona: que los tubos de pared estructura y flexibles se clasifican de acuerdo a

su rigidez anular en la siguiente tabla con una escala basada en series de 1 al 7.

Tabla 8: Rigidez anular.

Serie del tubo

1 2 3 4 5 6 7

Rigidez anular mínima (kN/m²) "método de ensayo ISO 9969"

0.25 0.5 1 2 4 8 16

Fuente: NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2059 (2015).


39

-Según la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE INEN 2059) menciona:

que los tubos de pared estructura y flexibles de acuerdo a su diseño tanto sus

accesorios como tubo deben ser rectos, tener una sección transversal circular y sus

planos de corte deben ser perpendiculares al eje del tubo, lo antes mencionado se

puede ilustrar en las siguientes figuras:

Pared estructurada con superficies exterior perfilada e interior lisa, formados con

bandas de perfil abierto nervado que se ensambla en circunferencia o en espiral.

Figura 24: Tubo tipo A1 perfil abierto.



Tubos de pared estructurada con superficies exterior e interior lisas formadas con

bandas de perfil cerrado que se ensambla en circunferencia o en espiral.

40

Figura 25: Tubo tipo A2 perfil cerrado.



Tubos de pared estructurada con superficies exterior corrugada e interior lisa.

Figura 26: Tubo tipo B Perfil de extrusión continua.



41

En cuanto a la superficie esta debe estar libre de hundimientos, grietas, fisuras,

perforaciones, protuberancias o alguna incrustación de algún material extraño tanto

en su interior como exterior del tubo. Con el fin de incrementar su rigidez esta puede

ser de tipo metálico u otros materiales que cumplan los requisitos de la norma, de

la misma forma las especificaciones del fabricante deben cumplir con las

características y propiedades físicas, mecánicas y químicas que cumplan un buen

funcionamiento sobre o bajo la tierra.

-Según la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE INEN 2059, 2015) las

tuberías de PVC debe cumplir los siguientes requisitos:

Requisitos de cumplimiento

2.8.1.1 La rigidez anular

Debe cumplir con todos los requisitos y cálculos ya mencionado anteriormente en

este capítulo.

2.8.1.2 Aspecto superficial

El producto terminado, tubo o accesorio, interior y exteriormente debe estar libre

de hundimientos, grietas, fisuras, perforaciones, protuberancias o incrustaciones de

material extraño.

2.8.1.3 Materiales

Se permite el uso de material reprocesado propio y limpio, hecho a base de la misma

fórmula de elaboración de los tubos. El material del producto, será homogéneo a

través de la pared y uniforme en color, opacidad y densidad. Los elementos de

refuerzo estructural adicionales usados para la tubería perfilada con el fin de

incrementar su rigidez anular original pueden ser metálicos o de otros materiales

siempre y cuando la tubería perfilada a ser reforzada cumpla con todos los requisitos

de esta norma. Las características y propiedades físicas, mecánicas y químicas de

los tubos perfilados y accesorios deben permitir su uso sobre o bajo tierra, según

las especificaciones del fabricante. Para aplicaciones especiales, los requisitos

especificados en esta norma pueden ser complementados por acuerdo entre el

42

fabricante y el comprador (NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN

2059 , TUBOS PERFILADOS DE PVC RÍGIDO DE PARED ESTRUCTURADA,

2015, pág. 5).

2.8.1.4 Sellante y tipo de unión

Las uniones entre tubos o entre tubos y accesorios deben realizarse por medio de

sellos de caucho o elastómeros, cemento solvente o adhesivo especial que

garanticen la hermeticidad de la unión. Para adhesivos especiales, éstos deben ser

recomendados por el fabricante los cuales deben garantizar la durabilidad y buen

comportamiento de la unión. El diseño del tipo de unión será responsabilidad del

fabricante y debe cumplir con los requisitos aplicables y establecidos en la norma

(NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2059 , TUBOS PERFILADOS

DE PVC RÍGIDO DE PARED ESTRUCTURADA, 2015, pág. 5).

Los tubos deben tener una campana y una espiga terminal o dos espigas terminales

como se indica a continuación y se detalla en las figuras:

Figura 27: Tubo con extremos campana y espiga terminal.


43

Figura 28: Tubo con dos espiga terminales.


Leyenda:

𝑑𝑙 = 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜.

𝑑1 = 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎.

𝑑2 = 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑔𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙.

𝑙1 = 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎.

𝑙2 = 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑝𝑖𝑔𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙.

Las dimensiones de la campana d1 y l₁ y de la espiga terminal d₂ y l₂, son

responsabilidad del fabricante y deben asegurar la hermeticidad de la unión. Pueden

diseñarse otras formas de unión bajo responsabilidad del fabricante siempre y

cuando cumplan con los requisitos de hermeticidad de la unión fijada en esta norma.

Las bandas perfiladas utilizadas en la fabricación de los tubos tipo A1 y tipo A2 se

ensamblan en circunferencia o en espiral y se fijan entre sí por medio de una unión

mecánica, la cual se asegura utilizando cemento solvente, caucho o elastómeros u

otro tipo de acople que ofrezca adecuada hermeticidad (NORMA TÉCNICA

ECUATORIANA NTE INEN 2059 , TUBOS PERFILADOS DE PVC RÍGIDO

DE PARED ESTRUCTURADA, 2015, pág. 6).

Los tubos tipo B de extrusión continua son fabricados por extrusión simultánea de

las paredes lisa y corrugada, fusionando la pared lisa interna con la exterior

corrugada.

44

2.8.1.5 Requisitos dimensionales

Longitud

Los tubos deben suministrarse en longitudes fijas de 3, 5, 6, 10 ó 12 m. Otras

longitudes podrán ser suministradas mediante acuerdo entre fabricante y

comprador. Los extremos del tubo deben cortarse en ángulo recto con su eje. La

tolerancia para longitud está dada en la tabla 29.

Tabla 9: Tolerancia para la longitud del tubo.

Longitud del tubo Tolerancia (a 23ºC ± 2 ºC)

Fija hasta 12m + 50 mm

Otra longitudes + 100 mm



Perfilado

El perfilado queda a criterio del fabricante.

Tubo A1

-Diámetro interior

El diámetro nominal del tubo tipo A1 que se determina sobre la base del diámetro

nominal interior (DNI), debe cumplir con los requisitos dados en la tabla 30. Para

DNI < 1 000 mm: 4 mediciones y Para DNI ≥ 1 000 mm: 8 mediciones

respectivamente.

45

Tabla 10: Tolerancia sobre el diámetro interior del tubo.

Diámetro

nominal

DN mm

Diámetro

interior del

tubo di

Desviaciones límite ²

Desviación

negativa para

series 1 a 7

Desviación positiva

Para series

1 a 4

Para series

5 a 7

100 100 -3 +1 +2

125 125 -3 +2 +2

150 150 ¹ -4 +2 +3

200 200 -5 +3 +4

250 250 -6 +4 +5

300 300 ¹ -8 +4 +6

315 315 -8 +5 +6

350 350 ¹ -9 +5 +7

400 400 -10 +6 +8

450 450 ¹ -11 +7 +9

500 500 -13 +7 +10

600 600 ¹ -15 +9 +12

630 630 -16 +9 +13

700 700 ¹ -18 +10 +14

800 800 -20 +12 +16

900 900 -23 +13 +18

1000 1000 -25 +15 +20

1200 1200 ¹ -30 +18 +24

1400 1400 -35 +21 +28

1500 1500 ¹ -38 +22 +30

1600 1600 -40 +24 +32

1800 1800 -45 +27 +36

2000 2000 -50 +30 +40

2200 2200 ¹ -55 +33 +44

2240 2240 -56 +34 +45

2400 2400 ¹ -60 +36 +48

2500 2500 -63 +37 +50

2600 2600 ¹ -65 +39 +52

2800 2800 -70 +42 -

3000 3000 ¹ -75 +45 +60

(1) Estos diámetros no cumplen con la serie R10 o R20 de la NTE INEN 328.

(2) Las tolerancias han sido calculadas usando las siguientes fórmulas:

Para tubos de series 1 a 4 : d=0.025 di hasta d + 0.015 d

Para tubos de series 1 a 4 : d=0.025 di hasta d + 0.015 d


46

-Espesor de pared

El espesor mínimo de la pared de la cara interior lisa del tubo y de los accesorios

fabricados con éste, debe cumplir los requisitos dados en la tabla 31. Para DNI <

1000 mm: 8 mediciones y Para DNI ≥ 1000 mm: 16 mediciones.

Tabla 11: Espesores mínimos de pared interior (e1) en mm, tubos tipo A1.

Diámetro

nominal

Interior DN

mm ¹

Serie del tubo

1 2 3 4 5 6 7

Rigidez anular mínima (kN/m²) ISO 9969

0.25 0.5 1 2 4 5 16

100 0.79

125 0.78 0.99

150 0.75 0.94 1.19

160 0.80 0.80 1.00 1.27

175 0.80 0.90 1.12 1.39

200 0.80 0.80 1.00 1.25 1.59

220 0.80 0.88 1.10 1.37 1.75

250 0.75 0.80 1.00 1.25 1.56 1.98

280 0.75 0.88 1.12 1.40 1.75 2.22

300 0.75 0.94 1.20 1.50 1.88 2.38

315 0.79 0.98 1.26 1.58 1.97 2.50

335 0.84 1.04 1.34 1.68 2.10 2.66

350 0.70 0.88 1.09 1.40 1.75 2.19 2.78

400 0.80 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.17

450 0.90 1.13 1.41 1.80 2.25 2.81 3.57

475 0.95 1.19 1.49 1.90 2.38 2.97 3.77

500 1.00 1.25 1.56 2.00 2.50 3.13 3.97

530 1.06 1.33 1.66 2.12 2.65 3.32 4.21

550 1.10 1.38 1.72 2.20 2.75 3.44 4.37

580 1.16 1.45 1.82 2.32 2.90 3.63 4.60

600 1.20 1.50 1.88 2.40 3.00 3.75 4.76

630 1.26 1.58 1.97 2.52 3.15 3.94 5.00

650 1.30 1.63 2.03 2.60 3.25 4.07 5.16

670 1.34 1.68 2.09 2.64 3.35 4.19 5.32

700 1.40 1.75 2.19 2.80 3.50 4.38 5.56

710 1.42 1.78 2.22 2.84 3.55 4.44 5.63

750 1.50 1.88 2.34 3.00 3.75 4.69 5.95

775 1.55 1.94 2.42 3.10 3.88 4.85 6.15

800 1.60 2.00 2.50 3.20 4.00 5.00 6.35

850 1.70 2.13 2.15 3.40 4.25 5.32 6.74

47

Continuación tabla 11.

875 1.75 2.19 2.48 3.50 4.38 5.48 6.94

900 1.80 2.25 2.81 3.60 4.50 5.63 7.14

950 1.90 2.38 2.97 3.80 4.75 5.94 7.54

975 1.95 2.44 3.15 3.90 4.88 6.10 7.74

1000 2.00 2.50 3.13 4.00 5.00 6.25 7.94

1060 2.12 2.65 3.32 4.24 5.30 6.62 8.41

1100 2.20 2.75 3.44 4.40 5.50 6.88 8.73

1150 2.30 2.88 3.60 4.60 5.75 7.19 9.13

1200 2.40 3.00 3.75 4.80 6.00 7.50 9.52

1250 2.50 3.13 3.91 5.00 6.25 7.81 9.92

1320 2.64 3.30 4.13 5.28 6.60 8.25 10.48

1360 2.72 3.40 4.25 5.44 6.80 8.50 10.79

1400 2.80 3.50 4.38 5.60 7.00 8.75 11.11

1450 2.80 3.63 4.54 5.80 7.25 9.07 11.51

1500 2.90 3.75 4.69 6.00 7.50 9.38 11.90

1600 3.00 4.00 5.00 6.40 8.00 10.00 12.70

1700 3.20 4.25 5.32 6.80 8.50 10.63 13.50

1800 3.40 4.50 5.63 7.20 9.00 11.25 14.29

1900 3.60 4.75 5.94 7.60 9.50 11.88 15.08

2000 3.80 5.00 6.25 8.00 10.00 12.50 15.87

2200 4.00 5.50 6.88 8.80 11.00 13.75 17.46

2240 4.40 5.60 7.00 8.96 11.20 14.00 17.78

2400 4.48 6.00 7.50 9.60 12.00 15.00 19.05

2500 5.00 6.25 7.81 10.00 12.50 15.63 19.84

2600 5.20 6.50 8.13 10.40 13.00 16.25 20.63

2800 5.60 7.00 8.75 11.20 14.00 17.50 22.22

3000 6.00 7.50 9.38 12.00 15.00 18.75 23.81



Tubo A2

-Diámetro exterior

El diámetro nominal del tubo tipo A2 que se determina sobre la base del diámetro

nominal exterior (DNE) debe cumplir con los valores indicados en la tabla 32. Para

DNE < 1000 mm: 4 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm: 8 mediciones.

48

-Diámetro interior

El diámetro interior medio mínimo del tubo tipo A2 debe cumplir con los requisitos

dados en la tabla 32. Para DNE < 1000 mm: 4 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm:

8 mediciones.

-Espesor de pared (e1)

El espesor mínimo de la pared de la cara interior lisa del tubo y de los accesorios

fabricados con éste, debe cumplir los requisitos dados en la tabla 33. Para DNE <

1000 mm: 8 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm: 16 mediciones.

Tabla 12: Diámetros exteriores e internos de tubos tipo A2.

Diámetro

nominal

DNE (mm)

Diámetro exterior medio Diámetro Inferior

medio mínimo di min

(mm) de min (mm) de máx (mm)

315 315 319 275

335 335 339 300

355 355 359 320

400 400 405 355

450 450 455 401

475 475 480 427

500 500 506 455

530 530 536 486

545 545 551 501

560 560 567 516

580 580 587 532

600 600 607 548

630 630 637 572

640 640 648 580

660 660 668 600

670 670 678 630

690 690 698 650

730 730 739 664

750 750 759 680

775 775 784 700

800 800 809 725

825 825 835 750

850 850 560 775

875 875 885 800

900 900 911 841

920 920 931 860

950 950 961 890

49


960 960 971 900

1000 1000 1011 923

1035 1035 1047 944

1060 1060 1072 969

1090 1090 1103 1000

1100 1100 1113 1012

1130 1130 1143 1050

1150 1150 1163 1065

1200 1200 1213 1102

1245 1245 1259 1140

1255 1255 1275 1150

1320 1320 1340 1218

1360 1360 1380 1260

1400 1400 1420 1300

1450 1450 1470 1350

1500 1500 1525 1400

1550 1550 1575 1450

1600 1600 1625 1500

1700 1700 1725 1600

1800 1800 1825 1700

1900 1900 1925 1800

2000 2000 2025 1900

2100 2100 2125 2000

2200 2200 2225 2100

2300 2300 2325 2200

2400 2400 2525 2300

2500 2500 2525 2400

2600 2600 2625 2500



Tabla 13: Espesores mínimos de pared interior (e1) en mm, de tubos tipo A2.

Diámetro

nominal

exterior

DNE

(mm)

Serie del tubo

1 2 3 4 5 6 7

Rigidez anular mínima (kN/m²) ISO 9699

0.25 0.5 1 2 4 8 16

315 1.78 1.78 1.78

335 1.78 1.78 1.78 1.78

355 1.78 1.78 1.78 1.78

400 1.78 1.78 1.78 1.78

450 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78

475 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78

500 1.78 1.78 1.79 1.81 1.86 1.95

50


530 1.78 1.78 1.80 1.86 1.98 2.21

545 1.78 1.78 1.80 1.88 2.04 2.34

560 1.78 1.78 1.81 1.91 2.10 2.47

580 1.78 1.78 1.78 1.82 1.97 2.26 2.82

600 1.78 1.78 1.78 1.84 2.04 2.42 3.16

630 1.78 1.78 1.78 1.86 2.13 2.65 3.69

640 1.78 1.78 1.78 1.87 2.16 2.73 3.86

660 1.78 1.78 1.78 1.89 2.23 2.92 4.27

670 1.78 1.78 1.78 1.90 2.26 3.01 4.47

690 1.78 1.78 1.78 1.91 2.30 3.10 4.66

730 1.78 1.78 1.78 1.92 2.37 3.27 5.05

750 1.78 1.78 1.78 2.00 2.45 3.33 5.05

775 1.78 1.78 1.78 2.11 2.54 3.41 5.05

800 1.78 1.78 1.78 2.22 2.64 3.48 5.12

825 1.78 1.78 1.78 2.32 2.73 3.56 5.20

850 1.78 1.78 1.78 2.44 2.86 3.72 5.42

875 1.78 1.78 1.78 2.55 2.99 3.88 5.63

900 1.78 1.78 1.95 2.67 3.12 4.04 5.84

920 1.78 1.78 2.00 2.75 3.34 4.15 5.95

950 1.78 1.78 2.00 2.75 3.46 4.26 6.09

960 1.78 1.78 2.00 2.75 3.50 4.30 6.14

1000 1.83 1.93 2.15 2.94 3.52 4.38 6.19

1035 1.88 2.06 2.29 3.10 3.54 4.45 6.24

1060 1.96 2.15 2.39 3.23 3.69 4.63 6.49

1090 2.05 2.25 2.50 3.38 3.86 4.85 0.68

1100 2.12 2.32 2.58 3.48 3.98 5.00 6.99

1130 2.31 2.53 2.81 3.79 4.34 5.45 7.62

1150 2.36 2.58 2.86 3.85 4.38 5.47 7.65

1200 2.48 2.70 2.99 3.99 4.49 5.51 7.71

1245 2.66 2.90 3.20 4.25 4.75 5.77 7.76

1255 2.67 2.91 3.21 4.26 4.76 5.78 7.77

1320 2.77 3.01 3.32 4.38 4.87 5.87 7.82

1360 2.80 3.04 3.35 4.43 4.92 5.92 7.89

1400 2.82 3.07 3.38 4.47 4.97 5.98 7.96

1450 2.84 3.08 3.40 4.50 5.00 6.02 8.01

1500 2.85 3.10 3.42 4.52 5.03 6.05 8.06

1550 2.87 3.12 3.44 4.55 5.06 6.09 8.11

1600 2.89 3.14 3.46 4.58 5.09 6.13 8.16

1700 2.92 3.18 3.50 4.63 5.15 6.20 8.25

1800 2.96 3.22 3.54 4.69 5.21 6.27 8.35

1900 2.99 3.26 3.59 4.74 5.27 6.35 8.45

2000 3.03 3.29 3.63 4.80 5.34 6.43 8.55

2100 3.06 3.33 3.67 4.86 5.40 6.50 8.66

2200 3.10 3.37 3.72 4.92 5.46 6.58 8.76

2300 3.14 3.41 3.76 4.98 5.53 6.66 8.87

51


2400 3.18 3.46 3.81 5.04 5.60 6.74 8.97

2500 3.21 3.50 3.85 5.10 5.66 6.82 9.08

2600 3.25 3.54 3.90 5.16 5.73 6.90 9.19



Tubo tipo B

-Diámetro exterior

El diámetro nominal del tubo Tipo B que se determina sobre la base del diámetro

nominal exterior (DNE), debe cumplir con los valores indicados en la tabla 34. Para

DNE < 1000 mm: 4 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm: 8 mediciones.

-Diámetro interior

El diámetro interior medio mínimo del tubo tipo B debe cumplir con los requisitos

dados en la tabla 34. Para DNE < 1000 mm: 4 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm:

8 mediciones.

Tabla 14: Diámetro exterior e interior de tubos tipo B.

Diámetro

nominal DNE

(mm)

Diámetro exterior medio Diámetro Inferior medio

mínimo di min (mm) de min (mm) de máx (mm)

110 109.4 110.4 97

125 124.3 125.4 107

160 159.1 160.5 135

175 174.0 175.5 149

200 198.8 200.6 172

220 218.7 220.7 190

250 248.5 250.8 216

280 278.4 280.9 241

315 313.2 316.0 270

335 333.0 336.0 290

355 352.9 356.1 310

400 397.6 401.2 340

440 437.4 441.4 374

450 447.3 451.4 383

500 497.0 501.5 432

540 536.8 541.6 465

630 626.3 631.9 540

52


650 646.3 652.0 558

710 705.8 712.1 614

760 755.5 762.3 651

800 795.2 802.4 680

875 869.8 877.6 744

900 894.6 902.7 766

975 969.2 977.9 840

1000 994.00 1003.0 864

1090 1083.5 1093.3 942

1200 1192.8 1203.6 1037



-Espesor de pared (e1), (e2) y (e3)

Los espesores mínimos de las paredes interior y exterior en correspondencia con la

cresta de la corrugación y en el valle, deben cumplir con los valores indicados en la

tabla 35. Para DNE < 1000 mm: 8 mediciones y Para DNE ≥ 1000 mm: 16

mediciones.

Tabla 15: Espesores mínimos de pared de tubos tipo B.

Diámetro

nominal DNE

(mm)

Espesor mínimo de

pared interior

Espesor mínimo de

pared exterior Espesor mínimo en

el valle e₃ (mm) e₁ (mm) e₂ (mm)

110 0.70 0.46 0.71

125 0.70 0.49 0.74

160 0.70 0.55 0.81

175 0.74 0.60 0.89

200 0.80 0.69 1.03

220 0.89 0.75 1.13

250 1.03 0.85 1.29

280 1.18 1.00 1.50

315 1.35 1.18 1.75

335 1.49 1.24 1.90

355 1.63 1.31 2.04

400 1.96 1.40 2.34

440 2.04 1.54 2.47

450 2.06 1.58 2.50

53


500 2.18 1.73 2.65

540 2.34 1.84 2.77

630 2.69 2.09 3.04

650 2.76 2.14 3.13

710 2.99 2.27 3.39

760 3.13 2.45 3.56

800 3.25 2.60 3.69

875 3.48 2.84 3.95

900 3.56 2.92 4.04

975 3.79 3.16 4.31

1000 3.87 3.24 4.40

1090 4.15 3.53 4.72

1200 4.49 3.88 5.12



2.8.1.6 Accesorios

Tubo tipo A1

Los accesorios deben ser fabricados uniendo segmentos de tubos con una rigidez

anular que se ubique en la serie de los tubos que se van a acoplar, (Para mayor

detalle de los accesorios se deberá revisar las figuras 5, 6, 7, 8, 9, 14 y las tablas 9,

10, 11, 12 de la NORMA NTE INEN 2059, 2015).

a) Codos recortados CR

b) Ramales a 45° R45

c) Reducciones de tubo RT

d) Adaptadores A

e) Anillo de unión U

f) Silletas o monturas de derivación con ángulo α de 45° ó de 90° S

Tubo tipo A2, B

Los diámetros de las espigas terminadas de los accesorios corresponderán a lo

señalado para los tubos tipo A2 y B.

54

El diámetro interior medio mínimo (di mín.) de los accesorios para tubos tipo A2 y

B, no será menor que el 98% del diámetro interior medio mínimo de los tubos, para

los que son designados.

Para tubos tipo A2 y B son aplicables los siguientes tipos de accesorios:

a) Codos. Codos de curvatura lisa, de espiga-campana y campana-campana de los

siguientes ángulos nominales preferidos: 11,25°, 15°, 22,5°, 30°, 45° y entre 87,5°

y 90°.

b) Uniones con tope o deslizante.

c) Reductores.

d) Derivación y derivación reducida. Los ángulos nominales preferidos: 45° y entre

87,5° y 90°.

e) Silleta o montura de derivación.

- El ángulo nominal α puede ser 45° y 90° cuando de2/de1 ≤ 2/3. El ángulo nominal

preferido es 45°.

- El mínimo cubrimiento axial L, en mm debe cumplir la siguiente especificación:

Tabla 16: Cubrimiento axial.

Lmín de₂≤110 mm 110<de₂≤125 mm 125<de₂≤160 mm 160<de₂≤200 mm

50 mm 60 mm 70 mm 80 mm



- Para monturas que tienen de1 < 315 mm, el cubrimiento circunferencial, a, será

no menor que la mitad de la circunferencia.

- Para monturas que tienen de1 ≥ 315 mm, el cubrimiento circunferencial, a, será

no menor de 80 mm.

55

f) Tapones.

- La mínima longitud de la espiga “L” será (C máx + 10) mm, siendo C máx la

profundidad de la zona de sellado.

Los valores Z1, Z2 y Z3 en las figuras 10, 11, 13, 14 y 15 serán determinados de

acuerdo con la fórmula correspondiente al tipo de accesorio especificado en la ISO

265–1.


TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED ETRUCTURADA E

INTERIOR LISA PARA ALCANTARILLADO. REQUISITO E

INSPECCIÓN.

Los tubos de polietileno se clasifican en una escala de series del 1 al 7 tal como se

indica en la siguiente tabla:

Tabla 17: Rigidez anular, serie del tubo.

Serie del tubo

1 2 3 4 5 6 7


0.25 0.5 1 2 3.94 7.88 15.63

Rigidez anular mínima (kN/m²) "método de ensayo DIN 16961"

2 4 8 16 31.5 63 125



Los tipos de tubos son los siguientes:

56

Figura 29: Tubos de perfil abierto (PA), tipo A1.


Figura 30: Tubos de perfil cerrado (PC), tipo A2.


Figura 31: Tubos de perfil abierto (PA), tipo B.


57


abierto.




cerrado.



-Según la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE INEN 2360, 2004)

menciona que para tuberías de polietileno (PE) debe cumplir los siguientes

requisitos:

Longitud útilLongitud útil

Longitud útil

Espiga corrugada

Espiga lisa

PERFIL ABIERTO

Campana y espiga terminal Una espiga terminal

Dos espigas terminales

Longitud útilLongitud útil

PERFIL CERRADO

Campana y espiga terminal Extremos planos

58

Requisitos de cumplimiento

2.8.2.1 Materiales

Material base.- El tubo debe hacerse de un compuesto plástico de polietileno (PE).

El material debe tener establecida una base de diseño hidrostático (HDB) no menor

de 8,6 MPa para agua a 23° C, determinada de acuerdo con el método de ensayo

ASTM D 2837.

Otros materiales.- Diferentes de aquellos especificados como material base

pueden usarse como parte de la construcción del perfil, como por ejemplo:

polietileno, polipropileno y otros.

Densidad e índice de fluidez.- Los plásticos de polietileno se identifican

primariamente sobre la base de las dos características llamadas densidad e índice

de fluidez. La densidad de la resina utilizada debe ser mayor a 0,941 g/cm³ (Alta

densidad) y será determinada conforme a la NTE INEN 1742 (NORMA TÉCNICA

ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE) DE PARED


REQUISITO E INSPECCIÓN, 2004, pág. 3).

Negro de humo.- El contenido de negro de humo no debe ser menor al 2 % en

masa.

Material de reuso.- Se puede reusar material de PE limpio, generado en la

producción del mismo fabricante, siempre que el tubo producido cumpla con todos

los requisitos de esta norma.

Empaques.- Los empaques elastoméricos deben cumplir con los requisitos

especificados en la norma ASTM F 477, para baja presión, de acuerdo con las tablas

1 y 2 de dicha norma; deben moldearse en una forma circular o extruirse de acuerdo

con la tecnología del fabricante; luego deben empalmarse en forma circular y deben

hacerse de un compuesto elastomérico vulcanizado de alta calidad (NORMA

TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE POLIETILENO (PE)

DE PARED ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA PARA


59

Lubricantes.- El lubricante usado para el ensamble de los empaques no debe tener

efecto perjudicial en el empaque o en el tubo.

Material de suelda en caliente.- El material utilizado para suelda en caliente de

los tubos debe cumplir los requisitos del material base.

Elementos de inserción.- Se pueden usar elementos exteriores con el objeto de

aumentar la rigidez anular del tubo. Estos elementos pueden ser de otros materiales,

pero deben cumplir con los requisitos especificados para otros materiales.

2.8.2.2 Requisitos dimensionales

Diámetro nominal.- El diámetro interno promedio de la tubería, incluido el

diámetro en la sección de la espiga, debe cumplir los requisitos de la tabla 38.

Espesor de pared (e).- Los mínimos espesores de las paredes interiores (e1) para

el perfil abierto Tipo A1 y perfil cerrado Tipo A2 deben cumplir con los valores

señalados en las tablas 39 y 40, respectivamente, y los mínimos espesores de las

paredes interiores, en concordancia con la cresta de corrugación (e1) y en el valle

(e3), respectivamente, para los tubos Tipo B (Ver figura 39).

Espesor de pared para campanas y espigas.- El mínimo espesor de pared en la

campana de la tubería debe cumplir los requisitos especificados.

Longitud.- La longitud estándar de un tubo debe ser la longitud útil, medida desde

el final de la campana hasta el final de la espiga. Puede ser de 5, 6, 10 o 12 m,

cuando se mida de acuerdo con la NTE INEN 499. Otras longitudes pueden

acordarse entre el comprador y el fabricante. La tolerancia de la longitud debe ser

de + 50 mm.

Tabla 18: Diámetros mínimos y máximos, tubería de perfil abierto y cerrado tipo

A1, A2 y B.

Diámetro nominal

DN (mm)

Diámetro interior medio,

mínimo (mm)

Diámetro interior

medio, máximo (mm)

100 97 105

150 145 155

200 195 206

250 244 256

60


300 292 309

350 341 360

400 390 412

450 439 462

500 487 510

600 585 612

700 682 724

800 780 816

900 877 918

1000 975 1020

1100 1089 1112

1200 1170 1224

1300 1287 1326

1400 1365 1428

1500 1462 1530

1600 1560 1632

1700 1683 1745

1800 1755 1836

1900 1881 1934

2000 1950 2040

2100 2051 2121

2300 2240 2342

2500 2437 2550

2700 2632 2753

2800 2730 2856

3000 2925 3060

NOTA: Los diámetros internos mínimos y máximos de la tabla son iguales para las

clases 1 a 7.



Tabla 19: Espesores mínimos de pared interior e1 en mm de tubos de perfil

abierto tipo A1.

Diámetro

nominal

DNI

(mm)

Serie del tubo

1 2 3 4 5 6 7


0.25 0.5 1 2 3.94 7.88 15.63

Rigidez anular mínima (kN/m²) "método de ensayo DIN 16961"

2 4 8 16 31.5 63 125

100 0.80 0.80

125 0.80 0.80 0.99

150 0.80 0.94 1.19

160 0.80 0.80 1.00 1.27

200 0.80 0.80 1.00 1.25 1.59

61


250 0.80 0.80 1.00 1.25 1.56 1.98

300 0.80 0.94 1.20 1.50 1.88 2.38

315 0.80 0.80 0.98 1.26 1.58 1.97 2.50

350 0.80 0.88 1.09 1.40 1.75 2.19 2.78

400 0.80 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.17

450 0.90 1.13 1.41 1.80 2.25 2.81 3.57

500 1.00 1.25 1.56 2.00 2.50 3.13 3.97

600 1.20 1.50 1.88 2.40 3.00 3.75 4.76

630 1.26 1.58 1.97 2.52 3.15 3.94 5.00

700 1.40 1.75 2.19 2.80 3.50 4.38 5.56

710 1.42 1.78 2.22 2.84 3.55 4.44 5.63

800 1.60 2.00 2.50 3.20 4.00 5.00 6.35

900 1.80 2.25 2.81 3.60 4.50 5.63 7.14

1000 2.00 2.50 3.13 4.00 5.00 6.25 7.94

1200 2.40 3.00 3.75 4.80 6.00 7.50 9.52

1250 2.50 3.13 3.91 5.00 6.25 7.81 9.92

1400 2.80 3.50 4.38 5.60 7.00 8.75 11.11

1500 3.00 3.75 4.69 6.00 7.50 9.38 11.90

1600 3.20 4.00 5.00 6.40 8.00 10.00 12.70

1800 3.60 4.50 5.63 7.20 9.00 11.25 14.29

2000 4.00 5.00 6.25 8.00 10.00 12.50 15.87

2200 4.40 5.50 6.88 8.80 11.00 13.75 17.46

2240 4.48 5.60 7.00 8.96 11.20 14.00 17.78

2400 4.80 6.00 7.50 9.60 12.00 15.00 19.05

2500 5.00 6.25 7.81 10.00 12.50 15.63 19.84

2600 5.20 6.50 8.13 10.40 13.00 16.25 20.63

2800 5.60 7.00 8.75 11.20 14.00 17.50 22.22

3000 6.00 7.50 9.38 12.00 15.00 18.75 23.81

NOTA: Por acuerdo entre fabricante y comprador se podrá fabricar tubos con diámetros

nominales, espesores y series que no correspondan a la tabla, siempre y cuando

cumplan con los demás requisitos de esta norma.



62

Tabla 20: Espesores mínimos de pared e1 en mm en tubos de perfil cerrado tipo

A2.

Diámetro

nominal

DNI

(mm)

Serie del tubo

Espesor

Mínimo

Campana

(mm)

1 2 3 4 5 6 7

Rigidez anular mínima (kN/m²) "método de

ensayo ISO 9969"

0.25 0.5 1 2 3.94 7.88 15.63

Rigidez anular mínima (kN/m²) "método de

ensayo DIN 16961"

2 4 8 16 31.5 125

e₁ e₁ e₁ e₁ e₁ e₁ e₁

100 1.20 7.60

150 2.00 2.50 7.60

200 3.00 3.50 7.60

250 4.00 4.50 12.70

300 4.00 4.57 4.57 12.70

350 4.57 4.57 4.57 12.70

400 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

450 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

500 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

550 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

600 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

700 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

800 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

900 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1000 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1100 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1200 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1300 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1400 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 12.70

1500 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

1600 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

1700 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

1800 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

1900 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

2000 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 15.20

2100 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 17.80

2300 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 17.80

2500 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 17.80

2700 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 17.80

2800 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 17.80

3000 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 4.57 20.30



63

Tabla 21: Espesores mínimos de pared e1 y e3 en mm en tubos de perfil abierto

tipo B.



2.8.2.3 Requisitos mecánicos

Resistencia al impacto.- Los tubos deben tener una resistencia mínima al impacto

de acuerdo con lo requerido en la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE

INEN 2360, 2004). Cualquier grieta, fisura, rotura o fractura se considerará como

falla del espécimen de ensayo.

64

Rigidez anular.- La rigidez anular (RA), para las secciones de la tubería entre la

campana y la espiga, debe cumplir con los valores mínimos, cuando se ensaye de

acuerdo con lo requerido en la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA (NTE INEN

2360, 2004).

Aplastamiento.- No deben presentarse evidencias de fisuras, grietas, roturas o

desprendimiento de nervaduras o costuras.

Adhesión.- En los tubos tipo B se debe ensayar la adhesión entre las paredes interna

y externa mediante un probador o punta de cuchillo. De separarse las dos paredes

en el valle de la corrugación, no deben generarse superficies lisas. Las muestras

deben ser sometidas a ensayos en ocho puntos igualmente distribuidos en torno a la

circunferencia.

Elongación hasta la rotura.- El ensayo se realizará de acuerdo con la norma ISO

6259-3 y el resultado no debe ser menor del 350 %. La probeta debe extraerse de

una placa plana elaborada de un perfil de la tubería.

Resistencia a la rotura por tensión medioambiental.- El ensayo debe realizarse

de acuerdo con la norma ASTM D 1693 con la condición de prueba C, duración de

la prueba de 192 horas y con una falla máxima del 20 % , de acuerdo con lo

requerido en la norma ASTM D 3350.

2.8.2.4 Hermeticidad de juntas

Juntas de campana o espiga.- Las juntas con empaque elastomérico o suelda

térmica, cuando se unen de acuerdo con las recomendaciones del fabricante, no

deben mostrar señales de goteo o fugas, según lo especificado.

Juntas por fusión en caliente.- Estas juntas deben probarse de acuerdo con la

norma ASTM D 2657. Técnica II: Fusión en caliente; y no deben mostrar señales

de goteo o fugas, cuando se ensayen como se dispone en NORMA TÉCNICA

ECUATORIANA (NTE INEN 2360, 2004).

Juntas con suelda de extrusión.- En las uniones con suelda de extrusión no debe

haber goteo o fugas.

65

Juntas con uniones mecánicas.- Estas uniones con empaque elastomérico, cuando

se usen bajo las recomendaciones del fabricante, deben ser hechas del mismo

material base y cumplir con los requisitos de la norma.

Juntas con unión elastomérica.- En las uniones con empaques, todas las

superficies de la junta que están en contacto con el empaque deben ser de textura

lisa y libre de cualquier imperfección, protuberancia, fracturas o fisuras que puedan

perjudicar el sellado de la junta. Los empaques deben cumplir con los requisitos de

la norma

2.9 Relación suelo-tubo (MARSTON Y IOWA)

La relación entre el suelo y la tubería se desarrolla a partir del estudio de Marston,

que desarrolló un método útil y práctico para calcular la magnitud de la carga de

tierra que inciden sobre una tubería instalada y en servicio, el cual involucra el

módulo de reacción del suelo sobre la tubería.

Para el cálculo de las cargas que actúan sobre una tubería plástica enterrada, se

aplicó la fórmula de Marston para obtener la carga del relleno, siendo esta una carga

donde presenta deflexiones a largo plazo mediante la ecuación modificada de

IOWA.

Aplicando la ecuación de Marston ya explicada anteriormente se procede a utilizar

la ecuación de IOWA para determinar el cálculo de la deflexión en tuberías plásticas

enterradas.

𝐶𝑑 =1 − 𝑒−2∗𝑘∗𝜇∗(

𝐻𝑅𝐵𝑑

)

2 ∗ 𝑘 ∗ 𝜇 (Ec. 36)

𝑾𝒄 =𝑪𝒅 ∗ 𝜸 ∗ 𝑩𝒅𝟐 ∗ 𝑫

𝑩𝒅= 𝑪𝒅 ∗ 𝜸 ∗ 𝑫 ∗ 𝑩𝒅 (Ec. 37)

La ecuación de IOWA modificada no involucra directamente el valor de la rigidez

anular del tubo, pero si involucra el valor del módulo y la inercia, por lo tanto para

dejarle en función de la rigidez se divide para el radio al cubo quedando de la

siguiente manera:

66

Ecuación de IOWA modificada.


𝐸𝐼 + 0.061𝐸2𝑟3


𝐸𝐼 + 0.061𝐸2𝑟3∗

1

𝑟3

𝛥𝑥 =𝐷𝐿𝑘𝑊𝑐𝑟3/𝑟3

𝐸𝐼/𝑟3 + 0.061𝐸2𝑟4/𝑟3 (Ec. 38)

Por lo tanto la ecuación que se utilizará para el cálculo de la deflexión en

función de la rigidez es la siguiente:

𝜟𝒙 =𝑫𝑳𝒌𝑾𝒄𝑻

𝑬 ∗ 𝑰𝒓𝟑 + 𝟎. 𝟎𝟔𝟏𝑬𝟐

(Ec. 39)

𝐸 ∗ 𝐼

𝑟3= 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜.

67

CAPÍTULO III

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS Y DETERMINACIÓN DE LOS

MÓDULOS DE REACCIÓN.

3.1 Clasificación general de los suelos del Ecuador

En el país no existe una buena información de los suelos pero el Ministerio de

Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP), respecto al sector

agropecuario tiene información de forma general sobre los tipos de suelos que

existe en cada provincia del país (SOCIEDAD ECUATORIANA DE LA CIENCIA

DEL SUELO SECS, 1986).

La Sociedad Ecuatoriana de la Ciencia del Suelo (SECS) a través de sus

conocimientos ha realizado un mapa de suelos que se presenta a continuación:

68

Figura 34: Mapa general de los suelos del Ecuador.

Fuente: Sociedad Ecuatoriana de la Ciencia del Suelo SECS (1986).

69

A continuación se presenta un resumen general de los suelos del Ecuador:

Tabla 22: Resumen general de los suelos del Ecuador.

CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS SIMBOLO S

ever

amen

te e

rosi

onad

os,

super

fici

ales

, dom

inan

cia

de

mat

eria

les

pri

mar

ios

gru

esos.

Arenosos o arcillo arenoso mezclado con

gravas y/o piedras. Es1

Arenosos mezclado con cantos rodados,

gravas y/o piedras. Es2

Arcillosos; con afloramientos rocosos

frecuentes. Es3

Arenosos cuarcíticos, poco alterados. Es4

Afloramientos de cangahua. Ec

Afloramientos de capas de pómez con

cenizas y/o gravas; lavas. Es5

Arenas mezcladas con gravas y/o piedras. Es6

Arcillo arenosos con gravas, piedras y/o

cantos rodados. Es7

Are

noso

s, p

rofu

ndos;

M.O

. <

i%

en t

odo e

l

per

fil.

A veces con CO3Ca; pH neutro a

ligeramente alcalino; pardo claros. Ej1

Con presencia de conchas marinas,

carbonatos y sal. Ej2

Tex

tura

var

iable

,

dis

trib

uci

ón i

rreg

ula

r de

M.O

.; f

érti

les.

Arenosos con o sin presencia de gravas;

generalmente profundos. Et1

Franco arenosos, limosos y/o arcillo

limosos; profundos; inundables. Et2

70


Mal drenados, saturados con agua todo el año; con sales; colores

obscuros; limo arcillosos; profundos. Ei

Alo

fánic

os;

lim

oso

s a

fran

co l

imoso

s; p

rofu

ndos;

ric

os

en M

.O.;

des

atura

dos

en b

ases

; pH

áci

do.

Retención de humedad > 100%, negros en

zonas frías y pardos amarillos en

templadas o cálidas; lixiviados;

esponjosos; baja fertilidad.

Id1

Muy negros a negros (frío), amarillos en

profundidad (templado cálido). Retención

de humedad de 20-100%.

Id2

Pardos; limos y arenas estratificados;

Id1/Id2. Retención de humedad de 20-

100%.

Id3

Francos o limosos con arena muy fina; profundos; pH ligeramente

ácido a neutro; saturados en bases; ricos en M.O.; negros p pardos

(zonas frías o templadas) pardo rojizo (zonas cálidas); buena

fertilidad.

Id4

Pardo oscuros; arenosos; con alto contenido de vidrio volcánico; baja

retención de humedad (< 20%); > 1% de M.O. en el perfil; pH

ligeramente ácido a neutro.

Ij

71


Cao

linit

icos;

arc

illo

sos;

com

pac

tos;

poco

per

mea

ble

s; m

al

dre

nad

os;

muy d

esat

ura

dos

en b

ases

y l

ixiv

iados;

baj

a

fert

ilid

ad;

pH

áci

do.

Erosionados; pardo rojizos o amarillos

rojizos; poco profundos; lixiviados;

compactos.

If1

Rojos; poco profundos; arcillosos;

lixiviados; alto contenido de aluminio

tóxico.

If2

Pardos; muy profundos; muy arcillosos;

muy lixiviados; muy alto contenido de

aluminio tóxico.

If3

Pardo rojizos o amarillo rojizos;

profundos; lixiviados; con aluminio

tóxico.

If4

Pardos a pardo rojizos; profundos; a veces

mal drenados; distribución irregular de

M.O.

If5

Cao

linit

icos

y/o

montm

ori

llon

itic

os;

moder

adam

ente

sat

ura

do

s en

bas

es;

pH

lig

eram

ente

áci

do.

Pardo rojizos a amarillos; arcillosos;

profundidad variable. Ig1

Pardos; texturas finas diversas y

estratificadas (arcillosas, limosas,

arenosas); profundidad variable; a veces

saturados con agua.

Ig2

Amarillo o pardo amarillos; arcillosos; a

veces vérticos; posibilidad de piedras. Ig3

Montm

ori

llonit

icos,

vér

tico

s;

pes

ados

y d

uro

s; s

atura

dos

en

bas

es;

pH

neu

tro a

lig

eram

ente

alca

lino.

Pardo oscuros; arcillosos; posibilidad de

piedras. Iv1

Pardos; texturas finas diversas y

estratificadas (arcillosas a arenosas);

profundidad variable.

Iv2

72


Sat

ura

dos

con a

gu

a per

man

ente

men

te;

gle

izad

os

(colo

res

gri

ses)

; pH

áci

do.

Horizonte orgánico (material fibroso)

sobre arcillas; rojizos a amarillos y grises

en profundidad.

Ia1

Arcillosos o arcillo arenosos; pardos a

grises; vérticos; profundos. Ia2

Horizonte superior rico en M.O.

meteorizada sobre suelo alofánico (Id2);

pardos a negros.

Ia3

Osc

uro

s; a

rcil

loso

s; d

uro

s en

sec

o y

pes

ados

en h

úm

edo;

pH

lig

eram

ente

alca

lino.

Profundidad variable; con CO3Ca. Vw

Medianamente Profundos; con rocas y/o

piedras; poco CO3Ca. Vv

Profundos; poco CO3Ca; a veces

saturados con agua (hidromórficos). Vt

Con horizonte argilico dentro de 50 y 100 cm; pardo claros;

arcillosos o arcillo arenosos; vérticos (se agrietan en seco);

profundidad variable; pH ligeramente alcalino.

Rv

Sin

hori

zonte

arg

ilic

o.

Amarillos; limosos o franco limosos; pH

ligeramente alcalino a alcalino. Rq

Oscuros; arcillo limosos; con abundancia

de sales. Sin horizonte argilico. Ri

Duripán (cangahua) a menos de 1m de profundidad; negros a pardo

oscuros; arcillo arenosos; pH ligeramente ácido a neutro. Mc1

73


Sin

hori

zonte

arg

ilic

o, p

H l

iger

amen

te

ácid

o a

neu

tro.

Negros; profundos; arenosos finos con

limo o limosos con arena; incremento de

arcilla en profundidad.

Mh1

Negros; arcillo arenosos con piedras y/o

gravas e incremento de arcilla en

profundidad.

Mn1

Pardo rojizos; arcillosos o arcillo limosos;

presencia de piedras; profundidad

variable.

Mx1

Pardos oscuros; texturas variables en

distribución irregular (franco arcillosos a

arcillosos).

Mt

Con horizonte argilico entre 50 y 100 cm; negros; arcillo arenosos a

arcillosos; a veces sobre cangahua a más de 1m; pH ligeramente

ácido.

Mm1

Duripán (cangahua) a menos de 1m de profundidad; pardos; arcillo a

arenosos; pH neutro a ligeramente alcalino con CO3Ca. Mc2

Sin

hori

zonte

argil

ico;

pH

neu

tro a

liger

amen

te

alca

lino.

Pardos; profundos; arenosos finos con

limo o limosos con arena e incremento de

arcilla en profundidad.

Mh2

Pardo a pardo rojizo; arcillosos; presencia

de rocas y/o piedras; profundidad

variable.

Mx2

Con h

ori

zonte

argil

ico;

pH

neu

tro

a li

ger

amen

te

alca

lino.

Negros a pardo oscuros; arcillo arenosos,

con acumulación de arcilla (50-100cm); a

veces sobre cangahua a mas de 1m.

Mm2

Pardo oscuros; arcillo arenosos; con

piedras y/o gravas; con acumulación de

arcilla (50-100cm).

Mn2

Cao

linit

icos;

arc

illo

sos;

moder

ada

satu

raci

ón d

e bas

es;

pH

lig

eram

ente

áci

do.

Rojizos, pardo rojizos o amarillos;

profundidad variable; posibilidad de

piedra.

Ak1

Pardo rojizos; rojos a pardos amarillos;

profundidad variable. Ak2

Amarillo rojizos; con piedras y

escombros; profundidad variable. Ak3

Rojizos; muy pedregosos; profundidad

variable. Ak4

74


Cao

linit

icos

y/o

montm

ori

llonit

icos;

arci

lloso

s; a

lta

S.B

.;

vér

tico

s; p

H n

eutr

o.

Amarillo claro, rojizos o pardos; con

piedras y arena; profundidad variable. Al1

Pardo a pardo rojizo; friables;

profundidad variable. Al2

Pardo rojizo; con piedras escombros;

profundidad variable; con CO3Ca. Al3

Montm

ori

llonit

icos;

arci

lloso

s; m

uy a

lta

S.B

.;

vér

tico

s; p

H l

iger

amen

te

alca

lino.

Rojos, profundidad variable, con CO3Ca. Av1

Pardo claros; profundidad variable; sin

CO3Ca. Av2

Rojos o pardo rojizo oscuros;

erosionados. Ae

Cao

linit

icos;

arci

lloso

s; m

uy

fria

ble

s; p

rofu

ndos;

baj

a fe

rtil

idad

. Amarillo rojizo a pardo rojizo; humíferos

en superficie; muy desaturados en bases;

pH ácido.

Of

Rojizos; poco humíferos en superficie;

desaturados en bases; pH ácido a

ligeramente ácido.

Og

Con horizonte orgánico fibroso poca meteorización (>2m) sumergido

en agua, sobre materiales arcillosos; muy baja densidad aparente. Ho

Afloramientos rocosos. AR

Fuente: Sociedad Ecuatoriana de la Ciencia del Suelo SECS (1986).


3.2 Clasificación de los suelos según la provincia

La clasificación de los suelos propuesto por la Sociedad Ecuatoriana de la Ciencia

del Suelo (SECS), considera el sistema Norteamericano SOIL TAXONOMY

(USDA, 1975). Este sistema se basa en la morfología de los suelos, descrita en

términos de sus horizontes (HORIZONTES DIAGNÓSTICOS).

El estudio se realizó mediante calicatas de hasta un metro de profundidad, por lo

que no es un dato muy confiable, obligando así al consultor o diseñador a realizar

el estudio de suelos en el proyecto de alcantarillado a construir.

75

Existen dos tipos de horizontes propuestos por la SECS:

a) Los epipedones

Epipedón Móllico.- Ez un horizonte mineral con espesor mayor a 18cm, coloración

obscura, más del 50% de saturación de bases, más del 1% de materia orgánica, más

de 0.60% de carbón orgánico, agua disponible sin riego por 2 meses.

Epipedón Umbrico.- Horizonte mineral que tiene todos los requisitos para

epipedón móllico con la excepción que la saturación base es menor al 50%.

Epipedón Hístico.- Materiales orgánicos y que está saturado con agua por lo menos

30 días consecutivos en la mayoría de los años.

Epipedón Ocrico.- Muy claro en color, muy bajo en materia orgánica < 1% o muy

delgado para ser móllico, úmbrico o hístico.

b) Horizontes subsuperficiales

Horizonte Argílico.- Contiene arcilla iluvial, formado debajo del horizonte eluvial.

Debe tener por lo menos un 3% más de arcilla total en la tierra fina que el horizonte

superior.

Horizonte Cámbico.- Producto de alteración que no tiene el color oscuro ni el

contenido de materia orgánica.

Horizonte Sálico.- Es la acumulación de sales más solubles que el yeso, con un

espesor mayor a 15cm.

Horizonte Oxico.- Espesor de 30cm y alto contenido de arcilla y sesquióxidos, está

muy intemperizado.

Horizonte Duripán.- Es un horizonte subsuperficial cementado por sílice hasta el

punto que los fragmentos del horizonte, secos al aire, no se desmoronan por

sumersión prolongada en agua o en HCL. Los duripanes varían en el grado de

cementación por sílice y en adicción contienen generalmente cementantes

accesorios, principalmente óxidos de hierro y carbono de calcio.

76

Del resumen general de los suelos del Ecuador y utilizando el programa ArcGis se

clasificó a los suelos de acuerdo a su provincia.

El programa ArcGis, es un sistema de información geográfica (SIG) que es una

herramienta de captura, almacenamiento y administración de datos y atributos

asociados espacial y geográficamente referenciados. ArcGIS es utilizada por

personas de todo el mundo para poner el conocimiento geográfico al servicio de los

sectores del gobierno, la empresa, la ciencia, la educación y los medios. Además

permite publicar la información geográfica para que esté accesible para cualquier

usuario.

Los mapas constituyen una forma muy efectiva de organizar, comprender y

proporcionar grandes cantidades de información de un modo comprensible

universalmente. ArcGIS permite crear una amplia variedad de mapas, entre ellos,

mapas Web accesibles en navegadores y dispositivos móviles, diseños de mapa

impresos de gran formato, mapas incluidos en informes y presentaciones, libros de

mapa, atlas, mapas integrados en aplicaciones, etc.

Para la clasificación en cada provincia, en el programa ArcGIS se crea una base de

datos que será el mapa de las provincias del país denominado shapes, una vez

creado el mapa provincial, se limita las provincias y se crea un nuevo shapes

transcribiendo los suelos según la clasificación de la SECS y se coloca colores y las

simbologías respectivas. Creado los dos shapes y utilizando el comando

intersección, se los interseca a los dos shapes y automáticamente se recorta según

la provincia elegida, se abre una tabla de atributos donde se puede observar cada

provincia y el tipo de suelo que le corresponde. Para cada provincia se corta la

intersección y se añade formatos según la conveniencia.

77

Figura 35: Suelos de la provincia de Esmeraldas.


78

Figura 36: Suelos de la provincia de Manabí.


79

Figura 37: Suelos de la provincia del Guayas.


80

Figura 38: Suelos de la provincia de Santa Elena.


81

Figura 39: Suelos de la provincia de los Ríos.


82

Figura 40: Suelos de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas.


83

Figura 41: Suelos de la provincia de el Oro.


84

Figura 42: Suelos de la provincia del Carchi.


85

Figura 43: Suelos de la provincia de Imbabura.


86

Figura 44: Suelos de la provincia de Pichincha.


87

Figura 45: Suelos de la provincia de Cotopaxi.


88

Figura 46: Suelos de la provincia de Zamora Chinchipe.


89

Figura 47: Suelos de la provincia de Tungurahua.


90

Figura 48: Suelos de la provincia de Bolívar.


91

Figura 49: Suelos de la provincia de Chimborazo.


92

Figura 50: Suelos de la provincia del Cañar.


93

Figura 51: Suelos de la provincia del Azuay.


94

Figura 52: Suelos de la provincia de Loja.


95

Figura 53: Suelos de la provincia de Sucumbíos.


96

Figura 54: Suelos de la provincia de Napo.


97

Figura 55: Suelos de la provincia de Orellana.


98

Figura 56: Suelos de la provincia de Pastaza.


99

Figura 57: Suelos de la provincia de Morona Santiago.


100

Figura 58: Suelos de la provincia de Galápagos.


101

3.3 Clasificación de los suelos según las zonas de Quito

3.3.1 Clasificación de los suelos Escuela Politécnica Nacional 1994

En las diferentes provincias del país no existen a detalle estudios de suelos, pero

para el desarrollo de la investigación se toma como ejemplo la ciudad de Quito, de

la cual se obtuvo algunos parámetros de diseño para el cálculo de los gráficos

propuestos. La EPN (ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL), realizó estudios

sismológicos, geológico y de mecánica de suelos donde dividen a Quito en 20 zonas

de acuerdo al tipo de suelo, tomando como punto de referencia el Panecillo, el

parque Ejido, el parque de la Carolina y el antiguo aeropuerto de Quito tal como se

ilustra en la figura.

Figura 59: Zonificación de los suelos de Quito.

Fuente: ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL (1994).

102

En la figura 47 se aprecian tres depósitos de suelos y son: i) Los Flancos orientales

del Pichincha (F); depósitos lacustres en la depresión central de la ciudad (L) y

ceniza volcánica con formaciones de cangahua (Q) al lado este de Quito. Se tienen

7 zonas de tipo F, 6 zonas de tipo L y 6 zonas de tipo Q y la zona donde se encuentra

el Panecillo que es de origen volcánico. El Ejido que se halla en la zona L3S; La

Carolina que se encuentra en las zonas L4 y L3N. El antiguo Aeropuerto de Quito

que se encuentra en la zona L3N.

Las zonas tipo F están formada por depósitos de cangahua, ceniza volcánica y

pueden haber depósitos aluviales en los extremos. La mayor concentración de la

población se tiene en la zona L que está cubierta por ceniza volcánica y suelos

lacustres asentados sobre depósitos de la formación Cangahua. Las zonas tipo Q

están formadas por depósitos de Cangahua y ceniza volcánica, en esta zona se hallan

las lomas de Ilumbisi, Puengasi, Guanguiltahua y San Isidro (ESCUELA

POLITÉCNICA NACIONAL, 1994).

Figura 60: Zona de suelo similares.


103

En la figura 48 se presentan las zonas de suelo con colores, de acuerdo a la similitud

de suelos que tienen. Es así como las características de suelos de las zonas: q1, q2,

q3 y q5 son muy similares. En la zona q4 es una cangahua recubierta con arena

volcánica de poca resistencia (ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, 1994).

Con relación a los suelos lacustres se debe mencionar que las zonas l4, l5 presentan

características similares; la zona l4 corresponde al sector del Parque la Carolina,

donde el nivel freático es alto y los primeros estratos de suelo son de gran espesor

y de poca resistencia; algunos especialistas de suelos manifiestan que en la Carolina

existía un gran lago, otros descartan esta hipótesis en función del suelo encontrado

en la zona. Muy cerca al parque de la Carolina se encuentra el Colegio Benalcazar

(que al 2017, sigue en dicho lugar) y los resultados de los estudios de suelos que se

hicieron en la cancha de futbol demostraron que es un suelo muy resistente

(ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, 1994).

Se destaca que la zona l5 está cubierta por material aluvional de la zona f5.

Con respecto a los flancos del Pichincha, la EPN (1994) observó que las zonas f2,

f3, presentan características similares y que las zonas f5, f6 y f7 pueden ser

compatibles (ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, 1994).

Tabla 23: Columna de suelo zona f1.

Zona de suelo (f1)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 SM 1.9

3.00 5.00 SM 1.9

3.00 8.00 ML 1.9

3.00 11.00 ML 2.1

0.50 11.50 ML 2.0

2.50 14.00 ML 2.3

2.50 16.50 ML 2.3

Fuente: Proyecto del Manejo del Riesgo Sísmico de Quito-Ecuador (1994).


104


Zona de suelo (f2)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

3.00 3.00 SM 1.8

3.00 6.00 SM 1.8

3.00 9.00 SM 1.8

3.00 12.00 ML 1.8

2.00 14.00 ML 1.8

2.00 16.00 ML 1.8

3.00 19.00 SM 2.3

3.00 22.00 SM 2.3

4.00 26.00 SM 2.3




Zona de suelo (f3)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

3.00 3.00 SM 1.6

3.00 6.00 ML 1.6

2.00 8.00 CL 1.6

2.00 10.00 CL 1.9

3.00 13.00 CL 1.9

3.00 16.00 CL 1.9

4.00 20.00 CL 2.0



105


Zona de suelo (f4)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 ML 1.8

3.00 5.00 ML 1.8

3.00 8.00 ML 2.0

3.00 11.00 ML 2.0

3.00 14.00 ML 2.0




Zona de suelo (f5)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 OL 2.0

1.00 3.00 SM 1.8

2.00 5.00 ML 2.0

1.00 6.00 SC-GW 1.9

2.00 8.00 GW 2.2

2.00 10.00 GW 2.2




Zona de suelo (f7)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 SM 1.9

2.00 4.00 ML 1.9

2.00 6.00 ML 2.0



106


Zona de suelo (f6)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

1.00 1.00 SM 1.8

2.00 3.00 ML 1.9

3.00 6.00 ML 1.9

2.00 8.00 CL 1.8

2.00 10.00 CL 1.8

3.00 13.00 CL 1.8

2.00 15.00 SM 2.0



Tabla 30: Columna de suelo zona l1.

Zona de suelo (l1)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 OL 1.7

3.00 5.00 OL 1.7

2.00 7.00 SM 2.0

3.00 10.00 SM 2.0

2.00 12.00 Pt 1.6

3.00 15.00 ML 2.0

2.00 17.00 SM-ML 2.1

2.00 19.00 SM-ML 2.1

6.00 25.00 SM 2.3



107


Zona de suelo (l2)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 ML 1.7

2.00 4.00 SM 1.9

2.00 6.00 SM 1.9

3.00 9.00 SM 1.9

3.00 12.00 ML 1.9

3.00 15.00 ML 1.8

3.00 18.00 SM 2.3

3.00 21.00 SM 2.3

4.00 25.00 SM 2.3




Zona de suelo (l3)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 ML 1.6

2.00 4.00 ML 1.6

2.00 6.00 SC 1.9

3.00 9.00 SC 1.9

2.00 11.00 ML 2.0

3.00 14.00 ML 2.0

2.00 16.00 SM 2.2

3.00 19.00 SM 2.2

3.00 22.00 ML 2.3

3.00 25.00 ML 2.3

4.00 29.00 ML 2.3



108


Zona de suelo (l4)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

3.00 3.00 OL 1.7

3.00 6.00 OL 1.7

1.00 7.00 ML 2.0

3.00 10.00 SM 1.8

1.00 11.00 ML 2.2

4.00 15.00 ML 2.2




Zona de suelo (l5)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

1.00 1.00 ML 1.7

3.00 4.00 SM 1.8

2.00 6.00 ML 1.9

2.00 8.00 ML 1.9

2.00 10.00 SM-

GW 1.9

3.00 13.00 SM-

GW 1.9



Tabla 35: Columna de suelo zona q4.

Zona de suelo (q4)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 SM 1.6

3.00 5.00 ML 1.8



109


Zona de suelo (q1)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 SC 1.9

3.00 5.00 SC 1.9

2.00 7.00 ML 1.9

2.00 9.00 ML 1.9

3.00 12.00 ML 1.9

3.00 15.00 SM 1.9

3.00 18.00 SM 1.9

3.00 21.00 SM 2.3

3.00 24.00 SM 2.3

4.00 28.00 SM 2.3



Tabla 37: Columna de suelo zona q2n.

Zona de suelo (q2n)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 ML 1.8

2.00 4.00 ML 1.8

3.00 7.00 ML 1.6

3.00 10.00 ML 1.9

3.00 13.00 ML 2.2



110

Tabla 38: Columna de suelo zona q2s.

Zona de suelo (q2s)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 ML 1.8

2.00 4.00 ML 1.8

3.00 7.00 ML 1.6

3.00 10.00 ML 1.9

3.00 13.00 ML 2.2

3.00 16.00 ML 2.2

4.00 20.00 ML 2.2




Zona de suelo (q5)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

2.00 2.00 SC 1.9

3.00 5.00 SC 1.9

2.00 7.00 ML 1.9

2.00 9.00 ML 1.9

3.00 12.00 ML 1.9

3.00 15.00 SM 1.9

3.00 18.00 SM 1.9

3.00 21.00 SM 2.3

3.00 24.00 SM 2.3

4.00 28.00 SM 2.3



111


Zona de suelo (q3)

Espesor de

capa (m)

Profundidad

(m) SUCS

Densidad

(g/cm3)

3.00 3.00 ML 1.6

2.00 5.00 SM 1.8

3.00 8.00 SM 2.0

2.00 10.00 ML 1.9

2.00 12.00 SC 2.2

3.00 15.00 SC 2.2



3.3.2 Clasificación de los suelos Escuela Politécnica Nacional 2002

Para este nuevo estudio se basa en el trabajo realizado por la ESCUELA

POLITÉCNICA NACIONAL en 1994.

La clasificación de los suelos de Quito, se realizó de acuerdo a los perfiles de suelo

del CEC-2000 (Código Ecuatoriano de la Construcción del 2000) que considera

cuatro tipos de suelo identificados por S1, S2, S3 y S4. El primer tipo de suelo es

el más resistente y el último es un suelo muy malo. Esto tal vez se debe a que no

consideraron la presencia de las quebradas, las mismas que en su mayor parte no

fueron rellenadas en forma técnica y a lo mejor porque piensan que en Quito no hay

zonas de licuefacción (ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, 2002).

Como se ha clasificado los suelos de acuerdo al Código Ecuatoriano de la

Construcción, CEC-2000, que ya no está vigente, conviene describir a que

corresponde cada perfil de suelo.

Perfil de suelo S1, son suelos cuya velocidad de la onda de corte, Vs es mayor a

750 m/s, con período de vibración menor a 0.2 s. Entre ellos se incluyen:

Roca sana o parcialmente alterada, con resistencia a la compresión no

confinada mayor o igual a 500 KPa = 5 Kg/cm2.

Gravas arenosas, limosas o arcillas densas o secas.

112

Suelos cohesivos duros con resistencia al corte en condiciones no drenadas

mayores a 100 KPa, con espesores menores a 20 m., y que se encuentran

sobre roca u otro material cuyo Vs es mayor a 750 m/s.

Arenas densas con número de golpes del SPT: N>50 con espesores menores

a 20m, y que se encuentren sobre roca u otro material cuyo Vs es mayor a

750 m/s.

Suelos y depósitos de origen volcánico firmemente cementados, tobas y

conglomerados con número de golpes del SPT: N>50.

Perfil de suelo S2, son suelos con características intermedias entre los suelos S1 y

S3. Estos suelos corresponden a cangahuas de poco espesor no muy consolidados,

depósitos lacustres y depósitos laharíticos sobreyacentes a potentes estratos de toba

y cangahuas.

Perfil de suelo S3, son aquellos cuyo período fundamental es mayor a 0.6 s.

Perfil de suelo S4, son suelos con condiciones especiales. En este grupo se incluyen

los siguientes:

Suelos con alto potencial de licuación, susceptibles de colapso y sensitivos.

Turbas, lodos y suelos orgánicos.

Rellenos colocados sin control técnico.

Arcillas y limos de alta plasticidad (IP > 75).

Arcillas suaves y medio duras con espesores mayor a 30 m.

Los perfiles de este grupo incluyen a suelos particulares altamente compresibles,

donde las condiciones geológicas y/o topográficas son especialmente desfavorables

y que requieran estudios geotécnicos no rutinarios para determinar sus

características mecánicas (ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, 2002).

113

Figura 61: Clasificación de los suelos de Quito en área considerada en estudio de

1994.


3.3.3 Estudios realizados por ERN 2012

En el 2011, un grupo de consultores de: Colombia (Omar Darío Cardona); México

(Mario Ordaz); España (Alex Barbat); Ecuador (Roberto Aguiar) se asocian y pasan

a formar parte de ERN (Evaluación del Riesgos Naturales) de Colombia, liderados

por Luis Yamin; para la realización de la Microzonificación Sísmica de Quito.

En la figura 62 se indica la ubicación de los sitios donde ERN realizó los estudios

de suelos, los mismos que cubren toda la ciudad de Quito desde Guamani Alto

114

(MSQ12) hasta Pomasqui (MSQ13) y los valles que están aledaños a la ciudad, de

esta forma se amplía en primer lugar la cobertura del estudio y se enriquece la base

de datos con puntos en los cuales no se tenía información y son muy importantes

para el desarrollo de la ciudad, como el punto (MSQ4) que se halla en el antiguo

Quito Tenis (ERN-EVALUACIÓN DE RIESGOS NATURALES, 2012).

Figura 62: Ubicación de los puntos de estudio de suelo.

Fuente: Evaluación del Riesgos Naturales ERN (2012).

115

En cada uno de estos sitios se realizó ensayos de: Penetración Estándar, Down Hole,

y Refracción sísmica. Con las muestras obtenidas, a más de los ensayos rutinarios

se realizaron ensayos de corte directo, triaxial cíclico y columna resonante de esta

forma se tiene importante información para determinar los factores de

amplificación dinámica de los suelos, para aportar con valores de velocidad de la

onda de corte, períodos de vibración de los suelos, etc. Información que es muy

importante para el diseño sísmico de las estructuras (ERN-EVALUACIÓN DE

RIESGOS NATURALES, 2012).

Nota:

-La ciudad de Quito consta de 20 zonas donde existe información del tipo de suelo

a una determinada profundidad (columnas de suelo), por lo tanto el diseñador puede

usar directamente dichos estudios sin la necesidad de realizar un nuevo análisis de

mecánica de suelos, tal es el estudio del ensayo SPT.

-Los estudios de suelos de la EPN-2002 y ERN-2012 en la ciudad Quito, no

proporcionan información de los ensayos SPT realizados, dicha información no se

pudo obtener por derechos de autor, pero es suficiente utilizar los ensayos SPT que

proporciona la EPN-1994, de los resultados proporcionados de ensayos se obtendrá

la densidad a dicha profundidad, que servirá como base para el diseño de sistemas

de tubos platicos con flujo gravedad.

3.4 Módulos de reacción para los diferentes tipos de suelos

Para los valores de los módulos de reacción (E2), se realizó una clasificación

tentativa con la ayuda de profesionales del área de suelos de la Universidad Central

del Ecuador, se utilizó las tablas de clasificación de suelos manual-visual y

clasificación SUCS de la Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de

Mecánica de Suelos 1 de la Universidad Central del Ecuador (ver anexo 1 y

anexo 2). Hay que recalcar que no existen datos de tamizado ni un estudio de

mecánica de suelos en cada provincia del país, por lo tanto en la tabla siguiente se

resume dicha clasificación (Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de

Mecánica de Suelos 1 de la Universidad Central del Ecuador, 2009).

116

Tabla 41: Clasificación de los suelos del Ecuador según el nombre típico.

TIPO DE SUELO

NOMBRE

DEL

GRUPO

NOMBRE TÍPICO

Mx1, Mt, Mm2, Ak1, Ak2,

Ak3, Og, Id4, If1, If2, If3, If4,

If5, Ig1, Ig2, Ig3, Iv1, Iv2,

Ia1, Ia2, Id4

CH Arcillas inorgánicas de alta

plasticidad, arcillas francas.

Es5, Ak4, Al1 GP

Gravas mal graduadas, mezclas

de grava y arena, con poco o

nada de finos.

Et1, Et2, lj, Mc1, Rv, Rq, Ri ML

Limos inorgánicos, polvo de

roca, limos arenosos o arcillosos

ligeramente plásticos.

Rv, Rq, Ri, Ei, Vw, Vv, Vt,

Al2, Al3, Av1, Av2, Ae, Of OL

Limos orgánicos y arcillas

limosas orgánicas de baja

plasticidad.

Id1, Id2, Id3, Ia3, Ho, Id4 Pt Turba y otros suelos altamente

orgánicos.

Es1, Es2, Es7, Ej1, Ej2, Mn1,

Mx2, If1, If2, If3, If4, If5,

Ig1, Ig2, Ig3, Iv1, Iv2, Ia1,

Ia2, Mm1, Mc2

SC Arenas Arcillosas, mezclas mal

gradadas de arena y arcilla.

Ec, Mh1, Mh2, Mm1, Mc2 SM Arenas limosas, mezclas mal

gradadas de arena y limo.

Es2, Es4, Es6, Mn2 SP

Arenas mal graduadas, arenas

con grava, con poco o nada de

finos.


117

CAPÍTULO IV

DISEÑO ESTRUCTURAL DE TUBOS PLÁSTICOS PARA FLUJO A

GRAVEDAD

4.1 Parámetros de diseño

El diseño de tubo plásticos se realizó para los suelos tipo Va, Vb, VIII, VII, I,

según la clasificación realizada por Amster K. Howard. A Los suelos tipo VI

no se realizó los gráficos debido a la falta de información de mecánica de suelos

para obtener el módulo de reacción de dicho suelo.

Lo valores de la densidad se consideró bajo el nivel freático y teniendo como

referencia las densidades de las zonas de la ciudad de Quito donde existe un

estudio de mecánica de suelos realizada por EPN (1994). A continuación se

presenta un cuadro de densidades según el tipo de suelo.

Tabla 42: Densidades según el tipo de suelo bajo el nivel freático.

Tipo de Suelo Densidad bajo el nivel

freático (kg/m3)

CH-MH 1700

CL-ML 1800

GM-GC-SM-SC 1900

GW-GP-SW-SP 2000

TRITURADO 1600


Para la profundidad se tomó 1.20m como profundidad mínima recomendada por

la norma, hasta una profundidad de 6m.

Según las especificaciones técnicas del EPMAPS se considera un ancho de

zanja de (0.50m + el diámetro del tubo) por comodidad de instalación y trabajo.

Los valores del coeficiente de empuje activo de Rankine y el coeficiente de

fricción del relleno, 𝑘 = 0.37 suelo saturado y 𝜇 = 0.30 que se eligió en las

condiciones más críticas según la tabla 2.

Para la constante de cimentación es recomendable por los fabricante de tuberías

valores entre 90º y 120 º, por lo tanto K = 0.10 (ver tabla 3).

118

El factor de retardo en la deflexión es igual a 𝐷𝐿 = 1.50 recomendado por

Marston.

El módulo de reacción del suelo (E2) se considera y varía de acuerdo a la tabla

4 planteada por Amster K.

La carga viva se consideró un camión según la norma AASHTO LRFD 2012 y

una presión de inflado por llanta de 90 Psi equivalente a 6.33 kg/cm².

La rigidez anular de la tubería se consideró como 0.02 kg/cm², de una tubería

de serie 4.

En cuanto a los diámetros estos varían desde 100mm hasta 1200mm según las

normas establecidas (NTE INEN 2360 Y NTE INEN 2059), por lo tanto se

presenta una tabla de diámetros utilizados:

Tabla 43: Diámetros de tubería para el diseño de tubos plásticos.

Nº Diámetro

- (mm)

1 100

2 150

3 200

4 250

5 300

6 350

7 400

8 450

9 500

10 550

11 600

12 650

13 700

14 750

15 800

16 850

17 900

18 950

19 1000

20 1100

21 1200

Fuente: NTE INEN 2360 (2004) & NTE INEN 2059 (2015).

119

4.2 Cálculo tipo de diseño de tubos plásticos con flujo a gravedad

Ejemplo suelo clase III

Datos:

𝛾 = 0.0019 𝑘𝑔/𝑐𝑚³

𝐻𝑅 = 2.00 𝑚

𝐷 = 500𝑚𝑚 = 50𝑐𝑚

𝐵𝑑 = 𝐷 + 50𝑐𝑚 = 50𝑐𝑚 + 50𝑐𝑚 = 100𝑐𝑚

𝑘 = 0.37

𝜇 = 0.30

4.2.1 Cálculo de carga muerta según la teoría de Marston

𝐶𝑑 =1 − 𝑒−2∗𝑘∗𝜇∗(

𝐻𝑅𝐵𝑑

)

2 ∗ 𝑘 ∗ 𝜇

𝐶𝑑 =1 − 2.7182−2∗0.37∗0.30∗(

200100

)

2 ∗ 0.37 ∗ 0.30

𝑪𝒅 = 𝟏. 𝟔𝟏𝟓

𝑊𝑐 =𝐶𝑑 ∗ 𝛾 ∗ 𝐵𝑑2 ∗ 𝐷

𝐵𝑑= 𝐶𝑑 ∗ 𝛾 ∗ 𝐷 ∗ 𝐵𝑑

𝑊𝑐 = 1.615 ∗ 0.0019 ∗ 50 ∗ 100

𝑾𝒄 = 𝟏𝟓. 𝟑𝟒 𝒌𝒈/𝒄𝒎

4.2.2 Cálculo de carga viva

Datos:

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 (𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜) = 7270.00 𝑘𝑔

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑎𝑑𝑜 = 6.33 𝑘𝑔/𝑐𝑚²

120

Cálculo de B y L

𝐵 = √𝑃

𝑃𝑡𝑖= √

7270.00 𝑘𝑔

6.33 𝐾𝑔/𝑐𝑚²= 𝟑𝟑. 𝟖𝟗 𝒄𝒎

𝐿 =𝐵

√2=

33.89 𝑐𝑚

√2= 𝟐𝟑. 𝟗𝟔 𝒄𝒎

𝑃𝑜𝑣 =𝑃/2

(𝐵 + 1.20𝐻𝑅)(𝐿 + 1.20𝐻𝑅)∗ 𝐷

𝑃𝑜𝑣 =7270.00 𝑘𝑔 /2

(33.89𝑐𝑚 + 1.20 ∗ 200 𝑐𝑚)(23.96𝑐𝑚 + 1.20 ∗ 200 𝑐𝑚)∗ 50𝑐𝑚

𝑷𝒐𝒗 = 𝟐. 𝟓𝟏 𝒌𝒈/𝒄𝒎

4.2.3 Cálculo de carga viva más impacto

El valor del impacto se calculará a la profundidad mínima para el diseño de

alcantarillado HR = 1.20m, donde el impacto será mayor, ya que mientras más

profundo esta se disipa.

IM = 33 ∗ (1 − 4.1x10−4 ∗ HR) > 0%

IM = 33 ∗ (1 − 4.1x10−4 ∗ 1.20 m) ; profundidad minima de diseño.

IM = 32.60 % = 1.33

𝑷𝒐𝒗 + 𝑰𝑴 = 𝟑. 𝟑𝟑 𝒌𝒈/𝒄𝒎

4.2.4 Cálculo de carga total (WcT)

𝑊𝑐𝑇 = 𝑊𝑐 + (𝑃𝑜𝑣 + 𝐼𝑀)

𝑊𝑐𝑇 = 15.34 𝑘𝑔/𝑐𝑚 + 3.33 𝑘𝑔/𝑐𝑚

𝑾𝒄𝑻 = 𝟏𝟖. 𝟔𝟖 𝒌𝒈/𝒄𝒎

121

4.2.5 Cálculo de la deflexión según el grado de compactación

-Suelto (E2 = 7 kg/cm²)

𝛥𝑥 =𝐷𝐿 ∗ 𝐾 ∗ 𝑊𝑐𝑇

𝐸 ∗ 𝐼𝑟3 + 0.061 ∗ 𝐸2

𝛥𝑥 =1.50 ∗ 0.10 ∗ 18.68𝑘𝑔/𝑐𝑚

0.02𝑘𝑔/𝑐𝑚² + 0.061 ∗ 7𝑘𝑔/𝑐𝑚²

𝜟𝒙 = 𝟔. 𝟐𝟕𝒄𝒎

𝛥% =𝛥𝑥

𝐷∗ 100

𝛥% =6.27 𝑐𝑚

50 𝑐𝑚∗ 100

𝜟% = 𝟏𝟐. 𝟓𝟑

-Compactación ligera < 85% (E2 = 28 kg/cm²)


𝐸 ∗ 𝐼𝑟3 + 0.061 ∗ 𝐸2

𝛥𝑥 =1.50 ∗ 0.10 ∗ 18.68𝑘𝑔/𝑐𝑚

0.02𝑘𝑔/𝑐𝑚² + 0.061 ∗ 28𝑘𝑔/𝑐𝑚²

𝜟𝒙 = 𝟏. 𝟔𝟐 𝒄𝒎

𝛥% =𝛥𝑥

𝐷∗ 100

𝛥% =1.62 𝑐𝑚

50 𝑐𝑚∗ 100

𝜟% = 𝟑. 𝟐𝟒

122

-Compactación moderada 85-95 % (E2 = 70 kg/cm²)


𝐸 ∗ 𝐼𝑟3 + 0.061 ∗ 𝐸2

𝛥𝑥 =1.50 ∗ 0.10 ∗ 18.68𝑘𝑔/𝑐𝑚

0.02𝑘𝑔/𝑐𝑚² + 0.061 ∗ 70𝑘𝑔/𝑐𝑚²

𝜟𝒙 = 𝟎. 𝟔𝟓𝒄𝒎

𝛥% =𝛥𝑥

𝐷∗ 100

𝛥% =0.65 𝑐𝑚

50 𝑐𝑚∗ 100

𝜟% = 𝟏. 𝟑𝟏

-Muy compacto > 95% (E2 = 140 kg/cm²)


𝐸 ∗ 𝐼𝑟3 + 0.061 ∗ 𝐸2

𝛥𝑥 =1.50 ∗ 0.10 ∗ 18.68𝑘𝑔/𝑐𝑚

0.02𝑘𝑔/𝑐𝑚² + 0.061 ∗ 140𝑘𝑔/𝑐𝑚²

𝜟𝒙 = 𝟎. 𝟑𝟑 𝒄𝒎

𝛥% =𝛥𝑥

𝐷∗ 100

𝛥% =0.33 𝑐𝑚

50 𝑐𝑚∗ 100

𝜟% = 𝟎. 𝟔𝟓

123

CAPÍTULO V

PROPUESTA DE GRÁFICOS PARA SIMPLIFICAR EL CÁLCULO

ESTRUCTURAL DE TUBOS PLASTICOS.

5.1 Gráficos para simplificar el cálculo del diseño estructural de sistemas de

tubos plásticos para flujo a gravedad

Los gráficos que se plantean permiten simplificar el cálculo del diseño estructural

de sistemas de tubos plásticos para flujo a gravedad en condiciones específicas de

los suelos del Ecuador. El consultor o diseñador puede hacer uso de los gráficos

teniendo en cuenta la profundidad del proyecto (alcantarillado) y el tipo de suelo

de cualesquier parte del país.

Uso de los gráficos para simplificar el cálculo estructural de tubos plásticos:

Seleccionar el suelo de la provincia a considerar como zona de estudio del

proyecto de alcantarillado.

Con el suelo ya seleccionado se revisa la tabla y se escoge el nombre típico del

suelo.

Según la tabla Nº 4 elaborada por Amster K. Howard, se escoge la clase del

suelo tipo (VI, Va, Vb, III, II, I) y el grado de compactación respectivo.

Con la clase de suelo, la profundidad y el diámetro del proyecto, se elige el

grafico adecuado.

Una vez obtenido el grafico adecuado, en el sentido de las (x) se señala la

profundidad del proyecto y se proyecta una línea en el sentido de las (y) hacia

la curva de compactación. Finalmente se traza una línea horizontal hacia el

porcentaje de deflexión y se apunta el valor obtenido.

El valor obtenido de la deflexión se debe verificar con la norma NTE INEN

2360, donde señala que el valor máximo de la deflexión en tuberías plásticas no

debe ser mayor al 3%. Si el valor de la deflexión no supera el 3%, se considera

como un diseño adecuado y correcto, en caso que esto no ocurra se deberá elegir

la curva de compactación más adecuada.

124

Gráfico 1: Clase de suelo tipo Va, diámetro (100mm).




0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

125





0.00

0.50

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3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

1.00

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4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

126





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

127





0.00

0.50

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3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

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3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

128





0.00

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2.00

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4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactaci

ón > 95%

0.00

0.50

1.00

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3.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

129





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

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3.00

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4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

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4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

130





0.00

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1.00

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4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

131





0.00

0.50

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1.50

2.00

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3.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

0.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

132





0.00

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Def

lexiò

n (

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Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

133





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3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

134



Gráfico 22: Clase de suelo tipo Vb, diámetro (100mm).


0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

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3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

0.00

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

135





0.00

0.50

1.00

1.50

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2.50

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3.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

136





0.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

137





0.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

138





0.00

0.50

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

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Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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0.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

1.00

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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0.00

0.50

1.00

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3.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

1.00

1.50

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3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

142





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

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3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

143





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

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2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

144





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

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Def

lexiò

n (

%)

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Compactación

85-95%

Compactación

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Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

145

Gráfico 43: Clase de suelo tipo III, diámetro (100mm).




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lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

146





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Def

lexiò

n (

%)

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Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

147





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lexiò

n (

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Compactación

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lexiò

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Compactación

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Compactación

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Compactación

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148





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lexiò

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lexiò

n (

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Compactación

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149





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lexiò

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lexiò

n (

%)

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85-95%

Compactación

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Compactación

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151





0.00

0.50

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3.50

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lexiò

n (

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Compactación

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lexiò

n (

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Compactación

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Compactación

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152





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lexiò

n (

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lexiò

n (

%)

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Compactación

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Compactación

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Compactación

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153





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lexiò

n (

%)

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Compactación

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Compactación

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0.50

1.00

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lexiò

n (

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Compactación

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Compactación

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154





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lexiò

n (

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lexiò

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Compactación

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155



Gráfico 64: Clase de suelo tipo II, diámetro (100mm).


0.00

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lexiò

n (

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Profundidad (m)

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Compactación

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Compactación

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156





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lexiò

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lexiò

n (

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Compactación

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Compactación

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Compactación

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157





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n (

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Compactación

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Def

lexiò

n (

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Compactación

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Compactación

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Compactación

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n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

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Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

159





0.00

0.50

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

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0.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

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160





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Def

lexiò

n (

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Compactación

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Compactación

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

161





0.00

0.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

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0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

162





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

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Compactación

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Compactación

< 85%

163





0.00

0.50

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lexiò

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

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Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

164





0.00

0.50

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1.50

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lexiò

n (

%)

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

165





0.00

0.50

1.00

1.50

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2.50

3.00

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Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)

Compactación

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Compactación

> 95%

Compactación

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0.50

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lexiò

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%)

Profundidad (m)

Compactación

85-95%

Compactación

> 95%

Compactación

< 85%

166

Gráfico 85: Clase de suelo tipo I, diámetro (100mm).




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0.50

1.00

1.50

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n (

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Compactación > 95%Compactación < 85%

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0.00

0.50

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Def

lexiò

n (

%)

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Suelto

168





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0.50

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2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

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0.00

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n (

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n (

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0.00

0.50

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n (

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%)

Profundidad (m)



Suelto

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0.50

1.00

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n (

%)

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0.00

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lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

172





0.00

0.50

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2.00

2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

173





0.00

0.50

1.00

1.50

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

0.00

0.50

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2.00

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0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

174





0.00

0.50

1.00

1.50

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2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

175





0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

0.00

0.50

1.00

1.50

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2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

176



0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.50 1.50 2.50 3.50 4.50 5.50 6.50

Def

lexiò

n (

%)

Profundidad (m)



Suelto

177

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

Los suelos del Ecuador se los clasificó de acuerdo a su provincia y teniendo

como referencia la SOIL TAXONOMY (USDA, 1975), descrita en términos de

sus horizontes. Es muy difícil hacer una clasificación exacta debido a la

cantidad de parámetros que intervienen en un estudio de suelos, por otro lado,

la clasificación a nivel nacional está hecha con fines agrícolas, no constructivos.

El grado de compactación para una tubería enterrada es eficaz para los suelos

tipo I, II, II, Vb, con una compactación mayor al 95% del Próctor Standard,

debido a que dicha curva en los gráficos no sobrepasa el 3% de la NORMA

NTE INEN 2360, pero esto no sucede en el tipo de suelo (Va) donde la curva

más recomendada es la de compactación entre 85-95 % del Próctor Standard,

con un módulo de reacción del suelo alto de 70 kg/cm².

Los módulos de reacción se determinaron mediante la clasificación de los suelos

que presenta la Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de

Suelos 1 de la Universidad Central del Ecuador, donde clasifican a los suelos

de forma manual-visual y la clasificación SUCS, misma clasificación se empleo

para determinar el módulo de reacción de cada suelo en cada provincia.

La carga muerta es calculable tanto por el método del prisma como la teoría de

Marston que es un aproximado del 70% de la carga de prisma con la diferencia

que esta presenta deflexiones a largo plazo mediante la aplicación de la fórmula

de IOWA.

La mayor incidencia en la resistencia o eficacia del sistema suelo-tubo es la del

suelo. Las variaciones de la deformación son mayores cuando cambia el suelo,

debido al módulo de reacción, que cuando cambian las características del tubo.

Para los suelos tipo VI (OL, OH), son suelos que contienen desechos orgánicos

y otros materiales extraños, por lo tanto no cuentan un módulo de reacción y no

se acepta como material de encamado o relleno de la zanja.

178

Los gráficos según el tipo de suelo ya sea Va, Vb, III, II, I, presentan deflexiones

máximas de hasta el 3%, esto permitirá no sobrepasar el valor de la norma NTE

INEN 2360 donde la deflexión máxima permitida es < al 3%.

De los tipos de suelos los más aptos para instalar sistemas de alcantarillado son

el suelo tipo II y suelo tipo I, presentando deflexiones menores al 3% en las

curvas según el Grado de compactación del Próctor Standard, ya que los valores

del módulo de reacción del suelo son muy altos. Este tipo de suelos brindan

mayor seguridad al enterrar un tubo plástico.

El suelo más desfavorable es el tipo Va, presentando solo una curva que no

sobrepasa el 3% de deflexión, esta curva es la compactación entre 85-95% del

Próctor Standard, en este caso la compactación > 95% no es favorable debido

a su bajo módulo de reacción.

179

6.2 Recomendaciones

Para el cálculo de la carga muerta es recomendable utilizar la teoría de Marston

ya que sus fórmulas involucran la relación suelo-tubo y que da una deflexión a

largo plazo.

La clasificación de los suelos es una tentativa más no un estudio a profundidad,

por lo que se recomienda antes de utilizar los gráficos que el consultor o

diseñador realice un estudio de suelos, lo contrario sucede para la clasificación

de los suelos en la zona de Quito donde ya existe estudios de suelos como el

ensayo SPT.

Para una correcta instalación de tuberías enterradas, se recomienda de los

gráficos propuestos utilizar la curva de grado de compactación > a 95% del

Próctor Standard, ya que esta brinda una mayor seguridad a no sobrepasar el

3% de deformación en la tubería.

En caso de tener suelos tipo VI, se recomienda que el encamado de la zanja sea

modificado por un nuevo material que cumpla con las características adecuadas

para el relleno, debido a que este tipo de suelo es material orgánico y otros

materiales extraños que no dan una buena compactación y que provocaría daños

a la tubería enterrada.

Durante la excavación de una zanja para enterrar tubos plásticos lo más

recomendable es realizar el relleno con el mismo material, siempre y cuando se

verifique que este en buenas condiciones y obteniendo una buena compactación

sin hacer daño a la tubería y sobre todo generando economía en el relleno.

180

BIBLIOGRAFÍA

1. AASHTO LRFD. (2012). American Association of State Highway and

Transportation Officials.

2. DANIEL GÁLVEZ. (2011). CÁLCULO ESTRUCTURAL DE TUBERÍAS

ENTERRADAS POR EL METODO DE ELEMENTO FINITOS. Obtenido

de http://oa.upm.es/7753/1/DANIEL_GALVEZ_CRUZ.pdf

3. DURMAN ESQUIVEL, D. E. (2001). TUBERIAS PERFILADAS DE PVC.

Obtenido de

https://www.coval.com.co/pdfs/manuales/man_durman_ribloc_diseno_estr

uctural.pdf

4. ERN-EVALUACIÓN DE RIESGOS NATURALES. (2012).

Microzonificación Sísmica del Distrito Metropolitano de Quito.

5. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. (1994). Proyecto de Manejo del

Riesgo Sìmico de Quito-Ecuador. Quito.

6. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. (2002). Clasificación de los

suelos de Quito. Quito.

7. Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Suelos 1 de la

Universidad Central del Ecuador. (2009). UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR. Quito.

8. Ing. Sandra M, & Ing. Luis E. (2003). UNIVERIDAD DE BUENO AIRES.

Obtenido de Nociones Sobre Cálculo Estructural de Conducciones

Enetrrada: http://escuelas.fi.uba.ar/iis/Calculo%20Estructural.pdf

9. NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2059 , TUBOS

PERFILADOS DE PVC RÍGIDO DE PARED ESTRUCTURADA. (2015).

10. NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2360, TUBOS DE

POLIETILENO (PE) DE PARED ESTRUCTURADA E INTERIOR LISA

PARA ALCANTARILLADO. REQUISITO E INSPECCIÓN. (2004).

11. SOCIEDAD ECUATORIANA DE LA CIENCIA DEL SUELO SECS.

(1986). MEMORIA EXPLICATIVA DEL MAPA GENERAL DE SUELOS

DEL ECUADOR. Quito-Ecuador: Fertisa.

181

ANEXOS

Anexo 1: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos procedimiento Manual-

Visual.

Fuente: (Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Suelos 1

de la Universidad Central del Ecuador, pág. 80).

182

Anexo 2: Criterio de Clasificación de Suelos en el laboratorio.

Fuente: (Guía Académica de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Suelos 1

de la Universidad Central del Ecuador, pág. 87).

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