manual de pad de drenaje

8/13/2019 Manual de Pad de Drenaje

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RELACION CON EL COSTO

Cuando se toma en consideracin elcosto total de un sistema de drenaje, muchosfactores hacen que la tubera de polietilenode alta densidad sea la solucin ms eficazen relacin con el costo. El peso ligero de la

tubera

corrugada de polietileno de altadensidad ocasiona un ahorro significativo encostos de mano de obra y equipo. Serequiere de menor mantenimiento debido asu resistencia ante la corrosin y abrasin.La vida til es sustancialmente mayor que lade tuberas de otros materiales, incluyendoconcreto y metal. Se obtienen tambinahorros adicionales debido a que no senecesita de una inversin futura para finesde reparacin de la tubera corrugada depolietileno de alta densidad. Actualmente,cientos de millones de dlares se gastananualmente para rehabilitar tuberas deconcreto y pvc.

DURABILIDAD DE LA TUBERIACORRUGADA DE POLIETILENO DE ALTADENSIDAD

El polietileno de alta densidad es unode los plsticos de mayor inercia qumica, yes por lo tanto extremadamente resistente alos qumicos y a la corrosin. Esto otorga ala tubera corrugada de polietileno de alta

densidad la ventaja de una mayor resistenciaen comparacin a las tuberas de concreto yde metal.

Un estudio efectuado en laUniversidad Estatal de California, enSacramento, demostr que aunque la tuberacorrugada de polietileno de alta densidadtiene una pared mucho ms delgada que lade concreto, es ms resistente a la abrasin,y la tubera corrugada de polietileno de altadensidad tiene una duracin 45% mayor a lade concreto bajo condiciones de mayor

agresividad.

El polietileno de alta densidad hademostrado, a travs de pruebas yaplicaciones reales, que cumplir o aun, queexceder los requisitos de vida til paraaplicaciones de drenaje de aguas pluviales yde alcantarillado sanitario. Una vida til de

setenta aos o ms se proyecta en reasdonde el polietileno de alta densidadcorrugado es especificado.

ESTANDARES CON LOS QUE CUMPLE LATUBERIA CORRUGADA DE POLIETILENODE ALTA DENSIDAD

La tubera corrugada de polietileno dealta densidad cumple con los estndaresASTM F 405 yASTM F667 ytambin conAASHTO M252,AASHTO M294 losestndares demateriales queson aceptados porcada uno de losEstados en losEstados Unidos para aplicaciones de flujo degravedad. La tubera corrugada depolietileno de alta densidad tambin cumplecon las Normas de la Sociedad Canadiense deEstndares, CAN/SA B182.6.

Fig. I2

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INDICE GENERAL

I. CARACTERISTICAS GENERALES 10

1.1 ALCANCE 101.2 NORMAS 10

1.3 TERMINOLOGIA 111.4 SIGNIFICADOYUSO 121.5 MATERIALES 121.6 REQUISITOS 121.6.1 DIMENSIONESYTOLERANCIASDELATUBERA 131.6.2 PIEZADECONEXINYACOPLES 131.6.3 DESCRIPCINYFUNCIONAMIENTODELSISTEMADECONEXIN 14

II. INTEGRIDAD ESTRUCTURAL- METODO DE DISEO ESTRUCTURAL 16

2.1 INTRODUCCION 162.2 RESUMENDEASPECTOSESTRUCTURALES 162.3 DIFERENCIASENTRELATUBERAFLEXIBLEYLATUBERARIGIDA 172.4 LANATURALEZAVISCO-ELASTICADELATUBERIACORRUGADADEPOLIETILENO 18

2.5 CRITERIOSOBREELDISEO 192.5.1 PROPIEDADESDESECCIONDELATUBERA 202.5.2 PROPIEDADESDELMATERIAL 202.5.3 CONDICIONESPARALAINSTALACIONYFACTORESDESUELOS 212.5.3.1 Dimensiones de la Envoltura de Relleno- Ancho de zanja 212.5.3.2 Material y Compactacin 222.5.3.3 Encamado 242.5.3.4 Acostillado 262.5.3.5 Relleno inicial 262.5.3.6 Relleno final 262.5.4 CARGAS 252.5.4.1 Cargas Vivas 262.5.4.2 Cargas Muertas 262.6 PROCEDIMIENTODEDISEO 27

2.6.1 DEFLEXIN 272.6.2 PANDEO 282.6.3 FLEXION 292.7 LIMITESMINIMOSYMAXIMOSDEPROFUNDIDAD 302.7.1 PROFUNDIDADMINIMAENAPLICACIONESDETRFICO 302.7.2 PROFUNDIDADMAXIMA 312.8 SENSIBILIDADDELAINSTALACION 322.8.1 FACTORESDESEGURIDAD 322.8.2 ANCHODELAZANJA 332.8.3 INTEGRIDADDELRELLENO 332.8.4 LIMITACIONESMXIMASYMNIMASDEPROFUNDIDAD 342.9 METODOSALTERNATIVOSDEDISEOPARATUBERACORRUGADAPAD 352.6 CALCULOSEJEMPLOS 36

III. CONDICIONES FISICAS - RESISTENCIA QUMICA Y A LA ABRASIN 41

3.1 INTRODUCCION 423.2 RESISTENCIAANTECONDICIONESQUIMICAMENTEAGRESIVAS 423.3 DURABILIDADBAJOCONDICIONESDEABRASION 433.4 PRUEBASDERESISTENCIAALAABRASION 443.5 PRUEBASCOMBINADASDEABRASIONYCORROSIONQUIMICA 453.6 DURABILIDADYVIDAUTIL 463.7 RESUMEN 46



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IV. CONSIDERACIONES HIDRULICAS PARA TUBERIAS PAD SADMX 47

4.1 INTRODUCCION 484.2 RESUMENDEASPECTOSHIDRAULICOS 484.3 CURVASDEDESCARGA 484.4 METODODECONDUCCION 484.5 VELOCIDADESDEAUTOLIMPIEZA 504.6 CONSIDERACIONES SOBREELVALOR 52

4.7 EJEMPLOSDEPROBLEMAS 53

V. PRACTICAS RECOMENDADAS PARA LA INSTALACION DE TUBERIAS Y PIEZAS DE CONEXINSADMX 55

5.1 RECEPCIONYMANIPULEOENLAOBRA 565.1.1 INSPECCINDELMATERIALDURANTELAENTREGA 565.1.2 IDENTIFICACINDELPRODUCTO 565.1.3 DESCARGA 565.1.4 ALMACENAMIENTO 565.1.5 COLOCACINENLNEADELATUBERA 575.2 EXCAVACIONYRELLENO 575.2.1 EXCAVACINDEZANJAS 585.2.2 PREPARACIONDELAFUNDACION 595.2.3 ENCAMADO(PLANTILLA) 595.2.4 COLOCACIONYUNIONDELATUBERIA 595.2.5 ACOSTILLADO 605.2.6 RELLENOINICIAL 605.2.7 RELLENOFINAL 605.3 CARGASDECONSTRUCCION 615.4 EQUIPODECOMPACTACION 615.4.1 MAQUINASCOMPACTADORAS 625.4.2 PISONES 625.4.3 COMPACTADORESMECANICOSOBAILARINES 625.4.4 COMPACTADORESVIBRATORIOS 625.5 ENTIBADODEZANJAS 625.5.1 INSTALACIONESDEZANJAESTANDAR 635.6 MODIFICACIONESYCONEXIONESENELCAMPO 635.6.1 CORTESDETUBERIA 635.6.2 BOTADEINSERCIN 645.6.3 EMPAQUES 655.6.4 TEEWYE 655.6.5 CONEXIONESAPOZOSDEVISITA 655.6.6 CONEXINDETUBERACORRUGADADEPOLIETILENOAOTROSMATERIALES 665.6.7 ALINEACIONESCURVAS 665.7 INSPECCIONYSISTEMASDEPRUEBA 675.7.1 PRUEBASDEDEFLEXIN 675.7.2 PRUEBASDEPRESION 685.8 RESUMEN 68

VI. ANEXOS 70

6.1 RESUMEN: PROYECTOS DE INVESTIGACIN SOBRE TUBERA CORRUGADA PAD 716.2 RESUMEN: RESULTADOS DE INVESTIGACIONES SOBRE INSTALACIN DE TUBERA

CORRUGADA DE POLIETILENO 72

REFERENCIAS 75

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INDICE DE FIGURAS

F i g . No . Secc in DESCR I PC I N

12

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1

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1

2

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1

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1

1

1

Ejm2

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1

1

2

3

1

1

12

1

1

1

1

II

1.3

2.3

2.3

2.4

2.4

2.4

2.5.4

2.5.4.1

2.5.4.1

2.5.5

2.5.5.1

2.5.5.2

4.3

4.5

4.7

5.1.2

5.1.3

5.1.4

5.1.4

5.1.4

5.1.5

5.2.1

5.2.35.2.3

5.2.5

5.2.6

5.2.7

5.5

Fabricacin de tuberas de PolietilenoLa materia prima: resina

Tipo de Perfiles de las paredes de la tubera de polietileno

Interaccin entre tubera/ relleno y el efecto de carga

Respuesta de las tuberas rgidas y flexibles a cargas

Relacin entre esfuerzo/ tensin en el polietileno

Efectos en la tubera corrugada de alta densidad por la aplicacin de

cargas continuas

Relajamiento del deslizamiento y esfuerzo

Estructura Tpica del relleno en zanja

Detalle de Encamado

Construccin de una fundacin apropiada

Diagrama de cargas resultantes en relacin a la variacin de altura de

relleno.

Carga Viva segn AASHTO H-20

Diagrama del prisma del suelo

Diagrama de Curvas de descarga para tuberas de polietileno corrugado

n=0.009

Curvas de relacin de caractersticas hidrulicas en tuberas parcialmente

llena

Diagrama de Curvas de descarga para el ejemplo 2

Foto: sello de identificacin de la tubera

Foto: Descarga de tubera

Foto: Caractersticas de Almacenado y apilado de tuberas

Foto: Manejo de la tubera

Foto: Telescopiar

Foto: Colocacin en lnea de la tubera

Mnimo espacio requerido en instalacin paralela de tuberas

EncamadoDetalle del asiento para la campana de la tubera

Acostillado de la tubera

Relleno Inicial

Relleno Final

Instalacin del entibado de Zanja

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1.1 ALCANCE

Esta especificacin cubre los requisitosy mtodos de ensayo para tubera corrugadade polietileno y piezas de conexin endimetros nominales de 75mm a 1500mm (3a 60) con interior liso o corrugado. Estaespecificacin cumple tambin con juntashermticas a suelos, hermticas asedimentos y hermticas al agua.

Los requisitos de esta especificacintienen el propsito de proporcionar tuberas ypiezas de conexin apropiadas para usosubterrneo en aplicaciones no presurizadasde drenaje de aguas pluviales. Estaespecificacin incluye la tubera perforada yla no-perforada.

Las tuberas y piezas de conexinproducidas de acuerdo a esta especificacinsern instaladas en cumplimiento con ASTMD2321, con excepcin de las de profundidadmnima bajo tierra, que sern especificadas.

Nota 1 - Para aplicaciones de tubera perforada, eltamao de la zona de empotramiento y la permeabilidaddel material de importado son factores importantes parala habilidad del sistema de proporcionar el nivel deseadode infiltracin o ex filtracin. Asimismo, la gradacin delmaterial de empotramiento debe ser compatible con eltamao de la perforacin para minimizar la migracin del

relleno hacia la tubera. Alternativamente, se puedeutilizar un material de filtro alrededor de la tubera yapropiado para material de relleno.

Los valores indicados en unidades sideben ser considerados como estndar y losvalores proporcionados en parntesis sonsolamente para propsitos de informacin.

Esta especificacin cubre tubera ypiezas especiales que utilizan un perfilabierto o cerrado (Figura 1).

Esta especificacin es compatible, deser apropiado, con las especificacionesAASHTO y ASTM vigentes. En ciertos casos,cuando uno de estos documentos dereferencia discrepa con esta especificacin oviceversa, una descripcin de esa diferenciaes sealada para la consideracin deldiseador.

La Canadian Standard Association(CSA) tiene la especificacin CSA B182.6para tubera de polietileno para drenaje deaguas pluviales con interior liso. Aunquesimilar en requisitos con esta especificacinCPPA, la especificacin CSA B182.6 debecontinuar como referencia para proyectosCanadienses.

La siguiente advertencia se refieresolamente a la Sec.7-CPPA la parte delmtodo de ensayo, de esta especificacin.Este estndar puede incluir material,operaciones y equipo peligroso. Esteestndar no pretende mencionar todas lasprcticas relativas a seguridad y salubridad ydeterminar la aplicabilidad de limitacionesreguladoras antes de la utilizacin.

1.2 NORMAS

Normas de la Sociedad Americana de Ensayoy Materiales American Society of Testingand Materials (ASTM)

D 618 Mtodos para elAcondicionamiento de Plsticos yMateriales de Ensayo.

D 1056 Especificacin Estndar para

Materiales Celulares Flexibles Esponja oGoma Expandida.

D 1600 Terminologa para TrminosAbreviados Relacionados a Plsticos.

D 1693 Mtodo de Ensayo paraAgrietamiento de Plsticos Etlicos debidoa Factores de Esfuerzo Ambiental.

D 2122 Mtodo para la Determinacin deDimensiones de Tubera Termoplstica yPiezas de Conexin.

D2321 Prctica para InstalacinSubterrnea de Tubera TermoplsticaFlexible para Colectores de Agua y paraotras Aplicaciones de Flujo de Gravedad.

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D 2412 Mtodo de Ensayo para

Propiedades Externas de LlenadoMediante Placas Paralelas.

1.3 TERMINOLOGIA

Definiciones Las definiciones estn enconformidad con ASTM F412 y lasabreviaciones estn en conformidad conASTM D 1600, a no ser que se indique de

otra manera. La abreviacin para polietilenocorrugado de alta densidad es PE.

D2444 Mtodo de Ensayo paraResistencia al Impacto de la TuberaTermoplstica y Piezas de ConexinMediante un mazo (Peso Descendente).

D 3212 Especificaciones Estndar paraJuntas para Drenajes y Tuberas Plsticaspara Coleccin de Agua Utilizando SellosElastomricos Flexibles.

De f i n i c i o n es de l o s Trm i no s Espe cf i c o s

p a r a e s t e Es tnd a r

Tipo S Un perfil que incluye unaseccin transversal completa incluyendo unasuperficie corrugada en el exterior y unconducto de agua bsicamente liso en elinterior. Las Corrugaciones pueden seranulares o helicoidales [Figura 1.3.1 (A)].

D 3350 Especificaciones Estndar paraTubera Plstica de Polietileno y Piezas deConexiones.

D 405 Especificaciones Estndar paraTubera de Corrugada de Polietileno, y

Pieza de Conexin.

Tipo C Un perfil que incluye una

seccin transversal completa con unasuperficie corrugada interior y exterior. Lascorrugaciones pueden ser anulares ohelicoidales [Figura 1.3.1 (B)].

F 412 Definiciones de los TrminosRelacionados a Sistemas de TuberaPlstica. Tipo D Un perfil que incluye un

conducto de agua interior bsicamente liso,asegurado en forma circunferencial o espiralcon proyecciones o nervaduras unidas a unapared externa bsicamente lisa. Ambasparedes estn fusionadas o contiguas a lossoportes internos [ Figura 1.3.1 (C)].

F 667 Especificaciones Estndar paraTubera Corrugada de Polietileno deDimetro Considerable y Piezas deConexin.

F 1417 Mtodo Estndar de Ensayo parala Aceptacin de la Instalacin de Lneasde Alcantarillado Mediante el Uso de Airede Baja Presin. CorrugacinCorrugacin

(Disponible en dimetros desde 30" a 60")

(C)Tipo D

(B)Tipo C (A)Tipo S

Estndares de la Asociacin Americana deCarreteras Estatales y Funcionarios deTransporte (AASHTO)

M 252 Especificaciones Estndar para Tuberade Drenaje Corrugada de Polietileno, 75 mm250 mm (3 a 19) de Dimetro

Fig. 1.3.1

1.4 SIGNIFICADO Y USOM 294 Especificaciones Estndar para TuberaCorrugada de Polietileno, 300 mm a 1200mm (12 a 48) de Dimetro Los requisitos de esta especificacin

tienen el propsito de proporcionar tubera ypiezas especiales apropiadas para el uso enaplicaciones de drenaje subterrneo sinpresin, incluyendo sub drenaje, drenaje detierras, colectores de aguas pluviales,sistemas de manejo de aguas pluviales ysistemas de alcantarillado sanitario.

MP 7 Especificaciones Provisionales paraTubera Corrugada de Polietileno, 1375 mm y1530 mm (54 y 60) de Dimetro.



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1.5 MATERIALES

Ma te r i a l e s Bs i co s

Tubera y Piezas Especiales Moldeadas

Los compuestos utilizados en la fabricacinde tuberas y de piezas de conexinmoldeadas debern estar en conformidad conla Tabla 1.5.1

Piezas Especiales Moldeadas en FormaRotacional Los compuestos utilizados en lafabricacin de piezas especiales moldeadasen forma rotacional debern incluir unaclasificacin de celda de 335520C, deacuerdo a la definicin en ASTM 3350. Loscompuestos con una mayor clasificacin decelda en una o ms propiedades sernaceptables siempre y cuando los requisitosdel producto sean cumplidos.

Material de re-elaboracin En lugarde compuestos de polietileno virgen, materiallimpio de re-elaboracin puede ser utilizadopor el fabricante, siempre y cuando cumplacon los requisitos de tipo de celda descritosanteriormente

Tabla 1.5.1. Condiciones de la resina para lafabricacin de tuberas y piezas de conexiones

Ma t e r i a l e s R e c i c l a d o s - Refirase a laSeccin 1.1 para especificaciones sobrecompatibilidad.

General Esta seccin permite al usuariorequerir materiales reciclados en los

productos incluidos en estaespecificacin. A no ser que elconsumidor se oponga a esta seccincomo requisito de las especificaciones delproducto, los materiales para productosen esta especificacin debern cumplircon la Seccin 1.5, con la excepcin quedebido a pigmentacin de origendesconocido, no sea prctico determinar

y establecer una especificacin para ladensidad de la resina.

Materiales Reciclados Los compuestostendrn un contenido de 5% a 50% demateriales de polietileno reciclado (PE).

El material reciclado estar limpio y librede contaminacin. Un contenido mayorde polietileno reciclado es permitido,siempre y cuando se aadan alcompuesto materiales estabilizadoresadicionales a fin de prevenir el daoprocesal durante la fabricacin delproducto y que el producto cumpla contodos los requisitos de la seccin 1.6.

1.6 REQUISITOS

Mano de Obra La tubera y piezas deconexin debern ser homogneas en todoaspecto y especialmente uniformes en color,opacidad y densidad. Las paredes de latubera estarn libres de rajaduras, orificios,grnulos, vacos, imperfecciones externas yotros defectos que sean visibles a simplevista y que puedan afectar la integridad de lapared, exceptuando orificios ubicados enforma intencional en la tubera perforada.

Nota 2 -Las variaciones en el espesor de la pared sonaceptables siempre y cuando la tubera cumpla con losmnimos requisitos de espesor de la pared del conductode agua y de funcionamiento.

Nota 3 Esta especificacin no incluye requisitos parael diseo de instalacin de la tubera. La exitosaoperacin de este producto depende del tipo deencamado y relleno y del cuidado en su instalacin. Asolicitud del usuario, Sadmx, S.A. de C.V. proporcionarinformacin sobre la seccin de pared, incluyendodimetro interno y externo, que pueda ser requeridapara una evaluacin completa de ingeniera.

Nota 4 Los dimetros externos de los productosfabricados en base a esta especificacin no estn

detallados; por lo tanto, la compatibilidad entre latubera y las piezas de conexin de diferentes fabricantesno debe darse por segura.

Nota 5 La resistencia a impacto de este producto noest incluida en esta especificacin (ver Seccin 1.6 paraespecificaciones sobre compatibilidad), la cual esconsistente con otras especificaciones de tubera depolietileno.

Dimetro Densidad(resina bsica)AASHTO

2523" a 10" (75 mm a

250 mm) 3

AASHTO294

12" a 48" (300mm a 1,200 mm)

3, condicionado a que lamxima densidad noexceda 0.955 g/cm3



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1.6.1 DIMENSIONES Y TOLERANCIAS DE

LA TUBERA

Tamao Nominal El tamao nominalpara la tubera y piezas de conexin serefiere al dimetro interno, como se muestraen la Tabla 1.6.1.1

Dimetro Interno El dimetrointerno para tubera y piezas de conexincumplir con los requisitos de la Tabla1.6.1.1, cuando sean medidos de acuerdo alpunto 7.4.1. (CPPA-Sec.7)

Tabla 1.6.1.1 : Rigidez y Dimensiones de la Tubera

1La rigidez mnima para el tipo C en dimetros de 10 ymenores deber ser de 240kPa.2

No aplica a la tubera de tipo C.

Longitud La tubera puede serofrecida en cualquier longitud estipulada porel usuario. La longitud no ser menor a 99%de la longitud especificada, cuando se efectesu medicin de acuerdo al punto 7.4.2. .(CPPA-Sec.7)

Espesor Mnimo de la Pared delConducto de Agua El espesor mnimo de lapared del conducto de agua de la tubera deinterior liso y piezas de conexin Tipo S y

Tipo D cumplir los requisitos de la Tabla1.6.1.1, cuando se efecte su medicin deacuerdo al punto 7.4.3. . (CPPA-Sec.7)

Perforaciones Todas lasperforaciones debern ser efectuadas conprecisin. El rea de ingreso de agua deberser de un mnimo de 21 cm2/m (1.0 in2/pie)

para tubera de 100 mm a 250 mm (4 a10), 31 cm2/m (1.5 in2/pie) para tubera de300 mm a 450 mm (12 a 18), y 42 cm2/m(2.0 in2/pie) para tuberas de tamaosmayores a 450 mm (18). Las perforacionescirculares no debern ser mayores a 4.76mm (3/16) para tubera de 100 mm a 250

mm (4 a 10) y 9.53 mm (3/8) paratuberas de tamao mayor a 250 mm (10).El ancho de las aberturas no ser mayor a3.18 mm (1/8). El largo de las aberturas noexceder el 10% de la circunferencia internanominal para tubera de 100 mm a 200 mm(4 a 8), 64 mm (2.5) para tubera de 250mm a 375 mm (10 a 15) y 77 mm (3.0)para tubera de 450 mm (18) o de mayortamao. Otras dimensiones de perforacionesy configuraciones podrn ser proporcionadasa fin de cumplir con las necesidades delcomprador. Todas las mediciones debern serefectuadas de acuerdo al punto 7.4.4. .(CPPA-Sec.7)

Rigidez de la Tubera Los valoresmnimos de rigidez de la tubera a unadefeccin del 5% cumplir con los requisitosde la Tabla 1.6.1.1 cuando se prueben deacuerdo al punto 7.5.

Aplastamiento de la Tubera Nohabr evidencia de deformaciones en lapared, separaciones, rajaduras, roturas,

separacin de las juntas, separacin de lapared externa e interna, o combinaciones deestas, cuando se efecten las pruebas deacuerdo al punto 7.6.

Adhesin Para tubera Tipo S laadhesin entre las paredes interna y externa(en el valle de corrugacin) y en las juntasde espiral no se separar cuando se efectenlas pruebas de acuerdo al punto 7.7. En latubera Tipo D la adhesin entre las salienteso rozaduras y las paredes interna y externa yen las juntas de espiral no se separar

cuando se efecten las pruebas de acuerdo apunto 7.7. . (CPPA-Sec.7)

1.6.2 PIEZAS ESPECIALES Y COPLES

Solamente se debern usar piezasespeciales suministradas o recomendadas porel fabricante. Las piezas especiales sern

RigidezMnimade la

Tuberia1

DimetroInteriorMnimo

DimetroInteriorMximo

EspesorMnimo de

Pared2Dimetro(pulg.)

KPa . P u l g . Pu l g . P u l g .

4 340.00 3.90 4.10 0.026 340.00 5.80 6.20 0.028 340.00 7.80 8.20 0.0210 340.00 9.70 10.30 0.0212 290.00 11.60 12.40 0.0415 290.00 14.50 15.40 0.0418 280.00 17.50 18.50 0.0524 240.00 23.30 24.70 0.0630 190.00 29.10 30.70 0.0636 150.00 34.90 36.60 0.0742 140.00 40.70 42.50 0.0748 120.00 46.50 48.40 0.07



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instaladas de acuerdo a las recomendacionesdel fabricante.

Los acoples utilizados con la tubera ypiezas especiales sern de un diseo tal quepreserve la alineacin durante la construcciny evite la separacin en las juntas. Las

juntas tipo campana y espiga, acoplesexternos tipo resorte o partidos son ejemplosclaros de diseos tpicos.

1.6.3 DESCRIPCIN YFUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DECONEXIN

Nota 6 - La habilidad de una junta de resistir lainfiltracin de suelos (hermtica a los suelos), infiltracinde sedimentos (hermtica a los sedimentos), oinfiltracin de agua subterrnea/ ex filtracin afluente(hermtica al agua) debe ser considerada. Lahermeticidad de las juntas es una funcin del tamao de

entrada, longitud del canal y el tamao de partculas delrelleno. Un material de relleno que contenga un altoporcentaje de material Clase III o Clase IV, de acuerdo ala definicin en ASTM D2321 requiere de consulta con elfabricante para el tipo especfico de junta a ser utilizadaa fin de prevenir la infiltracin de suelos o desedimentos.

Los sistemas de conexin AASHTO:Tipo 1 (hermticos a los suelos),Tipo 2 (hermticos a los sedimentos),Tipo 3 (hermticos al agua)

Tipo 1 (hermtica a los suelos) La

hermeticidad de la junta a los suelos serequiere a fin de evitar la infiltracin desuelos. La infiltracin de suelos esinfluenciada por el tamao de la apertura(dimensin mxima normal a la direccin enla que los suelos pueden infiltrar) y la

longitud del canal (longitud del trayecto atravs del cual los suelos pueden infiltrar).La relacin de D85 tamao de suelos (eltamao de suelos para el cual 85% es msfino) con el tamao de la junta de la aberturadeber ser mayor a 0.3 para arena tipomediana a fina o 0.2 para arena uniforme.

Estas relaciones no son necesarias pararellenos cohesivos donde el ndice deplasticidad excede 12. No disponible enSADMX.

Tipo 2 (hermtica a los sedimentos) Lahermeticidad de la junta a los sedimentos serequiere a fin de evitar la infiltracin desedimentos la cual incluye rellenos cohesivosdonde el ndice de plasticidad es menor a 12.Los sistemas de juntas hermticas a lossedimentos incorporan un material delempaque en la conexin de la tubera. Losempaques debern cumplir o exceder losrequisitos de ASTM D 1056 Grado 2A2 oASTM F477. No disponible en SADMX.

Tipo 3(hermtica al agua) La hermeticidadde la junta al agua se requiere a fin de inhibirla infiltracin de agua subterrnea y/o exfiltracin afluente. Las juntas hermticas alagua sern selladas con una empaqueelastomrico que cumple con o excede losrequisitos de ASTM F477. Todos los

dimetros de 100 mm (4) a 1,530 mm (60)debern cumplir con ASTM D3212; Si laaplicacin as lo requiere, las pruebas decampo debern cumplir con la NOM-001-CNA-1995. nico estndar de hermeticidaden SADMX.



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2.1 INTRODUCCION

El comportamiento de la tubera puedeser clasificado como flexible o rgido,dependiendo de su operacin una vez

instalada. La tubera flexible puede moverseo flexionarse bajo cargas sin sufrir daoestructural. La tubera corrugada depolietileno de alta densidad es un ejemplo.La tubera rgida es a veces clasificada comotubera que no puede flexionarse en formasignificativa sin sufrir de un esfuerzoestructural como ser resquebrajamiento. Lastuberas de concreto reforzado y no reforzadosirven de ejemplo.

Tanto la tubera flexible como la rgidadependen del relleno adecuado. Las

caractersticas del relleno as como laconfiguracin de la zanja en el caso de latubera rgida, estn incluidas en losprocedimientos del diseo. Para la tuberaflexible, la Deflexin permite que cargas seantransferidas y acarreadas por el relleno. Latubera rgida transfiere la mayor parte de lacarga a ser transferida y transportada haciael relleno. La tubera rgida transfiere lamayor parte de la carga a travs de la paredde la tubera hacia el encamado. Un rellenoapropiado es muy importante paradeterminar la manera en que la carga sertransferida.

Diversos proyectos de investigacin hanestudiado el comportamiento de la tuberaflexible. El funcionamiento de la tubera depolietileno ha sido evaluado mediante el usode instalaciones de campo, inspeccionesposteriores a la instalacin, pruebas de losindicadores de presin y anlisiscomputarizados de elementos finitos. Comoresultado, a casi tres dcadas desde suintroduccin, el comportamiento de la tubera

corrugada de polietileno de alta densidad hasido probablemente analizado ms que el decualquier otro tipo de tubera convencional dedrenaje.

La informacin en las seccionessiguientes de este documento proporcionauna gua paso a paso para el diseoestructural de tubera corrugada de

polietileno de alta densidad de flujo porgravedad. Adems toda sta informacinpuede convalidarse en los resmenes sobreinstalaciones actuales detallados en elcaptulo 6 - Anexos.

2.2 RESUMEN DE ASPECTOSESTRUCTURALES

El presente documento desarrolla loscriterios tcnicos para aplicar el Mtodo deDiseo Estructural para Tubera Corrugada dePolietileno y discute algunas de lasdiferencias entre el diseo e instalacin detuberas rgidas y flexibles.

La naturaleza visco-elstica de latubera de polietileno ha sido demostrada en

pruebas de laboratorio, aunque propiedadestales como relajacin de esfuerzo todava nohan sido tomadas en consideracin duranteel diseo. Se debe reconocer que descuidareste comportamiento aade mayor valor alfactor de seguridad, innecesario sobre elmtodo de diseo.

La metodologa del diseo para tuberacorrugada de polietileno de alta densidaddetallada en este captulo, est encumplimiento con las especificaciones de laAmerican Association of State Highway andTransportation Official (AASHTO) M252 yM294*. Se presentan las propiedades de lasdiferentes secciones para su uso en elprocedimiento de diseo. Las propiedadesdel material, relleno y condiciones de cargajuegan papeles importantes en la operacinde la tubera. El procedimiento de diseoevala la Deflexin, pandeo, esfuerzo deflexin y tensin de flexin, y establecelmites para cada condicin.

As se puede decir que la integridad

estructural de las instalaciones de tuberasdepende del adecuado diseo e instalacin.Una tubera corrugada de polietilenodebidamente instalada puede ser enterrada aprofundidades mucho mayores que unatubera rgida. Las instalaciones que varande las suposiciones del diseo pueden causarel resquebrajamiento de la tubera deconcreto reforzado, mientras factores

16


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conservadores de seguridad y diseo paratubera corrugada de polietileno protegen latubera de muchas deficiencias en lainstalacin. Adems, todo tipo de tubera, yasea flexible o rgida, depende de la estructuradel relleno para transferir cargas alencamado. Como resultado, toda tuberadebe ser instalada de acuerdo al diseo paracumplir con las expectativas de la operacin.

Las Tablas de altura de la profundidad bajotierramuestran la profundidad mnima eninstalaciones de trfico y las profundidadesmximas bajo una variedad de condicionesde relleno, tambin se presentan Ejemplos deClculos.

2.3 DIFERENCIAS ENTRE LA TUBERAFLEXIBLE Y LA TUBERA RIGIDA

Prcticamente todo tipo de tuberapuede ser clasificada como flexible o rgida,dependiendo de su funcionamiento luego deser instalada. La tubera flexible tomaventaja de su habilidad para moverse oflexionarse bajo cargas sin sufrir daoestructural. Los tipos comunes de tuberaflexible son fabricados de polietileno, clorurode polivinilo (PVC), acero y aluminio. Latubera rgida es a veces clasificada comotubera que no puede flexionarse ms que2% sin sufrir alteraciones como serresquebrajamientos.

Figura 2.3.1

La tubera de concreto reforzada y no-reforzada y la tubera de arcilla son clarosejemplos. La Figura 2.3.1 muestra la

diferencia en la manera en que las tuberasflexible y rgida responden a cargas.

Ambas, la tubera flexible y la rgida,requieren de un relleno apropiado, a pesar deque la interaccin de la tubera/ relleno esdiscorde. Cuando la tubera flexible seflexiona, la carga es transferida hacia elrelleno y transportada por l mismo. Sinembargo, cuando se aplican cargas a latubera rgida, la carga es transferida a travsde la pared de la tubera hacia el encamado.Para ambos tipos de materiales, el rellenoapropiado es muy importante para permitirque esta transferencia de carga suceda. La

Figura 2.3.2 muestra la interaccin de latubera/ relleno y el correspondiente trasladode carga.

Figura 2.3.2

La tubera flexible ofrece significativosbeneficios estructurales al diseador delproyecto. En varias situaciones, una tuberaflexible correctamente instalada puede ser

enterrada a mucha mayor profundidad queuna tubera rgida, por la interaccin entre latubera y el relleno.

La tubera rgida es generalmente msresistente que el material de relleno que larodea, en consecuencia, debe soportar cargasde tierra bastante ms elevadas que la cargade prisma encima de la tubera. Por elcontrario, una tubera flexible no es tanresistente como el relleno que la rodea. Estomoviliza el relleno para transportar la cargade tierra. La interaccin entre la tubera

flexible y el relleno es tan efectiva paramaximizar las caractersticas estructurales dela tubera que permite que la tubera seainstalada a mucha mayor profundidad bajotierra que la permitida para la tubera rgida,bajo idnticas condiciones de instalacin.

RgidoFlexible

RgidoFlexible

17


18/73

CURVA ESFUERZO DEFORMACIN

Modulus = Esfuerzo Deformacin

Deformacin,

Esfuerzo,

2.4 LA NATURALEZA VISCO-ELASTICADE LA TUBERIA CORRUGADA DEPOLIETILENO SADMX

La tubera flexible es fabricada tanto deplsticos como de metal. Los plsticos ymetales, son sin embargo, tipos muydiferentes de material. Los metalesmuestran propiedades elsticas y losplsticos muestran caractersticas visco-elsticas, o variables, en funcin del tiempoEs estadiferencia la que es el origen de tantaconfusin para entender la tubera corrugadade polietileno y su funcionamiento una vezinstalada, en comparacin con otros tipos detubera flexible.

Asumiendo que las caractersticas de los

materiales visco-elsticos pueden seranalizadas aplicando las mismas tcnicasutilizadas para material elstico, sin dudagenerar resultados confusos. Uno de losconceptos errados ms comunes relativos alos plsticos, en forma especial el polietileno,es que estos pierden resistencia con eltiempo. Esta idea surge de la aplicacin deun criterio y comportamiento elstico a unmaterial visco-elstico. Cuando una tuberacorrugada de polietileno es flexada otensada, en laboratorio, la curva de esfuerzocontra la curva de tensin resultante, tieneun alto mdulo inicial que casiinmediatamente empieza a disminuir. LaFigura 2.4.1 muestra un diagrama de larelacin esfuerzo/ tensin.

El mdulo elstico o mdulo de flexincomo es comnmente denominado paramateriales visco-elsticos, es la relacinentre el cambio en los niveles de tensin yesfuerzo. El mdulo es inicialmente elevado,pero luego empieza a disminuir. La tuberaaparenta requerir menos fuerza con el tiempo

para mantener el mismo nivel de tensin. Siel material se comporta de acuerdo a losprincipios de elasticidad, podra describirsecomo una prdida de resistencia. Sinembargo, el polietileno es visco-elstico y ladeduccin que el material est perdiendoresistencia sera errada.

Figura 2.4.1

Este concepto no es de pocaimportancia en lo que se refiere al polietileno.Con valores tpicos de mdulos de referenciaa corto plazo (rpido) y a largo plazo de110,000 psi (758 Mpa) y 22,000 psi (152Mpa), respectivamente, los resultados deldiseo seran muy diferentes. La preguntade cual valor utilizar en el diseo,ciertamente mereci ms atencin, y

proyectos de investigacin se iniciaron paraganar mayor conocimiento sobre este tema.

La Universidad de Massachusetts hadiseado un proyecto de investigacin1paratratar especficamente el efecto que el tiempotiene sobre el mdulo de polietileno. Unatubera corrugada de polietileno fue colocadaen un marco que permiti la medicin deesfuerzo y tensin bajo intervalos repetidosde carga, y por un periodo relativamentelargo de tiempo. Se aplic una carga a latubera para crear un nivel inicial de

Deflexin. La tubera reaccion como seesperaba con un elevado mdulo inicial elcual comenz a disminuir casiinmediatamente. Con la tubera todavaflexada, el nivel de esfuerzo se increment.La tubera respondi otra vez con su mduloinicial el cual empez a disminuirinmediatamente. Varios incrementos decarga adicionales fueron aplicados con latubera respondiendo de la misma forma cadavez. Las representaciones grficas de larespuesta de la tubera se muestran en laFigura 2.4.2.

La parte (c) de la Figura 2.4.2muestra un mdulo que parece disminuir conel tiempo. Sin embargo, el mdulo queocurre cada vez que se aplica una nuevacarga, no importa cuando, se mantieneaproximadamente el mismo. Este



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comportamiento no es indicativo de unmaterial que est perdiendo resistencia.

Se condujo otra investigacin paradeterminar cual valor, el valor a corto o largoplazo, debera ser utilizado en el diseo demateriales de tubera visco-elsticos. Estainvestigacin confirm el resultado delestudio de la Universidad de Massachusetts.Se lleg a la conclusin que Para cada nuevacarga, el material siempre se comportar deacuerdo a su propiedad de resistencia a cortoplazo, independientemente del tiempo quehaya pasado desde la primera carga.2

Figura 2.4.2

Ambos estudios muestran que elmaterial respondi con el mdulo a cortoplazo, sin considerar la edad de lainstalacin. No ocurri prdida de laresistencia del material con el tiempo. Laaparente disminucin en el mdulo esevidencia de la naturaleza visco-elstica delpolietileno. Fueron estos proyectos deinvestigacin, conjuntamente con lasaplicaciones actuales, las que llevaron a laCPPA a recomendar el uso de las propiedadesde resistencia a corto plazo aun bajocondiciones a largo plazo.

Entonces, por qu razn el esfuerzodisminuye cuando la tensin se mantieneconstante? La respuesta est en lanaturaleza visco-elstica del polietileno. Losmateriales visco-elsticos muestran doscomportamientos relacionados con el tiempo,relajacin de deslizamiento y relajacin de

esfuerzo. La primera es el aumento detensin bajo un esfuerzo constante. Es loque causa que la tubera flexible sedeflexione bajo la carga de suelos hasta queel sistema de tubera/ relleno se estabilice.La relajacin de esfuerzos, por otra parte, esuna disminucin del esfuerzo bajo unatensin constante. Cuando el sistema detubera/ relleno (o sistema de tubera/ aire enel laboratorio) se estabiliza, el esfuerzoempieza a disminuir casi en forma inmediata.Las relajaciones de deslizamiento y deesfuerzo se muestran en la Figura 5.

Deformacin

Tiempo Tiempo

Esfuerzo

Esfuerzo, = ConstanteDeformacin, = Constante

RELACION ENTRE LA DEFORMACIN Y EL ESFUERZO

Figura 2.4.3

EFECTOS PRODUCIDOS AL CARGAR REPETIDAMENTE TUBERAS DE

POLIETILENO

Incremento del mdulo a 60 segundos

c)

b)

TIEMPO (min.)

0

50

100

150

200

0.0

0.5

1.0

1.5

2.02.5

3.0

3.5

10-1 010 110 210310 410 510

12001000

800

600400

200

0

80

60

40

20

0

MODULO(

1000psi)

MODULO(

KPa)

DESPLAZAMIENTO

(in)

DESPLAZAMIENTO

(MM)

a)

CARGA(KN/in)

CARGA(KN/M)

TIEMPO (min.)

0

20

40

60

80

100

105104103102101100

0

5

10

15

-110

La relajacin de esfuerzo evita que los

niveles de esfuerzo se mantengan en nivelesextremadamente elevados, y por lo tanto,juegan un papel muy beneficioso en elcomportamiento de la tubera bajo tierra. Larelajacin de esfuerzo no ha sido cuantificadaal punto en la cual pude ser utilizada en eldiseo, pero descuidar sus efectos aadeconservadurismo a la recomendacin deutilizar el criterio de resistencia a corto plazocomo un criterio que es apropiado y a la vezprudente para el polietileno.

2.5 CRITERIO SOBRE EL DISEO

El diseo de la tubera de polietileno dealta densidad de presin por gravedadrequiere del conocimiento de las propiedadesde la tubera, propiedades del material,

condiciones de la instalacin y cargasexternas. Todos estos elementos secombinan para definir el comportamiento dela tubera instalada. Esta seccin describe elcriterio observado en la seccin deProcedimiento del Diseo.



20/73

2.5.1 PROPIEDADES DE SECCION DE LA

TUBERA

Al igual que en el diseo de otroscomponentes estructurales, la geometra dela pared de la tubera influencia la manera enque esta funcionar en la estructura detubera/ suelos (relleno). Las propiedades dela tubera que causas mayor preocupacinson el momento de inercia del perfil de lapared (I), distancia desde el dimetro interioral eje neutral (c) y la seccin transversal(AS).

La rigidez de la tubera (PS) es unamedicin de la flexibilidad de un largodeterminado de tubera y es establecido enlaboratorio mediante el clculo de la fuerzarequerida para flexionar la tubera 5% de sudimetro interior. El lmite de 5% es

arbitrario y, aunque es sustituidodirectamente en las ecuaciones del diseo, elPS es un control de calidad y no debe serinterpretado como un lmite de la operacin.Adems, la tubera de polietileno puedeflexionarse varias veces esta cantidad sinexperimentar una curvatura reversa. Enrealidad, las especificaciones del producto

requieren que la tubera se deflexione por lomenos 20% de su dimetro interior sin sufriresfuerzo estructural (Ver Tabla 2.5.1.1.).

2.5.2 PROPIEDADES DEL MATERIAL

El comportamiento de materialesvisco-elsticos difiere del de materialeselsticos. Como resultado, la mecnica quedefine las propiedades del material elsticopuede ser mal interpretada cuando esaplicada a materiales visco-elsticos. Porejemplo, cuando el polietileno es sujeto a unafuerza constante, la curva de esfuerzo/tensin resultante da la impresin que elmaterial pierde resistencia con el tiempo.

Las pruebas efectuadas muestran queel polietileno no se debilita con el tiempo. Lamisma curva de esfuerzo/ tensin para el

material puede ser duplicada en formarepetida con el tiempo. Lo que las pruebas notoman en consideracin es la relajacin deesfuerzos, la cual es una propiedad nica delos visco-elsticos. La relajacin deesfuerzos es el proceso mediante el cual elesfuerzo disminuye bajo una tensinconstante.

Tabla 2.5.1.1 :Propiedades Representativas de Seccin para Tubera Corrugada de Polietileno de Alta Densidad, en

cumplimiento a las regulaciones de AASHTO M252 y M294.

DimetroInterior

Pulg. (mm)

DimetroExterior

Pulg. (mm)

Rigidez Mnimade la Tubera a unaDefeccin del 5%

pii (kPa)

rea de SeccinPulg.2/Pulg.(mm2/mm)

Distancia delDimetro Interior alAxis Neutral (Pulg.

(mm)

Momento deInercia

Pulg.4/Pulg.(mm4/mm)

ID OD PS AS C Inercia

4 (100) 4.6 (117) 35 (241) 0.0568 (1.443) 0.1917 (4.869) 0.0007 (11.47)

6 (150) 7.0 (178) 35 (241) 0.0837 (2.126) 0.3158 (8.021) 0.0033 (54.08)

8 (200) 9.9 (251) 35 (241) 0.1044 (2.652) 0.4345 (11.036) 0.0087 (142.57)

10 (250) 11.9 (302) 35 (241) 0.1117 (2.837) 0.5319 (13.510) 0.0185 (303.16)

12 (300) 14.0 (356) 50 (344) 0.1250 (3.175) 0.6250 (15.875) 0.0240 (393.29)

15 (375) 17.7 (450) 42 (289) 0.1592 (4.044) 0.8750 (22.225) 0.0530 (868.51)

18 (450) 21.1 (536) 40 (276) 0.1950 (4.953) 0.8510 (21.615) 0.0620 (1016.00)

21 (525) 24.5 (622) 38 (262) 0.2820 (7.163) 0.6300 (16.000) 0.1220 (1999.22)

24 (600) 27.5 (699) 34 (235) 0.2617 (6.647) 1.1340 (28.804) 0.1160 (1900.90)

30 (750) 34.1 (866) 28 (193) 0.3267 (8.298) 1.3500 (34.290) 0.1630 (2671.09)

36 (900) 41.0 (1041) 22 (152) 0.3750 (9.525) 1.6500 (41.910) 0.2220 (3637.93)

42 (1050) 48.0 (1219) 20 (138) 0.3906 (9.921) 1.7800 (45.212) 0.5742 (9409.45)

48 (1200) 54.0 (1372) 17 (117) 0.4294 (10.902) 1.8600 (47.244) 0.6919 (11338.21)



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En otras palabras, una tubera que es

mantenida en una posicin de Deflexin,inicialmente experimentar niveles deesfuerzo relativamente elevados que luegodisminuyen rpidamente.

Una Deflexin adicional ocasiona una

respuesta similar: los niveles de esfuerzoaumentan y luego rpidamente disminuyen.Este fenmeno ha sido documentado en loslaboratorios de la Universidad deMassachusetts. Las pruebas efectuadasmostraron que cuando la tubera se mantuvoen una posicin de Deflexin, el mdulopareca disminuir. Sin embargo, cuando laDeflexin se aumentaba, la tubera respondaotra vez con un mdulo mucho mayor.

Como resultado de la relajacin deesfuerzos, los esfuerzos reales mximos sonsignificativamente menores que los que secalcularan. Por esta razn, el uso delmdulo de elasticidad a corto plazo, (E), de110,000 psi (758,500 kPa) y la resistencia ala tensin de 3,000 psi (20,700 kPa) esapropiada para este procedimiento de diseo.

(Nota: la resistencia a la tensin es utilizadano obstante que, en aplicaciones nopresurizadas, las fuerzas predominantes de lapared son compresivas. Las pruebas paradeterminar la resistencia compresiva mxima

del polietileno han sido hasta la fecha,inconcluyentes debido a la falta de un puntodefinido de falla o lmite. Sin embargo, e lM an u a l d e D i seo d e P ls t i co s

E s t r u c t u r a l e s ASCE indica Una reglageneral es que la resistencia compresiva delos plsticos es mayor que la resistencia a latensin. El uso de la resistencia a la tensinen el diseo en lugar de la ms apropiadaresistencia a la compresin, da resultadosconservadores y ha sido aceptado por aospor varias agencias. Manuales y ReportesASCE sobre Prcticas de Ingeniera No. 63,

SCE: NY, NY, 1984, p. 163).

2.5.3 CONDICIONES PARA LAINSTALACION Y FACTORES DESUELOS

El funcionamiento estructural de latubera depende de la interaccin entre el

encamado, o relleno inicial y la tubera, y escomnmente referida como la interaccin desuelos/ tubera. El relleno inicial debeproporcionar caractersticas estructurales yde drenaje apropiados para la aplicacin. Laconsideracin estructural del relleno incluyelas dimensiones del relleno inicial y el tipo de

material y el nivel de compactacin. Lainformacin aqu presentada es, con pocasexcepciones, consistente con losrequerimientos establecidos en ASTM D2321,Prctica Recomendada para la InstalacinSubterrnea de Tubera de Termoplsticapara Desage. En situaciones en las cualesesta informacin difiere con ASTM D 2321, laespecificacin tiende a ser ms conservadora.La informacin es tambin consistente conCAN/CSA B 182. 11-95, PrcticaRecomendada para la Instalacin de DrenajeTermoplstico, Tubera para Coleccin deAguas Pluviales y Accesorios.

2 . 5 . 3 . 1 D i m e n s i o n e s d e la En v o l t u r a d eR e l l e n o - A n c h o d e z a n j a

El ancho de la zanja depende deldimetro de la tubera, material de relleno yel mtodo de compactacin. Los anchos dezanja no deben ser mayores que las que senecesitan para la adecuada instalacin de latubera, debido a que las zanjas demasiadoanchas ocasionan costos innecesarios. En

forma prctica, los tamaos de cubos deexcavadora estndares o las dimensiones delentibado de zanja pueden tambin serfactores a considerarse en la decisin.

En aplicaciones actuales, el ancho dela zanja puede tambin ser influenciada porel equipo que el contratista tiene disponible.Por lo tanto, anchostpicosson dos veces eldimetro nominal, pero no mayores que eldimetro nominal ms 2(0.6m), como se veen la Figura 2.5.3.1.

En forma especfica se tiene que losanchos tpicas de zanja para tuberas de 12(300 mm) o mayores son el doble deldimetro nominal pero no mayores aldimetro nominal ms 2 (0.6 m). Esteancho es generalmente suficiente para que elmaterial de relleno fluya en cualquiera de loslados de la tubera y es tambin lo



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suficientemente ancho para varios tipos deequipo de compactacin, de ser estosrequeridos. Si este ancho de zanja no esadecuado para los materiales y mtodospropuestos, una zanja de mayor ancho quepermita una instalacin apropiada, deberser construida. De 0.2 m en cualquiera de

los lados de la tubera es el ancho mnimo dezanja aceptable para esta gama de tamaoscuando no se precise de equipo decompactacin.

Figura 2.5.3.1

Los anchos de zanja para tuberas demenor tamao a menudo se determinan porel tamao de cubo disponible para laexcavadora y en varios casos puede excederel doble del dimetro de la tubera. A fin deeconomizar y de mantener la integridadestructural, es mejor mantener el ancho de lazanja en perspectiva con relacin al dimetrode la tubera.

Un concepto comnmente errado esque se precisa de zanjas muy anchas paratuberas flexibles. Las zanjas anchas son nosolamente caras de excavar y rellenar conmaterial de relleno, sino que pueden tambindisminuir la integridad estructural del sistemade tubera/ relleno. Aos de consolidacincrean un suelo nativo bastante estable. Elpropsito es destruir al mnimo posible dichaestabilidad al excavar la zanja. Estudiosefectuados en Europa han demostrado queparedes estables de zanja aumentan la

integridad estructural del sistema cuando lazanja es relativamente angosta, aunque estebeneficio es a menudo relegado durante eldiseo.

Zanjas demasiado anchas tambinrequieren de mayor cantidad de relleno ymayor compactacin, lo cual podra no

formar una estructura tan estable como elmaterial nativo imperturbado, aun si han sidocuidadosamente construidas.

A medida que le ancho de la zanja seaproxima a cinco veces el dimetro de latubera, no existe influencia buena o mala

de las paredes de la zanja. Aun ms, sepuede precisar de zanjas anchas cuando elmaterial nativo no es capaz de soportarcargas, pero se debe evitar si el materialnativo de una calidad razonable.

W = 2D, W < D+0.6m

W

2 . 5 . 3 . 2 Ma t e r i a l y C om p a c t a c i nLa combinacin del tipo de material

(arena, grava, arcilla o mezclas, etc.) y nivelde compactacin (densidad estndar Proctor)determina la resistencia global del relleno.Como regla general, partculas de materialque son relativamente grandes y angularesrequieren de un esfuerzo de compactacinmenor a fin de producir estructuras con igualresistencia que las partculas que son demenor tamao y ms redondeadas. Laresistencia del relleno es a menudodenominado el mdulo de reaccin desuelos o a veces mdulo de suelos. Serepresenta en ecuaciones mediante eltrmino E. La Tabla 2.5.4.1.1presenta losvalores E que resultan de diferentesmateriales y niveles de compactacin. Esta

informacin se basa en datos generados porel Bureau of Reclamation.

D

Se debe considerar para relleno el

material disponible localmente, incluyendosuelos nativos Si estos cumplen con loscriterios de la Tabla 2.5.4.1.1 entonces sonun material aceptable y deberan serutilizados para minimizar costos de materialy de transporte. El fabricante de la tuberapodr asimismo proporcionar asesoramientocon relacin a la conveniencia de ciertosmateriales.

La compactacin mecnica no essiempre necesaria; algunos materiales derelleno pueden ser amontonados y luegotrabajados con pala hacia el lugar, mientrasotros pueden cumplir con requerimientosmnimos de compactacin simplementesiendo caminados por encima. Por otra



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parte, la compactacin mecnica puedeefectuar la colocacin de algunos materialesde relleno ms rpidamente y crear el nivelrequerido de soporte para la tubera.

Otra de las propiedades de suelosutilizadas en el diseo, el factor de forma

(Df), es una funcin de la rigidez de latubera, tipo de material de relleno y nivel decompactacin. Este factor es utilizado en lasecuaciones de esfuerzo de flexin y detensin de flexin.Colocacin del Relleno

Una envoltura de rellenocorrectamente construida requiere de unaapropiada colocacin del material. Refirasea la Figura 2.5.4.1 para una descripcinpictrica de la terminologa del relleno.

Figura 2.5.4.1

Re l le n o T i p o

Puede considerarse que la envoltura derelleno tiene zonas especficas, cada una delas cuales con un propsito especfico.

El encamado proporciona una baseuniforme para asegurar que el grado semantiene y que cargas pueden serdistribuidas en la fundacin.

El acostillado se extiende desde elencamado a la lnea de resorte o puntomedio.

Esta seccin del relleno funcionaprimeramente mediante la resistencia acargas aplicadas.

El relleno inicial, situado por encima de lalnea de resorte hasta un punto al menos6 (0.15 m) encima de la corona, soportacargas en cualquier lado de la tubera.

El relleno final ayuda a distribuir cargasaplicadas a la superficie. La altura de lasreas iniciales y finales de relleno debenestar al menos 1(0.3 m) encima de lacorona de la tubera en instalaciones queincluyen cargas mximas de AASHTO H-20 o HS-25.

El encamado, acostillado y relleno inicialproporcionan resistencia al sistema. Ellosdeben consistir en un material apropiado derelleno y ser compactado, de ser asrequerido. Los rellenos finales noproporcionan soporte directo a la tubera;generalmente puede consistir de material dezanja excavado u otro material apropiadopara las cargas esperadas.

Encamado0.1m

Puntomedio dela tubera oEcuadorAcostillado

Rellenoinicial

0.3 m

Relleno final0.15m min

Leyenda:Suelo natural

Relleno claseI, II o II

2 . 5 . 3 . 3 En c am a d o

Unas cuantas pulgadas (0.1 m) deencamado se deben colocar y compactar enel cimiento a fin de igualar las distribucionesde carga a lo largo del invertido de la tubera.La tubera puede ser colocada en el

encamado y luego acostillada. Aunque no escomn, un encamado que se ajuste alexterior de la tubera puede tambin serusado.

La constante del encamado (K), es uncoeficiente que considera el soporte delencamado proporcionado a la tubera. Esuna funcin del ngulo del encamado. Muycomnmente, un valor de 0.1 es utilizado.La Figura 8 y Tabla 2.5.4.1.1 proporcionandetalles adicionales sobre los valoresapropiados para constantes de encamado

alternativas.



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Tabla 2.5.4.1.1: Clase y Calidad del Relleno.-

Material del EncamadoE', psi (kPa) para el grado de

compac. del EncamadoASTM D2321 ASTM D2487

Clase Descripcin Notacin Descripcin

AASHTOM43

Notacin

Dens. Min.Estndar

Proctor %Profundidad Cargado

Mnimo< 85%

Moderado85% - 95%

Mximo> 95%

IA

"Open-graded"AgregadosFabricados

limpios

N/A Piedra o roca angulartriturada Grava triturada

slag triturado

IB

"Dense-graded"AgregadosProcesadosFabricados

limpios

N/A Piedra angular trituradao otro material clase 1A,y mezclas de piedra yarena con poco o sinfinos

556

Descargado 18"(0.45m)

1000-6,900

3000-20,700

3000-20,700

3000-20,700

GW Grava PreseleccionadaMezclas de grava/arenacon poco o sin finos

GP Grava malPreseleccionada Mezclasde grava/arena conpoco o sin finos

SW Arena PreseleccionadaArena gravada con pocoo sin finos

IISuelos limpios y

Granulados

SP Arena malpreseleccionada Arenagravada con poco o sinfinos

5767

85% 12"(0.30m)

N/R 1000-6,900

2000-13,800

3000-20,700

GW Grava silty Mezclas degrava/arena/silt

GC Gravas arcillosasMezclas degrava/arena/silt

SM Arena silty Mezclas dearena/silt

III Suelos finos

SC Arenas arcillosas Mezclasde Arena y arcilla

Grava yarena Con


25/73

Tabla 2.5.4.1.2 :

Valores Constantes del Encamado

Estos deben ser retirados yreemplazados con un material granularadecuado. Refirase tambin a la Figura2.5.4.1.2.

2 . 5 . 3 . 4 A c o s t i l l a d oEl rea siguiente del relleno, el

acostillado, es de gran importancia debido aque proporciona el soporte primario paracargas de suelos y de trfico. El acostilladodebe ser colocado en niveles o capas, enforma uniforme en ambos lados de latubera para una construccin ptima, comose recomienda en la Tabla 2.5.4.1.2.Apisone para obtener la compactacinespecificada o utilice una pala en el rea,eliminando vacos, si el material no requierede compactacin. La construccin de cada

nivel debe repetirse hasta la lnea deresorte.

Figura 2.5.4.1.2

2 . 5 . 3 . 5 Re l le n o I n i c i a lEl relleno inicial se extiende desde la

lnea de resorte hasta un mnimo de 6(0.15m) por encima de la corona de latubera. Esta rea del relleno sujeta latubera y asegura que las cargas estndistribuidas en la forma ms parejaposible en el acostillado. Cuando se utiliza

un material que requiere de compactacin, esimportante evitar el uso del equipodirectamente sobre la tubera misma.Angulo del

Encamado

2 . 5 . 3 . 6 Re l le n o F in a lEl relleno final se extiende desde la

capa de relleno inicial un mnimo de 6(0.15m) hacia la superficie del suelo. Nosoporta la tubera en forma directa, perojuega un papel importante al permitir que lacarga se distribuya sobre la tubera. Unacompactacin adecuada en esa rea no estan crtica para la tubera como en otrasreas del relleno. Sin embargo, si caminos orutas cruzarn por encima de la tubera, unnivel relativamente alto de compactacin serequerir para evitar la sedimentacin delpavimento. En la mayora de lasinstalaciones, los materiales excavados sernde una calidad adecuada para relleno final.

2.5.4 CARGAS

La carga se considera ya sea cargaviva (en movimiento) o carga muerta(esttica). Las cargas vivas cambian enposicin de magnitud, mientras las cargasmuertas se mantienen relativamenteconstantes a lo largo de la vida de diseo delsistema de drenaje. Las cargas vivas mscomnmente utilizadas en aplicaciones de

tubera son cargas vehiculares, generalmentede camiones o aeroplanos. La carga desuelos es a menudo la nica carga muerta aconsiderarse; sin embargo, las cargas decimiento y las condiciones de aguassubterrneas debern considerarse en eldiseo, si es apropiado.

Las cargas se consideran carga viva(en movimiento) o carga muerta (esttica).La carga viva ms comnmente consideradaen aplicaciones de tubera son cargasvehiculares, usualmente de camiones, trenes

o aeronaves. La carga de suelos es amenudo la nica carga muerta aconsiderarse; sin embargo, cargas defundacin y efectos de aguas subterrneasdeben ser considerados en el diseo cuandosea oportuno.

Grados

ValoresConstantes

del Encamado

0 0.11

30 0.11

45 0.11

60 0.10

90 0.10

120 0.09

180 0.08

Relleno aceptableD

3DMax D + 4' (D + 1.2m)

cimentacin blanda

2'' (0.6m) +12'' (0.3m) Min

0.75D Max

D + 12'' (D + 0.3m)piedra o material rocoso

D



26/73

En instalaciones bajo tierra poco

profundas, el efecto del movimiento derodamiento del vehculo debe serconsiderado. Puede ser necesario aumentarla fuerza esttica del vehculo por un factorde impacto en profundidades menores a 3(1 m). Las cargas vehiculares y otras

cargas puestas en la superficie disminuyenen intensidad con aumento de profundidad.La tpica carga vehicular ASHTO H-20 o HS-20 puede no observarse en aplicacionesdonde la profundidad a la corona de latubera es de 8 (2.4 m) o mayor.

El efecto combinado de la carga delprisma y del trfico vehicular es tpica. LaFigura 10muestra cada componente de lacarga y los efectos combinados bajo unavariedad de profundidades.

Figura 2.5.5.1

2 . 5 . 4 . 1 Ca r g a s V i v a s ( W L)Las cargas vehiculares son

tpicamente basadas en la configuracinAASHTO H-20, Figura 2.5.5.1.1, las cualesrepresentan un camin de 20 toneladas(18.2 toneladas mtricas) con una carga deeje de 32,000 lb. (14,500 Kg.). En formasimilar en aplicaciones ferroviarias, la cargase representa por la configuracin CopperE-80 a 80,000 lb./pie (119,300 Kg./m) deva.

En aplicaciones donde la tubera estenterrada a nivel relativamente pocoprofundo, puede experimentar una fuerzaadicional de la mocin rotatoria delvehculo. A fin de considerar esta fuerzaadicional, la carga estacionaria vehicular esmultiplicada por un factor de impacto.

Figura 2.5.5.1.1.

W = Peso Total delcamin de car a

32,000 lbs(14,500 kg)

8,000 lbs(3,630kg)

Para cargas en carreteras, AASHOestablece una gradacin de factores deimpacto de una profundidad bajo tierra de1.3 a aproximadamente 1 (0.3) bajo 3

(1m). El impacto tiene una influenciainsignificante en profundidades superiores a3 (1m).

Carga H-20

Carga del suelo

Carga total

Unidad de Carga, lb/ft2

Unidad de Carga, N/m2

Alturadelacubiertasuperiordelatubera,

ft

Alturadelacubiertasuperiordelatubera,m

4500 9600 1440019200 240002880033600 38400 43200 4600052800576006240067200 7200076800816008640091200 76800

2.4

2.1

1.8

1.6

1.3

1.0

0.6

0.3

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Las cargas de aeroplanos varan

ampliamente en magnitud y distribucin. Sedeber contactar al fabricante de la aeronavepara obtener especificaciones ms detalladas.

Algunos vehculos de construccinpodran afectar en forma temporal aunquesevera, la consideracin de carga viva. Lamagnitud y distribucin de la carga deberser evaluada. El amontonamiento ycompactacin de una capa por encima de latubera cuando sea necesario, y luego sunivelacin siguiendo la construccin podraser justificable en situaciones donde latubera tiene baja profundidad bajo tierra.En general, para equipo de entre 30 a 60toneladas (27.3 y 44.5 toneladas mtricas)con distribuciones de peso similares a laconfiguracin H-20, un mnimo de 2 (0.6 m)de profundidad es necesaria. Cargas mselevadas requerirn un mnimo de 3 (1 m)

de profundidad.

2 . 5 . 4 . 2 Ca r g a s M u e r t a sCarga de Suelos (WC)

La carga de suelos es calculada eneste procedimiento de diseo utilizando lacarga de prisma, la cual a veces es

26


27/73

denominada carga de columna, siendodefinida como el peso del prisma del suelodirectamente encima el dimetro exteriorde la tubera, como se muestra en la Figura2.5.5.2.1. En realidad, la carga de columnaes parcialmente suspendida encima de latubera por friccin y cohesin con las

columnas de suelos adyacentes.

Este mtodo es bastanteconser

Figura 2.5.5.2.1

utilizan

cuacin 1-1

C = H s OD

vador para el clculo de cargas desuelos en tuberas corrugadas de polietilenoinstaladas en zanja o terrapln, ya que seha mostrado como la carga mxima desuelos que la tubera podra experimentar,cuando en realidad la carga actual essignificativamente menor que la carga deprisma debido a la friccin y cohesin entrepartculas de suelos.

La carga de prisma se calculado la Ecuacin 1-1 o 1-1(a), de la

siguiente manera:

EW

onde:

C = carga de prisma, lb/pulgada linear

H = de enterramiento hasta

el suelo, pcfla tubera,

, en unidades mtricas

cuacin 1-1 (a)

C = (9.81 x10-6)H s OD

C = carga de prisma, N/mm linear de

H = dad de enterramiento hasta

S =ra, mm

argas de Cimientos.-

144

DW

de tubera

profundidadla parte superior de la tubera,pies

S = densidad dOD = dimetro externo de

pulgadas

O

EWW

tuberaprofundi

la parte superior de la tubera, mdensidad del suelo, kg/m3OD = dimetro externo de la tubeC

Algunas instalaciones de tuberas seencue

ntran por debajo o cerca de cimientos.Esta contribucin de carga debe ser aadidaa la carga de prisma antes de proceder con elproceso de diseo. Los textos sobre lamecnica de suelos incluyen procedimientospara determinar los efectos de cargas decimientos a una distancia especificada lejosdel punto de aplicacin.

2.6PROCEDIMIENTO DE DISEO

El diseo de la tubera corrugada depoliet

referencia a reas donde la

.6.1 DEFLEXIN

La deflexin es el cambio en eldimet

Carga de prisma

ileno en aplicaciones no presurizadasincluye el clculo de la deflexin, esfuerzo ytensin de flexin y pandeo. El criterio parala tubera, condiciones de instalacin y cargas

se requieren para este procedimiento. Un altogrado de conservadurismo es incorporado almtodo a travs de suposiciones tales comoel uso de la carga de prisma y la no-consideracin de la relajacin de esfuerzo.Tambin son utilizados factores de seguridadapropiados. El procedimiento empleaecuaciones idnticas o muy similares aaquellas utilizadas para otros tipos de tuberaflexible.Se haceinformacin requerida puede ser obtenida.

2

ro interior que resulta cuando seaplica una carga a una tubera flexible.Cuando las deflexiones son pequeas, comoocurre en la mayor parte de las instalacionesde tubera, la reduccin en el dimetro

27


28/73

vertical es aproximadamente el mismo queel aumento en el dimetro horizontal. En eldiseo de la tubera, es la dimensinvertical la que es de mayor preocupacin.La deflexin vertical es generalmentelimitada a 7.5% del dimetro interior de labase; el cual es el dimetro nominal menos

las tolerancias de fabricacin ydeformaciones circunferenciales inherentesal proceso de fabricacin. Este nivel dedeflexin es altamente conservador y aunas proporciona un factor de seguridad deaproximadamente 3 contra curvaturareversa. Este lmite es tambin usado en eldiseo de otra tubera termoplstica y hasido incorporado en varias especificacionesde productos.

La rigidez de la tubera (PS), cargasmuerta

cuacin 1-2

Y = K(DLWC +WL)

s (Wc) y cargas vivas WL) y lascondiciones de relleno (E) se precisan a finde predecir la deflexin. Utilice la ecuacinmodificada Iowa [Ecuaciones 1-2 o 1-2(a)]para calcular la deflexin.

E

0.061E

onde:

y = deflexin, pulgadas encamado,

DL = eflexin desplazado,

mWc = e prisma en la tubera,

, lb/pulgada linear de

= tabla s/ norma ASTM)D ra,

PS = la tubera, pii (Tabla

E = e reaccin de suelos, psi


Y = 1000K(DLWC +WL)

0.149PS+D

K = constante de

adimensionalfactor de dadimensional: 1.0 cuando se utilizala carga depris acarga dlb/pulgada linear de tubera(Ecuacin1-1)

WL = carga vivatubera

OD-(verO = dimetro exterior de la tube

pulgadasrigidez de2.5.1.1)mdulo d(Tabla 2.5.4.1.2)

O

y = deflexin, mm

e encamado,

DL = eflexin desplazado,

Wc =

N/mm linear de tubera

D m

E = e reaccin de suelos, kPa

.6.2 PANDEO

El potencial para pandeo de pared esdeterm

cuacin 1-3

resin Crtica de Pandeo

CR = 0.772

0.149PS+ 0.061EDonde:

K = constante dadimensionalfactor de dadimensional: 1.0 cuando se utilizala carga de prismacarga de prisma en la tubera, N/mmlinear de tubera (Ecuacin1-1a)

WL = carga viva,= OD-(valor normalizado s/ASTM)

O = dimetro exterior de la tubera, mPS = rigidez de la tubera, kPa (Tabla

2.5.1.1)mdulo d(Tabla 2.5.4.1.2)

2

inado por las condiciones deenterramiento (E) y la rigidez de la tubera(PS). La presin crtica de pandeo obtenidapor la Ecuacin 1-3 o 1-3(a) debe ser mayorque la presin actual obtenida por laEcuacin 1-4 o 1-4(a).

EPP [EPS]1/2

onde:

CR = presin crtica de pandeo, psis, psi

PS = bera, pii (Tabla

= e de Poisson,

SF =


SF [ 1-2]

DPE = mdulo de reaccin de suelo

(Tabla 2.5.4.1.2)

rigidez de la tu2.5.1.1)Coeficientadimensional, 0.4 para polietilenoFactor de seguridad, 2.0

O



29/73


30/73

Ecuacin 1-5(a)

E y yo SFB = 2Df

Dm2

, kPactor de forma, adimensional

8,500 kPa]

s

=

Donde:B = esfuerzo de flexinDf = fa

E = mdulo de elasticidad, 75y = deflexin, mm [Ecuacin 1-2 (a)Yo = distancia del centroide de la pared de

la tubera a la superficie m alejada de la tubera, mmel mayor de OD-Dm o Dm-ID

2 2D a, mm

bla 2.5.1.1)

Dm = etro de la tubera,

c = cia desde la superficie interiortro Tabla 2.5.1.1)

Tensi

Yo SF

O = dimetro exterior de la tuber(Ta

ID = dimetro interior de la tubera, mm(Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad 1.5media del dimmm

= ID + 2cdistanal eje neu

n de Flexin

Ecuacin 1-6

B = 2Df yDm2

Donde:

B = teB nsin de flexin, pulgadas/pulgadas

y = pulgadas (Ecuacin 1-2)de la

e

=

Df = factor de forma, adimensionaldeflexin,

Yo = distancia desde el centroidepared de la tubera a la superficims alejada de la tubera, pulgadasel mayor de OD Dm o Dm ID

2 2era,

ulgad (Tab 2.5. )

Dm = la tubera,

c = de la superficie interior alo, pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

SF

OD = dimetro exterior de la tubp as la 1.1

ID = dimetro interior de la tubera,pulgadas (Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad, 1.5media del dimetro depulgadas

= ID + 2cdistanciaeje neutr

O, en unidades mtricas

Ecuacin 1-6(a)

B = 2Df y YoDm2

Donde:

B =B tensin de flexin, mm/mmf = factor de forma, adimensional

(a)]de la

cie

=

Dy = deflexin, mm [Ecuacin 1-2Yo = distancia desde el centroide

pared de la tubera a la superfims alejada de la tubera, mmel mayor de OD Dm o Dm ID

2 2D mm

Dm = etro de la tubera,

c = cia de la superficie interior alo, mm (Tabla 2.5.1.1)

O = dimetro exterior de la tubera,(Tabla 2.5.1.1)

ID = dimetro interior de la tubera, mm(Tabla 2.5.1.1)

SF = factor de seguridad, 1.5media del dimmm

= ID + 2cdistaneje neutr

.7LIMITES MINIMOS Y MAXIMOS DE2PROFUNDIDAD

El procedimiento de diseo descrito enseccin previa puede ser moroso y puedepropo

APLICACIONES DE TRFICO

trficoargas AASHTO H-20) deben tener un

mnimo

larcionar un nivel innecesariamente

elevado de especificaciones para muchas delas instalaciones. La informacin en estaseccin est diseada para proporcionar deforma mucho ms rpida, respuestas a laspreguntas relativas a profundidades mscomunes Las dos preocupaciones tpicas sonprofundidad mnima en reas de trfico yprofundidades mximas de enterramiento.Ambas pueden considerarse situacionesgraves desde el punto de vista de la carga.

2.7.1 PROFUNDIDAD MINIMA EN

Las tuberas en reas de(c

de 1 (0.3m) de profundidad porencima de la corona de la tubera. En teora,



31/73

la tubera puede ser enterrada con unaprofundidad un poco menor, pero lasvariables de la aplicacin son tales que 1(0.3 m) es el lmite conservador.

La envoltura del relleno deberoporcionar un valor E mnimo de 1,000psi

(6900

a vecesr incluida como parte de la profundidad

mnima

no Clase IIICompactado a Densidad Proctor Estndarde 90%

nimas aqupresentadas han sido calculadas en base a un materialde relle

sideradan el procedimiento de diseo, lo que

resulta

ugada de Polietilenoad.-

Las cargas de carreteras tienen unefecto casi imperceptible en enterramientosprofundos. Los lmites mximos deprofundidad para tubera corrugada depolietileno se muestran en la Tabla 2.7.2.1para una variedad de condiciones de relleno.Esta Tabla fue desarrollada en base a laspropiedades de la Tabla 2.5.4.1.2

p

kPa). En la Tabla 2.7.1.1, estacondicin se representa por un materialClase III compactado a una densidadestndar Proctor de 90%, aunque otromaterial puede proporcionar una resistenciasimilar a niveles de compactacinlevemente menores. El material de rellenoestructural debe extenderse 6 (0.15 m) porencima de la corona de la tubera; elrestante 6 (0.15 m de) de profundidadbajo tierra debe ser el apropiado para lainstalacin. En el caso que lasedimentacin fuese un problema, podraser apropiado el extender el rellenoestructural. En el caso de pavimentacin,se puede utilizar material sub-base.

La capa de pavimento puedese

. En estas situaciones, el equipo dela carga de pavimentacin y la cantidad decubierta sobre la tubera deber serconsiderado a fin de determinar si la cargaresultante puede ser soportada por elsistema de la tubera/ relleno.

Sobre la base de Relle

y Carga AASHTO H-20.

Nota.- Las profundidades m

no estructural mnimo de 6 (0.15 m) porencima de la corona de la tubera con una capaadicional de suelos nativos compactados para unaprofundidad total, como se muestra. En instalacionesde trfico poco profundas, especialmente en lapresencia de pavimento, sera ms adecuado el uso deun material compactado de buena calidad, a fin deevitar la sedimentacin de la superficie.

2.7.2 PROFUNDIDAD MAXIMA

La carga de prisma fue cone

en lmites mximos de profundidadbastante conservadores.

Tabla 2.7.2.1: Requisito Mnimo de Profundidadbajo Tierra para Tubera Corr

de Alta Densid

Dimetro CubiertaInterior Mnima

Pulg. (mm) Pies (m)

ID H

4 (100) 1 (0.3)6 (150) 1 (0.3)

8 (200) 1 (0.3)

10 (250) 1 (0.3)

12 (300) 1 (0.3)

15 (375) 1 (0.3)

18 (450) 1 (0.3)

21 (525) 1 (0.3)

24 (600) 1 (0.3)

30 (750) 1 (0.3)

36 (900) 1 (0.3)

42 (1050) 1 (0.3)

48 (1200) 1 (0.3)

2.8SENSIBILIDAD DE LA INSTALACION

La instalacin correcta es de granimportancia para toda tubera flexible yrgida, y SADMX debern promover lacorrecta instalacin de sus productos yproporcionar informacin a fin de ayudar alIngeniero a asegurar que la tubera seainstalada correctamente. Mientras cada tipode tubera puede operar de manera algodiferente con el relleno, el soporteproporcionado por el relleno es crtico para la

operacin a largo plazo de todos losproductos. Simplificaciones importantes odesviaciones de los parmetros de diseomuy probablemente sern de cuidado.



32/73

Tab

Condicionla 2.7.1.1 :

es de relleno

.-

Condiciones del Relleno

E' 1000 psi E' 2000 psi(6,900 kPa) (13,800 kPa)Dimetro

InteriorPulg. (mm)

Clase III(SM) 90%Densidad

Proctor Estandard

Clase II(GW) 90%Densidad

Proctor Estandard

E' 3000 psi(20,700 kPa)

Clase I

4 (100) 28 (8.5) (20.1)66 118 (36.0)

6 (150) 26 (7.9) 60 (18.3) )108 (32.9

8 (200) 20 (6.1) 47 (14.3) 83 (25.3)

10 (250) 25 (7.6) 58 (17.7) )105 (32.0

12 (300) 29 (8.8) 68 (20.7) )116 (35.4

15 (375) 25 (7.6) 58 (17.7) )101 (30.8

18 (450) 29 (8.8) 69 (21.0) 120 (36.6)

21 (525) 24 (7.3) 56 (17.1) 97.8 (29.8)

24 (600) 29 (8.8) 67 (20.4) 116 (35.4)

30 (750) 28 (8.5) 65 (19.8) 116 (35.4)

36 (900) 25 (7.6) 59 (18.0) 108 (32.9)

42 (1050) 25 (7.6) 58 (17.7) 105 (32.0)

48 (1200) 28 (8.5) 65 (19.8) 120 (36.6)

ainmetubera de polietileno la tubera de mayorf ibilidad generalmente muestraevidencia de instalacin incorrecta casiin

situacin pueda ser corregida al momento.

Sin embargo, la tuberacorrectamente instalada tiende a ser ms

tolerante de las condiciones que la trgida, esto en parte, a las diferencias endiseo, pero tambin d la mque estas operan luego alatubera rgida tiende a rajarcondiciones que causaran undeflexin en la tubera flexible. lresquebrajamiento de una tubera reforzadade concreto puede ocasionar problemasinmediatos de durabilid que elambiente ataca el refuerzo de acero, y aunms problemas de resistencia a largo plazo,ya que el concreto empieza a separa lacero. La sobre-deflexin de la tuberacorrugada de polietileno, a no ser que seamuy severa, no afecta la capacidad hidrulicade la tubera. Los de d

nudonsiderada sensible a la instalacin. Sin

mbargo, una mirada ms atenta al

procedimiento de diseo y las variables deo revelan que es menos sensible a la

n que la tubera rgida, como ser lade concreto reforzado. Los siguientes

s discuten la manera en que lan de las consideraciones de diseo o

pu tar la operacin de lae p na vez instalada y dede co reforzado.

ACTO SEGURIDAD

a dife s importante entre ella tubera de polietileno y la deforzado es el uso de factores de

ores de seguridad sep onsiderar factores

desconocidos tales como condicionesinesperadas en el lugar y desviaciones en lain , de man que la operacin de la

ra no La magnitud del factor

La tubera de polietileno es consideradaltamente sensible a las simplificaciones en lastalacin. En realidad, toda tuberaostrar seales de error en la instalacin si

sta es instalada en forma incorrecta. La

lex

mediatamente, lo que permite que la

flexible instalaciin

ubera prrafo

ebido a anera enst

resquebde la in cin. La

se bajoa sobre-

E

ad ya medio

rse de

niveles eflexin

mayores a 20% para muchos productosflexibles pueden ocasionar una curvaturareversa, aunque dicha situacin se presentageneralmente inmediatamente luego de lainstalacin.

La tubera de polietileno es a mecoe

camp

desviaciinstalacin eden afectubera d olietileno ula tubera ncreto2.8.1 F RES DE

L rencia mdiseo deconcreto reseguridad. Los factutilizan ara c

stalacin eraestructu peligra.



33/73

de seguridad depende de la estructura y dellcance y consecuencias de los factoresesconocidos. Una seguridad de 1.0

signif

toforzado cuando la resistencia a

resqu

seguridad, dependiendo deliterio bajo evaluacin. El menor de estos

es 1

riacin porarte del contratista, sin que esto signifique

ncia entre una exitosa o no exitosainstalacin.

ncho de la zanja podra resultaren cargas inesperadamente elevadas. Porejempl

.8.3 INTEGRIDAD DEL RELLENO

ad

ica que la estructura no es capaz desoportar el esfuerzo. Factores de seguridadms elevados indican una mayor proyeccinen el diseo, y permite una mayor diferencia

sin un impacto sobre la operacin de laestructura.

Las publicaciones de la industria de latubera de concreto recomiendan un factor deseguridad de 1.0 para tubera de concrere

ebrajamiento del material es utilizada.3La resistencia a resquebrajamiento es lafuerza necesaria para ocasionar unresquebrajamiento de 0.01 (0.25 mm) deancho y de al menos 1 (0.3 m) de largo. Unresquebrajamiento causa que algo delesfuerzo en la pared de la tubera vaya haciael refuerzo de acero, entoncesresquebrajamientos estructurales de estamagnitud no son una preocupacininherente. Sin embargo, elresquebrajamiento puede indicar el comienzode problemas de corrosin en el refuerzo deacero, reduciendo eventualmente laintegridad estructural de la pared. Mayoresfactores de seguridad deben tomarse enconsideracin para asegurar que lasresquebrajaduras se mantengan a un mnimo

y que no se permitan como parte del diseonormal del producto.

El mtodo de diseo de la tubera depolietileno de la CPPA utiliza diferentesfactores decr

.5, utilizado en las ecuaciones deesfuerzo de flexin y esfuerzo de tensin.Este factor de seguridad es consistente conotros tipos de tubera flexible, incluyendoalgunos que son extremadamente sensibles ala tensin. Utilizado en combinacin con

otras consideraciones de diseo altamenteconservadoras antes mencionadas utilizarcarga de prisma e ignorar la relajacin deesfuerzo), el factor de seguridad actual esprobablemente mucho mayor. Este margende seguridad permite algo de vap

la difere

2.8.2 ANCHO DE LA ZANJA

Los anchos de las zanjas songeneralmente modificadas por necesidad o

accidente en el campo. Es probable que elcontratista tenga la necesidad de sobre-excavar a fin de retirar un rea inesperadade suelos blandos o depsitos de rocas. Esprobable que el cubo de la retroexcavadoradel contratista sea de mayor ancho que laindicada en los planos. Estas variaciones noson inusuales, pero pueden representardiferencias significativas en la carga esperadadurante el diseo.

La carga de suelos Marston esutilizada en el diseo de tuberas de concretoreforzado y es una funcin del ancho de lazanja. Lo que parece un ajuste menor decampo, el a

o, asumamos que una tubera deconcreto de 18 (450 mm) ser enterrada a10 (3 m) de profundidad bajo una mezcla dearena/grava. El ancho de la zanja que semuestra en los planos es de 3 (1 m), pero elcontratista utiliza un cubo de 4 (1.3 m). Lacarga aumenta casi50% como resultado deeste cambio menor. Si el proyecto fue

diseado utilizando un factor de seguridad de1.0, esta aplicacin tiene un riesgosignificativo de experimentar algn tipo deproblema estructural.

La carga de prisma, como es utilizadaen el mtodo de diseo CPPA, es una funcindel dimetro de la tubera. La carga deprisma es un estimado muy conservador dela carga de suelos para tubera flexible y esindependiente del ancho de la zanja(refirase a la Figura 6). El contratista puedeefectuar cambios del ancho de la zanja y la

carga todava no excedera la carga deprisma utilizada en el diseo.

2

La adecuada instalacin proporcionaintegridad estructural a sistemas de tuberaas como ayuda a mantener la lnea y grado.



34/73

Los requisitos de relleno para la tuberaflexible son generalmente aquellos para unatubera rgida bajo condiciones similares,aunque la variacin del diseo durante lainstalacin puede impactar a la tubera rgiday flexible de manera muy diferente.

Las recomendaciones de la industriade la tubera de concreto sobre material derelleno y compactacin puede interpretarsede manera diferente por los que especificanporque estos son algo imprecisos. Enconsecuencia, no es inusual para la tubera elser instalada con material de zanja excavadoque puede ser muy diferente de aquel

nsiderado durante el diseo. El uso dede niveles

enores de compactacin que los asumidosdurant

o de estos productos. Eltodo Estandard Installation Direct Design

(SIDD)

bera de polietileno sonles que el resultado de un error del

contrat

en lo que se

refiere a tubera flexible. En realidad, lasas conesgo de terremotos, donde es de suma

import

a tuberae polietileno a cualquier combinacin de

carga

imetros de

corelleno de menor calidad om

e el diseo puede ocasionar una mayorprobabilidad de problema estructurales entuberas de concreto reforzado. Lasresquebrajaduras pueden dejar el refuerzo deacero vulnerable a problemas de corrosin.Materiales de relleno de menor calidadpueden a menudo ocasionar una malaalineacin de la tubera y juntas.

La industria de la tubera de concretoest actualmente proponiendo un mtodoalternativo de disem

o Diseo Directo Instalacin

Estndar, da aun mayor importancia a lacorrecta instalacin. Los materiales derelleno y niveles de compactacinrecomendados estn definidos en forma msprecisa y sern aun ms necesarios para unsistema de drenaje de funcionamientoadecuado. Para diseos de tuberasdesarrollados utilizando SIDD, el uso dematerial no aprobado de menor calidad o unacompactacin insuficiente en el campo puederpidamente reducir el factor de seguridad amucho menos de 1.0, ocasionandodirectamente problemas estructurales.

Los factores de seguridadrecomendados por la CPPA y las suposicionesconservadoras para tuta

ista, a no ser que sea severo, nosignificar la diferencia entre una instalacinexitosa o no-exitosa. La tubera flexible

experimenta una deflexin y esfuerzo deflexin adicionales cuando se compromete laintegridad del relleno, pero generalmente noalcanzan niveles que induciran a problemasestructurales. La mala alineacin de lasjuntas resultante de relleno no apropiado noes generalmente un problema

tuberas flexibles se prefieren en reri

ancia que la tubera permanezca enfuncionamiento aun bajo situaciones derelleno radicalmente confusas.

2.8.4 LIMITACIONES MXIMAS YMNIMAS DE PROFUNDIDAD

El mtodo de diseo de la CPPApermite determinar la respuesta de ld

viva o muerta y a condiciones derelleno. Los que especifican estngeneralmente preocupados con las doscondiciones extremas de carga: profundidadmnima bajo reas de trafico y profundidadmxima.

La profundidad mnima para tuberade polietileno instalada en relleno de mnimacalidad se muestra en la Tabla 2.8.4.1. Unaenvoltura de relleno de mejor calidad,obtenida mediante el uso de un material

mejorado o de mayor compactacin, nopermite una reduccin teortica en estaprofundidad, pero en realidad la profundidadmnima para instalaciones terminadas nodebe ser menor a 1 (0.3 m).

Tabla 2.8.4.1Profundidad Mnima de relleno s/ d

tuberas

DimetroInterior

Pulg. (mm)

RellenoMnimo Altura

pie (m)

4 (100) 1 (0.3)6 (150) 1 (0.3)8 (200) 1 (0.3)10 (250) 1 (0.3)12 (300) 1 (0.3)15 (375) 1 (0.3)18 (450) 1 (0.3)21 (525) 1 (0.3)24 (600) 1 (0.3)30 (750) 1 (0.3)36 (900) 1 (0.3)42 (1050) 1 (0.3)48 (1200) 1 (0.3)



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Carga en base a Relleno Clase III Compactado 90%Densidad Estndar Proctor Norma ASHTO H-20.

Nota.- Los materiales Clase III son mezcla de grava,arena, sedimentos y arcilla con limitada cantidad definos (refirase tambin al folleto tcnico Mtodo de

iseo Estructural para Tubera Corrugada deetilen

DPoli o). Las profundidades mnimas aqupresentadas fueron calculadas en base a por lo menos 6

(0.15 m) de material de relleno estructural sobre lacorona de la tubera con una capa adicional de suelos dellugar compactados para una profundidad total. Eninstalaciones poco profundas de trfico, especialmenteen lo que se refiere a pavimento, sera mejor utilizar unmaterial compactado de buena calidad a fin de evitar elasentamiento de la superficie.

Las cargas durante la construccinson a veces de mucho mayor o menor pesoque la carga del diseo. La profundidadsobre la tubera podra necesitar seraumentada a fin de permitir equipo de mayorpeso. Puede a menudo ser reducida durantela pavimentacin si las cargas de equipo sonrelativamente livianas y bien distribuidas.

Tabla 2.8.4.2 Profundidades Permisibles paraMateriales Comunes de Relleno

Condicin del Relleno

DimetroInterior

IDPulg.(mm)

E' 1000 psi(6,900 kPa)

Relleno ClaseIII

90% DensidadEstndarProctor

E' 2000 psi(13,800 kPa)Relleno Clase

II90% Densidad

EstndarProctor

E' 3000 psi(20,700

kPa)RellenoClase I

4 (100) 26 (7.9) 66 (20.1) 118 (36.0)

6 (150) 28 (8.5) 60 (18.3) 108 (32.9)8 (200) 26 (7.9) 47 (14.3) 83 (25.3)10 (250) 20 (6.1) 58 (17.7) 105 (32.0)12 (300) 25 (7.6) 68 (20.7) 116 (35.4)15 (375) 29 (8.8) 58 (17.7) 101 (30.8)18 (450) 25 (7.6) 69 (21.0) 120 (36.6)21 (525) 29 (8.8) 56 (17.7) 97.8 (29.8)24 (600) 24 (7.3) 67 (20.4) 116 (35.4)30 (750) 28 (8.5) 65 (19.8) 116 (35.4)36 (900) 25 (7.6) 59 (18.0) 108 (32.9)42 (1050) 25 (7.6) 58 (17.7) 105 (32.0)48 (1200) 28 (8.5) 65 (19.8) 120 (36.6)

Nota.- Ejemplos de materiales Clase I incluyen piedramachacada, grava o materiales similares. MaterialesClase II incluyen alguna arena gruesa con o sin finos.Materiales Clase III incluyen mezcla degrava/arena/sedimentos con una cantidad mnima definos.

La profundidad mximarimeramente una funcin de

bajo tierra esla calidad del

elleno. Estruc leno de mayorcamaterial de mayor y ms angular o

or nive yores compactacin,umentan nd rra mximae la tub todo de diseo de laPPA prop la manera de calcular larofundida ma pa eno especfico;a Tabla 2 mu profundidadesermisible un r de materiales

munes de relleno y niveles dempactac

pr turas de rel

lidad, obtenidas ya sea mediante el uso de tamao

p les ma dea la profu idad bajo tied era. El mC orcionap d mxi ra rellL 2.8.4. estrap s para ango

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pleto;

L

ad.La teorabas l.

eja por completo de lado la visco-elsticidad, y no considera en forma total losbeneficios estructurale aterial de

y n daltamente conservadora.

a sec se c a princd os . De nc o

se ha descubierto sobre el poliet ain in de la tuber a elp iento no ha si aliz ar esta base de informacin. Unestudio crtico de la logSeccin 18 est comenzando, lo cualr en cedim s e

El mtodo de la CPPA es comevala las causas probables de fallas en latubera y toma en consideracin lanaturaleza visco-elstica del material.Existen otros mtodos de diseo en uso paratubera corrugada de polietileno. Estosmtodos a menudo no aciertan a predecir lamanera en que la tubera funcionar debido aque no toman en consideracin elcomportamiento visco-elstico, o debido aque no se efecta un anlisis profundo de latubera.

a Asociacin Americana de CarreterasEstatales y Funcionarios de Transporte(ASHTO), en la Seccin 18 del Manual deDiseo d

manual de pad de drenaje

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