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2.- Consideraciones del material - THYSSEN Plastic Solutions

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Indice<br />

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<br />

<br />

1.- Introducción.<br />

<strong>2.</strong>- <strong>Consideraciones</strong> <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />

<strong>2.</strong>1 Ventajas.<br />

<strong>2.</strong>2 Propiedades físicas <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />

<strong>2.</strong>3 Propiedades químicas <strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />

3.- Cálculo Hidráulico.<br />

3.1 Para tuberías HDPE trabajando en presión.<br />

3.2 Tuberías HDPE trabajando como acueducto.<br />

3.3 Verificación <strong>del</strong> desgaste por abrasión.<br />

3.4 Cálculo para prevenir deformaciones en tuberías enterradas<br />

4.- Dimensiones de las tuberías.<br />

5.- Sistemas de unión.<br />

5.1 Unión por termofusión.<br />

5.2 Unión por electrofusión.<br />

5.3 unión por compresión.<br />

6.- Piezas especiales<br />

6.1 Fitting HDPE<br />

6.2 Accesorios para unión por compresión<br />

6.3 Presentación y forma de entrega.<br />

7.- Normas y consideraciones para diseño con tuberías HDPE<br />

7.1 Normas y control de calidad<br />

7.2 Comportamiento en función <strong>del</strong> tiempo y temeratura<br />

7.3 Comport. en función de tiempo, temperatura y tensiones.<br />

8.- Técnicas de Instalación<br />

8.1 Suministro de las tuberías.<br />

8.2 transporte interno y acopio.<br />

8.3 Instalación en zanjas.<br />

8.4 Instalaciones aéreas o superficiales<br />

9.- Principales aplicaciones en tuberías HDPE<br />

Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong><br />

Ruta Nac. Nº 148 - Km. 716<br />

Villa Mercedes (S. Luis) Argentina<br />

Tel: (54) 02657 445700 (Rot.) / Fax: 445705<br />

e-mail: comercial@thyssenplastic.com<br />

1


1.- Introducción<br />

2<br />

.<br />

<strong>THYSSEN</strong> PLASTIC SOLUTIONS opera bajo la directa conducción <strong>del</strong> Conde Claudio Gabriel Ladislao Zichy<br />

Thyssen, perteneciente a una familia de amplia tradición industrial, con inversiones en diversas partes <strong>del</strong> mundo.<br />

<strong>THYSSEN</strong> PLASTIC SOLUTIONS produce tubos por extrusión de resina de polietileno, bajo la misma filosofía de<br />

Calidad y Satisfacción al cliente que identifica a todas las empresas <strong>del</strong> grupo.<br />

La industria petroquímica ha desarrollado desde 1933 los métodos de obtención de ésta resina termoplástica a partir de la<br />

polimerización <strong>del</strong> etileno. Esta evolución ha sido contínua, sin embargo, ciertos desarrollos produjeron fuertes impactos en<br />

el mercado, como el PE63 a mediados de los 70, el PE80 en la década <strong>del</strong> 80 y finalmente, la tercera generación denominada<br />

PE100.<br />

Estas familias definen estrictas características técnicas para el <strong>material</strong> independientemente de la marca comercial<br />

<strong>del</strong> polietileno. Una de las principales fortalezas de la empresa es su compromiso por utilizar siempre materias primas de<br />

la más alta calidad disponible en el mercado mundial. Los tubos TPS son fabricados en polietileno PE80 y PE100, con tecnología<br />

única en sudamérica y materias primas provistas por empresas líderes.<br />

Esta combinación garantiza máxima elasticidad y flexibilidad, junto con una excepcional resistencia mecánica, química y térmica<br />

a sus productos.<br />

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<br />

Este catálogo presenta las informaciones básicas para el proyecto, uso e instalación de las<br />

tuberías y fittings HDPE


<strong>2.</strong>- <strong>Consideraciones</strong> <strong>del</strong> <strong>material</strong><br />

<strong>2.</strong>1 VENTAJAS<br />

Las tuberías y fittings HDPE superan largamente en muchas<br />

condiciones de uso a las tuberías de acero, hierro fundido,<br />

asbesto-cemento, fibra-vidrio, etc. debido a:<br />

• Gran resistencia a los agentes corrosivos.<br />

• Gran resistencia a los fluídos químicos.<br />

• Insensibilidad a la congelación.<br />

• Escasa pérdida de carga por roce.<br />

• Atoxicidad.<br />

• Bajo efecto de incrustación.<br />

• Alta resistencia a la abrasión.<br />

• Fácil de transporte por su bajo peso.<br />

• Flexibilidad.<br />

• Gran resistencia y estabilidad frente a la radiación<br />

ultravioleta.<br />

<strong>2.</strong><strong>2.</strong>- PROPIEDADES FÍSICAS DEL MATERIAL<br />

3


<strong>2.</strong>3.- PROPIEDADES QUIMICAS<br />

Las tuberías HDPE poseen excelentes propiedades químicas;<br />

el <strong>material</strong> es insoluble en todos los solventes orgánicos<br />

e inorgánicos; sólo es atacado a temperatura ambiente<br />

y en el transcurso <strong>del</strong> tiempo por oxidantes muy fuertes<br />

(H 2 SO 4 conc, HNO 3 conc., agua regia).<br />

Los halógenos en estado libre (cloro, bromo, etc), a temperatura<br />

ambiente forman polietileno halogenado con desprendimiento<br />

de haluro de hidrógeno. La estructura <strong>del</strong> <strong>material</strong><br />

no queda destruída pero cambian las propiedades físicas y<br />

químicas.<br />

Otros elementos que no deben ser transportados en tuberías<br />

HDPE son: Tetracloruro de Carbono, Flúor, Ozono,<br />

Trióxido Sulfuro, Cloruro de Thyonil, Tuoleno, Xileno,<br />

Tricloroetileno).<br />

TABLA DE RESISTENCIA A LOS AGENTES QUÍMICOS<br />

Los resultados que facilitamos a continuación se obtuvieron después de 55 días, en probetas de 50 x 25 x 1 mm.<br />

Signos:<br />

X : Resistente Hinchamiento 50%<br />

D : Dcoloración<br />

La tabla indica todas las medidas y presiones para tubos de polietileno en PE 100 y PE 80, un factor de seguridad 1 : 254<br />

MEDIO 20ºC 60ºC<br />

Aceite de coco X /<br />

Aceite de linaza X X<br />

Aceite de parafina X X<br />

Aceite de sem. Maiz X /<br />

Aceite de silicona X X<br />

Aceite Diesel X /<br />

Aceite para husos X /<br />

Aceite p/transform. X /<br />

Aceite etéreo / /<br />

Aceites minerales X X<br />

Aceites vegetales X X<br />

Aceites animales X X<br />

Acetaldehido, gas X /<br />

Acetato de amilo X X<br />

Acetato de butilo X /<br />

Acetato de etilo / -<br />

Acetato de plomo X X<br />

Acetona X X<br />

Acido acético 10% X X<br />

Acido acético glacial X / D<br />

Acido adipínico X X<br />

Acido benzoico X X<br />

Acido benzosulfónico X X<br />

Acido Bórico X X<br />

Acido bromhídrico 50% X X<br />

Acido butírico X /<br />

Acido carbónico X X<br />

Acido cianhídrico X X<br />

Acido cítrico X X<br />

Acido clorhídrico X X<br />

Acido clorhídrico gas X X<br />

Acido cloroacético (mono) X X<br />

Acido clorosulfonico - -<br />

Acido crómico 80% X - D<br />

4<br />

MEDIO 20ºC 60ºC<br />

Acido dicloroacético 50% X X<br />

Acido dicloroacético 100% X / D<br />

Acido esteárico X /<br />

Acido fluorhídrico 40% X /<br />

Acido fluorhídrico 70% X /<br />

Acido fluosilísico C 6 X /<br />

Acrilonitrilo X X<br />

Agua de cloro (desinfecc) X<br />

Agua de mar X X<br />

Agua oxigenada 30% X X<br />

Agua oxigenada 100% X X<br />

Agua regia - -<br />

Alcanfor X /<br />

Alcohol alílico X X<br />

Alcohol bencílico X X<br />

Alcohol etílico X X<br />

Alcohol furfurílico X X<br />

Almidón X X<br />

Alumbre X X<br />

Amoníaco gaseoso 100% X X<br />

Amoníaco líquido 100% X X<br />

Anhidrido acético X / D<br />

Anhídrido sulfúrico - -<br />

Anhídrido sulfuroso húmedo X X<br />

Anhídrido sulfuroso seco X X<br />

Anilina pura X X<br />

Anisol / -<br />

Azufre X X<br />

Benceno / /<br />

Benzoato sódico X X<br />

Bicromato potásico 40% X X


MEDIO 20ºC 60ºC<br />

Borato potásico acuoso 1% X X<br />

Bórax (cualquier conc.) X X<br />

Bromato potásico 10% X X<br />

Bromo - -<br />

Bromuro potásico X X<br />

Butanol X X<br />

Butanotriol X X<br />

Butilglicol X X<br />

Butoxilo X /<br />

Carbonato sódico X X<br />

Cera de Abejas X /<br />

Cerveza X X<br />

Cetonas X X<br />

Cianuro potásico X X<br />

Ciclohexano X X<br />

Ciclohexanol X X<br />

Ciclohexanona X /<br />

Clorhidrina de glicerina X X<br />

Clorito sódico 50% X /<br />

Clorobenceno / -<br />

Cloroetanol X X D<br />

Cloroformo / -<br />

Cloro gaseoso húmedo / -<br />

Cloro gaseoso seco / -<br />

Cloro líquido - -<br />

Cloruro amónico X X<br />

Cloruro de aluminio anh. X X<br />

Cloruro de bario X X<br />

Cloruro de calcio X X<br />

Cloruro de cinc X X<br />

Cloruro de etileno X X<br />

Cloruro de Hg (sublim) X X<br />

Cloruro de metileno / /<br />

Cloruro de sulfurilo -<br />

Cloruro tionilo - -<br />

Cloruro férrico X X<br />

Cloruro magnésico X X<br />

Cloruro potásico X X<br />

Cloruro sódico X X<br />

Creosota X X D<br />

Cresol X X D<br />

Cromato potásico 40% X<br />

Decahidronaftalina X /<br />

Detergente Sintético X X<br />

Dextrina acuosa 18% X X<br />

Dibutileter X -<br />

Diclorobenceno / -<br />

Dicloroetano / /<br />

Dicloroetileno / /<br />

Dietileter X /<br />

Disobutilcetona X /<br />

Dimetilformamida X X<br />

Dioxano X X<br />

Emulsionantes X X<br />

Esencia de trementina X /<br />

Espermaceti X /<br />

Esteres alifáticos X X<br />

Ester etílico monocloroac. X X<br />

MEDIO 20ºC 60ºC<br />

Ester metílico dicloroacet. X X<br />

Ester metílico monocloroac. X X<br />

Eter X /<br />

Eter ede petróleo X /<br />

Eter isopropílico X -<br />

Etilendiamina X X<br />

Etilglicol X X<br />

Etilhexanol X X<br />

Fenol X X D<br />

Flúor - -<br />

Fluorúro amónico


3.- CÁLCULO HIDRÁULICO<br />

Las características de la superficie de las tuberías HDPE y<br />

su resistencia a la corrosión, incrustaciones y sedimentación,<br />

significa que estas tuberías tienen mucho menos pérdida<br />

de carga que las tuberías tradicionales.<br />

La capacidad de desagüe y velocidad de flujo de las tuberías<br />

HDPE, se pueden calcular usando las fórmulas de<br />

Prahdtl - Colebrook, Hazen - Williams o Manning.<br />

Las tuberías HDPE poseen un factor de rugosidad de Darcy<br />

igual a 0,007 mm. El coeficiente de Manning “n” es de 0,009<br />

para agua limpia a temperatura ambiente el alcantarillado.<br />

En tuberías tradicionales se hacen correcciones al valor de<br />

n debido a sedimentaciones y embanques; la naturaleza<br />

antiabrasiva y no polar <strong>del</strong> polietileno minimiza este efecto.<br />

3.1 PARA TUBERÍAS HDPE TRABAJANDO EN PRESIÓN<br />

Para el cálculo <strong>del</strong> caudal en una tubería a sección llena, se<br />

utiliza la fórmula de Hazen - Williams, que tiene la siguiente<br />

expresión:<br />

Donde:<br />

6<br />

Q = 0,2785 C • D 2,63 • J 0,54<br />

Q = Caudal (m3/s)<br />

D = Diámetro interior tubería (m)<br />

J = Pérdida de carga unitaria (m/m)<br />

C = 150<br />

Si se desea obtener la pérdida de carga, ésta se deduce de<br />

la fórmula anterior:<br />

Ejemplo:<br />

J = 10,668 · C -1,85 · Q 1,85 ·D -4,87<br />

Q = 80 l/s = 0.080 m 3 /s<br />

D = 500 mm en clase 6 ==> D interior = 0,4434m<br />

C = 150<br />

J = 10,668 · 150 -1,85 · 0,080 1,85 · 0,4434 -4,87<br />

J = 0,0004955 m/m = 0,496 m/km<br />

V = Q<br />

A =<br />

0.080<br />

! • 0.4434 2 / 4<br />

Los valores obtenidos mediante la fórmula de Hazen-<br />

Williams; también pueden ser determinados al aplicar directamente<br />

el diagrama de la página siguiente.<br />

Cuba termostatizada para ensayos de resistencia de las tuberías sometidas a presión y temperatura


EJEMPLO: Tubería 90 mm DI 79.8 mm, se quiere transportar agua, con un caudal = 3 l/seg. ¿Cuál es la pérdida de<br />

carga?: observando la recta trazada en el nomograma se concluye que es 0.5 m cada 100 m, a una velocidad de 0.6<br />

m/seg.<br />

Una tubería de acero de similar diámetro interior, conduciría el mismo caudal a una velocidad de 0.63 m/seg, con una pérdida<br />

de carga de 1.5 m cada 100 m, es decir 3 veces la pérdida <strong>del</strong> HDPE<br />

8


Las pérdidas de cargo, que se producen por el escurrimiento<br />

a través de singularidades, se pueden convertir en una<br />

longitud equivalente de tubería. Sumándose al largo real de<br />

la tubería con objeto de efectuar un cálculo simplificado de<br />

las pérdidas totales de energía.<br />

En la tabla siguiente se entregan los valores de longitud<br />

equivalentes en función <strong>del</strong> diámetro interior de la pieza<br />

especial.<br />

LONG.<br />

FITTING ESQUEMA EQUIV.<br />

Tee<br />

Codo segmentado 90º<br />

Codo segmentado 60º<br />

Codo segmentado 45º<br />

Y 45º<br />

Válvula Globo<br />

(completamente abierta)<br />

Válvula de ángulo convencional<br />

(completamente abierta)<br />

Válvula de compuerta convencional<br />

(completamente abierta)<br />

Válvula mariposa (completamente abierta)<br />

Válvula Check (completamente abierta)<br />

LL = Boca Llena<br />

P = Flujo Sección parcial<br />

Q P<br />

f Q =<br />

Q LL<br />

f V =<br />

V P<br />

V LL<br />

20 D<br />

50 D<br />

30 D<br />

25 D<br />

18 D<br />

60 D<br />

350 D<br />

180 D<br />

15 D<br />

40 D<br />

100 D<br />

3.2 TUBERÍA HDPE TRABAJANDO COMO ACUEDUCTO<br />

Para el cálculo <strong>del</strong> escurrimiento gravitacional, se utiliza la<br />

fórmula de Manning:<br />

Q = A • R 2/3<br />

n<br />

i<br />

Donde:<br />

Q = Caudal (m3/s)<br />

A = Superficie escurrimiento (m2)<br />

R = Radio hidráulico (R = A/P)<br />

P = Perímetro mojado<br />

i = Pendiente <strong>del</strong> terreno (m/n)<br />

n = Coeficiente de rugosidad de Manning (n = 0,009)<br />

Para el caso de escurrimiento a Boca Llena, R = D/4<br />

(D = Diámetro interior), el ábaco de la página siguiente ilustra<br />

el cálculo hidráulico en esta situación.<br />

Si el escurrimiento es a sección parcial; situación que<br />

generalmente se presenta en el escurrimiento normal:<br />

Para evitar el uso de tales fórmulas, se puede recurrir a la<br />

figura siguiente y el ábaco <strong>del</strong> escurrimiento a Boca Llena.<br />

9


Metodología - Ejemplo<br />

Se desea encontrar la tubería capaz de transportar un caudal<br />

de 70 l/s para una pendiente <strong>del</strong> 5 0/ 00.<br />

Entrando el ábaco de escurrimiento a Boca Llena, con un<br />

diámetro tentativo de 315 mm PN4; se obtiene:<br />

Q LL = 83 l/s, V LL = 1,2 m/s.<br />

Entrando a la figura 6 con f Q =70 / 83 = 0.84, se obtiene<br />

que:<br />

h/D = 0.69 , y f V = 1.12; de acuerdo a lo cual:<br />

Golpe de ariete<br />

V P = 1.34 m/s<br />

Por golpe de ariete, se denomina a la situación de impermanencia<br />

en el tiempo, a que se ve sometida una tubería a sección<br />

llena, al producirse un cambio en las condiciones <strong>del</strong><br />

escurrimiento; lo cual genera como consecuencia más<br />

importante una variación en la Presión <strong>del</strong> Flujo.<br />

Entre las causas más comunes, se pueden señalar a:<br />

-Abertura o cierre (parcial o total) de válvulas.<br />

-Partida o detención <strong>del</strong> funcionamiento de bombas.<br />

-Partida o detención <strong>del</strong> funcionamiento de turbinas.<br />

La variación de presión máxima que se produce, se puede<br />

calcular mediante la teoría de la onda elástica de Joukovsky:<br />

h =<br />

- a • v<br />

Donde:<br />

h = Variación de presión en m.c.a.<br />

a = Velocidad de la onda (m/s)<br />

V = V final - V inicial (m/s)<br />

g = aceleración de gravedad = 9,8 (m/s2)<br />

g<br />

Para calcular la velocidad de la onda “a”, se utiliza la<br />

siguiente expresión: ( en m/s)<br />

a = p<br />

g<br />

(<br />

1<br />

k<br />

1<br />

+<br />

d<br />

eE<br />

)<br />

=<br />

1 +<br />

1421<br />

k d<br />

e • E<br />

En que:<br />

p = Peso específico <strong>del</strong> agua = 1.000 Kg/m<br />

d = Diámetro interior (cm)<br />

e = Espesor mínimo de pared (cm)<br />

k = Módulo de compresión <strong>del</strong> agua = 2,06 · 104 kg/cm 2<br />

E = Módulo de elasticidad <strong>del</strong> HDPE = 8000 kg/cm 2<br />

(Tubería nueva, T = 20ºC)<br />

Las mayores sobrepresiones, o subpresiones; se obtienen<br />

cuando el tiempo de la maniobra t, es inferior o igual al<br />

tiempo crítico T c :<br />

T c = (2 • L)/ a<br />

donde L = Longitud de la tubería (m)<br />

Ejemplo:<br />

Para una tubería 280 mm, PN 10 y 1.000 m de largo, por la<br />

cual escurre un caudal de 100 l/s, y que se encuentra<br />

sometida a una presión de 15 m.c.a. en su punto más bajo;<br />

se detiene el flujo en un lapso de tiempo inferior al tiempo<br />

crítico:<br />

D = 28 - 2,55 · 2 = 22,9 cm<br />

e = 2,55 cm<br />

a =<br />

Tc =<br />

Vo =<br />

h =<br />

1 +<br />

1421<br />

<strong>2.</strong>06 • 10 4 2<strong>2.</strong>9<br />

•<br />

8000 <strong>2.</strong>55<br />

2 • 1000<br />

289.3<br />

0.10 m 3 /s<br />

(! • 0.229 2 )/ 4 m 2<br />

= 6.91 m/s<br />

- 289.3 • (0 - <strong>2.</strong>43)<br />

9.8<br />

= <strong>2.</strong>43 m/s<br />

= 289.3 Km/h<br />

= 71.7 m.c.a.<br />

Por lo tanto la tubería debe estar diseñada para soportar una<br />

presión máxima de:<br />

7,17 + 15,0 = 86,7 m.c.a.<br />

que equivale a 8,7 kg/cm<strong>2.</strong><br />

Lo cual es efectivo, ya que la presión nominal de diseño de<br />

esta tubería clase 10, es igual a 10 kg/cm2<br />

3.3 VERIFICACIÓN DEL DESGASTE POR ABRASIÓN<br />

El desgaste de estas tuberías depende de la velocidad, el<br />

tiempo de sólidos y el porcentaje en peso de los sólidos en<br />

la pulpa. Para velocidades bajo 2 m/seg prácticamente no es<br />

posible detectar la erosión en las tuberías cualquiera sea el<br />

tipo de sólido. Para velocidades mayores (sobre 5m/seg) las<br />

tuberías se desgastan. A mayor diámetro de la tubería se<br />

permite mayor velocidad.<br />

La experiencia ha demostrado que el desgaste de las tuberías<br />

HDPE es mucho menor que el de las de acero.<br />

En caso de hacer instalaciones a velocidades altas conviene<br />

realizar pruebas con la pulpa, para determinar posibles<br />

desgastes a velocidades de depositación.<br />

11


3.4 CÁLCULO PARA PREVENIR DEFORMACIONES<br />

EN TUBERÍA ENTERRADA<br />

En el ensayo de aplastamiento, los tubos no se rompen sino<br />

que van deformándose a medida que aumenta la presión,<br />

hasta el extremo que la parte superior de los mismos llega a<br />

tocar, sin agrietarse, el fondo abombado hacia arriba. Por<br />

ello, en las consideraciones que se hagan respecto a la<br />

resistencia, debe tenerse en cuenta este comportamiento.<br />

Una parte de la deformación que se produce bajo los efectos<br />

de una carga es elástica (reversible), en tanto que la otra<br />

es plástica (irreversible). De todos modos el ensayo de<br />

aplastamiento sólo permite apreciar hasta que punto se<br />

deforma el <strong>material</strong>, sin corresponder a las cargas a que<br />

está sometido el tubo en la zanja colmada. En la práctica, la<br />

deformación es mucho menor que la producida en el ensayo<br />

de aplastamiento bajo carga toda vez que las paredes de<br />

la excavación sostienen el tubo.<br />

En principio hay que señalar que incluso cuando se trata de<br />

canalizaciones fabricadas con <strong>material</strong>es convencionales,<br />

hay que apisonar el terreno circundante según DIN 4033,<br />

apartado 8<strong>2.</strong> Si la naturaleza de éste no lo admitiese deberá<br />

traerse de otro sitio <strong>material</strong> apisonable (DIN 4033, apartado<br />

8.1).<br />

Para determinar la capacidad de carga de una tubería flexible<br />

desde hace ocho años vienen midiéndose la presión<br />

ejercida por la tierra y la deformación experimentada, observándose<br />

que con el tiempo deja de producirse la disminución<br />

<strong>del</strong> peso de la tierra debida a esfuerzos de fricción en las<br />

paredes de la zanja.<br />

En el cálculo <strong>del</strong> peso muerto de la tierra se toma como base<br />

el valor máximo posible g H. Las cargas originadas por las<br />

ruedas de los vehículos pueden convertirse por los métodos<br />

usuales (p. ej. el Boussinesq) en una carga superficial por<br />

circulación o peso vivo Pv<br />

12<br />

HDPE<br />

Para el factor de impacto se recomiendan los siguientes<br />

valores:<br />

Camiones de gran tonelaje 60: 1,2 camiones de gran tonelaje<br />

30: 1,4 camiones normales 12: 1,5.<br />

Con ello la carga total sobre la tubería alcanza:<br />

q v = H + p v<br />

significando<br />

= Peso específico <strong>del</strong> <strong>material</strong> de relleno (Tabla 2)<br />

H = Altura de cobertura (m)<br />

= Factor de impacto<br />

P v = Carga superficial por circulación (Ton/m 2 )<br />

La altura mínima de cobertura, con vistas a las cargas producidas<br />

por la circulación variable debe alcanzar 0,8., siendo<br />

igual al diámetro d en las tuberías de d > 0,8m.<br />

Para la circulación ferroviaria y aérea se considerarán alturas<br />

mínimas > 1,5 !1,2 m.<br />

En los casos en que no se disponga de datos más exactos,<br />

puede recurrirse a los módulos de deformación <strong>del</strong> terreno<br />

de la tabla 2, válidos para esfuerzos de compresión de hasta<br />

aprox. 0,1 N/mm 2 . Si estos son mayores, aumentan los<br />

módulos de deformación <strong>del</strong> terreno por lo que puede contarse<br />

con valores más altos en capas de cobertura gruesas,<br />

con tal que se confirmen por medición. La deformación<br />

(aplastamiento de la parte superior y) de las tubería HDPE<br />

bajo el peso de la tierra se determina a través <strong>del</strong> valor Rs,<br />

que figura en la abscisa <strong>del</strong> diagrama de Watkins, Fig. 8, el<br />

cual es el cociente de la consistencia <strong>del</strong> terreno y de la rigidez<br />

de la tubería.


R S =<br />

E B<br />

E I/D 3<br />

(2)<br />

Donde:<br />

E B = Consistencia <strong>del</strong> terreno (módulo de deformación)<br />

E = Módulo de elasticidad <strong>del</strong> <strong>material</strong> de la<br />

tubería HDPE<br />

l = Módulo de inercia superficial de las paredes<br />

de la tubería = S3/12 (mm3)<br />

D = Diámetro medio de la tubería (mm)<br />

s = Espesor de la pared de la tubería (mm)<br />

En la ordenada <strong>del</strong> diagrama de Watkins figura la deformación<br />

de las tuberías referida al respectivo valor Rs que multiplicada<br />

por la compresión <strong>del</strong> terreno B<br />

Caso 1: refuerzo vertical de la zanja con tablestacas o tablones<br />

de madera (no apisonado).<br />

Caso 2: consolidación vertical de la zanja con tablas acanaladas,<br />

perfiles ligeros tablestecados o relleno no apisonado<br />

o tratamiento <strong>del</strong> relleno con agua a presión.<br />

B = qv /EB indica la deformación de la tubería y/D:<br />

(3)<br />

y/D = ! v = (! v / B ) · B (4)<br />

Debido a la tendencia de los plásticos a plastodeformarse, la<br />

deformación aumenta con el tiempo, distinguiéndose entre<br />

deformación breve y prolongada. Ambas se obtienen a partir<br />

<strong>del</strong> diagrama de Watkins, calculando el valor Rs con los<br />

módulos correspondientes a tiempos breves y prolongado<br />

(50 años).<br />

Las tuberías deben dimensionarse de modo que su deformación<br />

al cabo de 50 años no exceda de un 6%. Los valores<br />

de resistencia correspondientes a una deformación<br />

breve y prolongada, que se requieren para el valor Rs , se<br />

indican en la Tabla 4 para tuberías HDPE habiéndose calculado<br />

con los módulos de elasticidad Ek = 900 N/mm2 y EL =<br />

200 Nmm2 Caso 3: zanja rellanada a capas apisonadas contra el terreno<br />

natural o terraplenada (sin indicar grado ade apisonado).<br />

Caso 4: zanja rellenada a capas apisonadas o terraplenada,<br />

indicando grado de apisonado<br />

Las tuberías HDPR PM 3,2, que se utilizan habitualmente<br />

para canalizaciones, pueden emplearse sin comprobación<br />

estática especial en zanjas correctamente colmadas y apiusonadas<br />

cuyo relleno no tenga más de 6 m de altura.<br />

En cuanto a la aplicación de los módulos para calcular la<br />

deformación producida en los tendidos realizados en aguas<br />

subterráneas o cauces fluviales, hay que distinguir entre los<br />

siguientes casos:<br />

13


1. En terrenos no coherentes (gravas, arenas).<br />

a) Cuando se tengan que contener aguas subterráneas y el<br />

relleno de ambos lados de la tubería se apisone en seco,<br />

puede recurrirse al módulo correspondiente a terrenos apisonados.<br />

b) Cuando no tengan que contenerse aguas subterráneas, y<br />

por consiguiente, no resulte posible el apisonado, así como<br />

cuando se instale una tubería en un cauce fluvial se utilizará<br />

el módulo correspondiente a terrenos no apisonados.<br />

<strong>2.</strong> En terrenos coherentes<br />

Pese a contenerse las aguas subterráneas y a apisonarse<br />

los rellenos no coherentes, pueden producirse con el tiempo<br />

hundimientos y mezclas. Por consiguiente, al igual que en el<br />

caso 1b, deben utilizarse los valores EB mínimos, con lo que<br />

resultan paredes gruesas.<br />

3. Cálculo para prevenir abolladuras<br />

Se entiende por abolladura la deformación reniforme, que<br />

experimenta la sección de la tubería. Las tuberías instaladas<br />

en el agua o en terrenos situados por debajo <strong>del</strong> nivel de las<br />

aguas subterráneas, cuya presión hidrostática sea superior<br />

a su presión interior, deberán calcularse a prueba de abolladuras,<br />

lo mismo que las sometidas a vacío. La presión de<br />

abolladuras p ko de una tubería no deformada ni subterránea<br />

respecto a la presión exterior <strong>del</strong> agua o de gases, o sometida<br />

a depresión, se calcula a través de:<br />

14<br />

p ko =<br />

E R<br />

4 (1 - µ 2 )<br />

(s / r o ) 3<br />

(5)<br />

Significando:<br />

µ = 0.4 = Coef. de contracción transversal <strong>del</strong> mat.<br />

r o = Radio medio de la tubería<br />

Las presiones de abolladura a largo plazo, calculadas a través<br />

de ecuación (5) para tuberías de Hostalen, se muestran<br />

gráficamente en la figura 9, confirmándolas en gran parte los<br />

resultados de los ensayos realizados. La presión de abolladura<br />

admisible se obtiene aplicando un factor de seguridad<br />

de 2<br />

A las tuberías instaladas en aguas subterráneas o en cauces<br />

fluviales, el terreno circundante les ofrece en determinados<br />

casos un apoyo, incrementando su presión de abolladura<br />

respecto a las tuberías no subterráneas según la ecuación<br />

(5). Dicho incremento es tanto mayor cuanto más alta es la<br />

consistencia <strong>del</strong> terreno respecto a la rigidez de la tubería,<br />

pudiendo tenerse en cuenta a través de los factores de<br />

apoyo fs indicados en la tabla 5 :<br />

p k1 = f s p ko<br />

(6)<br />

Tabla Nº 5 : Factores de apoyo f s para tuberías HDPE<br />

Presión<br />

Nominal<br />

(bares)<br />

<strong>2.</strong>5<br />

3.2<br />

4.0<br />

6.0<br />

10<br />

16<br />

Apisonando<br />

el terreno<br />

3.2<br />

3.0<br />

<strong>2.</strong>8<br />

<strong>2.</strong>3<br />

1.2<br />

1.0<br />

No<br />

Apisonando<br />

el terreno<br />

1.9<br />

1.5<br />

1.2<br />

1.0<br />

1.0<br />

1.0<br />

En<br />

Hormigón<br />

Teniendo en cuanta el factor de reducción fa de la figura 10<br />

para las tuberías deformadas bajo carga, se obtiene finalmente:<br />

pk2 = fs · fa · pko (7)<br />

El factor de seguridad contra abolladuras se convierte<br />

en:<br />

S = pk2 /pw (8)<br />

Donde:<br />

Pw = w • Hw = Sobrepresión exterior <strong>del</strong><br />

agua subterránea.<br />

Siendo:<br />

w = 1 T/m3 (peso específico <strong>del</strong> agua)<br />

4<br />

4<br />

4<br />

4<br />

4<br />

4<br />

H w = Altura de las aguas subterráneas o<br />

fluviales (m)<br />

El factor de seguridad contra abolladura, debe ser S! <strong>2.</strong><br />

Los terrenos que, bajo los efectos <strong>del</strong> agua, adquieren las<br />

características de un líquido viscoso (p.ej. los pantanosos,<br />

lodosos)no ofrecen ningún apoyo, es decir fs = 1. en tal<br />

caso, la sobrepresión exterior pw debe calcularse análogamente<br />

a la de las aguas subterráneas.<br />

Al instalar tuberías de plástico en excavaciones practicadas<br />

con broquel, en ningún caso debe superarse la presión de<br />

abolladura admisible en las mismas.<br />

Las conducciones instaladas en aguas subterráneas, p. ej.<br />

en terrenos pantanosos, deben asegurarse suficientemente<br />

para impedir que floten, p.ej., mediante caballetes, cuya distancia<br />

entre sí depende de la flexión admisible en aquellas.<br />

Como complemente, ilustraremos con un ejemplo lo que<br />

acabamos de manifestar:<br />

Se dispone: Tubería para PN 3,2<br />

Cobertura H = 4 m.<br />

Terreno arenoso =1900 Kg/m 3<br />

Apisonado según DIN 4033<br />

Densidad Proctor D p = 95%<br />

Cargas por circulación Ninguna<br />

Presión Vertical: q v = • H<br />

= 7600 Kg/m 2<br />

= 0.08 N/mm 2<br />

Módulo de deformación<br />

<strong>del</strong> terreno: E B = 8 N/mm 2 (tabla3)<br />

Compresión <strong>del</strong> terreno: B = qv/EB = 1 %


Rigidez de la tubería<br />

E K · I/D 3 = <strong>2.</strong>5 · 10 3 N/mm 2<br />

(breve)<br />

E L · I/D 3 = 0.55 · 10 3 N/mm 2<br />

(prolongada)<br />

Según ecuación (2): R SK = 3200<br />

R SL<br />

=14500<br />

Según figura 8<br />

(Curva media <strong>del</strong> margen de dispersión)<br />

(!v/ B) K = 1.55<br />

(!v/ B) L = 1.95<br />

<br />

Dado que la compresión <strong>del</strong> terreno B = 1 %<br />

la deformación de la tubería,según la ecuación (4) es:<br />

!vK = 1.55 %<br />

!vL = 1.95 %<br />

Si el terreno no estuviese apisonado, (D p = 85 %)<br />

se obtienen los siguientes valores:<br />

EB = 1.2 N/mm2 Rsk = 480<br />

RsL = 2180<br />

B =0.08/1.2 = 0.067 = 6.7 %<br />

(!v/ B) K = 1.05<br />

(!v/ B) L = 1.40<br />

La deformación de la tubería vale:<br />

!vK = 7.0 %<br />

!vL = 9.4 %<br />

15


Si el tendido se realiza por debajo <strong>del</strong> nivel de las aguas subterráneas,<br />

conteniendo éstas (es decir bombeándolas, rellenando<br />

y apisonando los lados de la tubería y colmando la<br />

zanja, D p = 95 %) y manteniendo su nivel 1,5 m sobre la<br />

parte inferior de la tubería, se calcula adicionalmente la abolladura<br />

de ésta respecto a aquellas: sobrepresión exterior de<br />

las aguas subterráneas P w = 0,15 bares.<br />

La presión requerida para que empiecen a abollarse las<br />

tuberías para PN 3.2, después de 50 años sin apoyo <strong>del</strong><br />

terreno circundante, se desprende de la figura 9: P ko = 0,15<br />

bares de sobrepresión.-<br />

Factor de reducción para la tubería deformada (según figura<br />

10)<br />

Para ! vP = 1.95, f a = 0.85<br />

16<br />

Presión de abolladura de las tuberías deformadas sin<br />

apoyo:<br />

P k1 = P k0 · F a = 0.128<br />

factor de apoyo según tabla 5 : F s = 3<br />

Presión de abolladura con apoyo:<br />

P k2 = P k1 · F s = 0.382<br />

Seguridad contra abolladuras S = P k2 / P w<br />

S = 0.382/0.15 = <strong>2.</strong>55


4.- DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS<br />

La tabla indica todas las medidas y presiones para tubos de polietileno en PE 100 y PE 80, con un factor de seguridad<br />

1:25, tomando como base la relación SDR = Díametro / espesor.<br />

17


18<br />

5.- Sistemas de Unión<br />

5.1 UNION POR TERMOFUSION<br />

El método de soldadura, es el más común y seguro para unir tubos HDPE. El proceso es relativamente rápido, simple y<br />

barato, no requiere de <strong>material</strong>es adicionales.<br />

La unión se produce a través <strong>del</strong> calentamiento de los extremos <strong>del</strong> tubo, con una temperatura que oscila en los 200 ºC,<br />

dependiendo de las condiciones climáticas.<br />

Una vez alcanzada la temperatura, se somete a los tubos a una presión homogénea y constante, resultando en una fusión<br />

molecular perfecta, logrado que ambos tubos se comporten como un solo cuerpo.<br />

El sistema puede realizarse mediante dos técnicas:<br />

• Unión por Tope<br />

• Unión por Socket<br />

En la primera no se requieren accesorios, soldándose ambos tubos entre sí. Para la misma, Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> cuenta<br />

con maquinaria y herramental para soldar tubos desde 40 mm hasta 1200 mm de diámetro.<br />

En la segunda, se utilizan accesorios hasta los 125 mm de diámetro, y se requiere de herramental especial.<br />

Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> produce con modernas maquinarias, accesorios facetados como codos, “T” o “Y” a partir <strong>del</strong> propio<br />

sistema de termofusión., como se oberva en el capítulo siguiente.<br />

El proceso de soldadura está normalizado según DIN 16932<br />

Durante el procedimiento de soldadura, deben observarse estrictos parámetros de Presión, Tiempo y Temperatura, dependiendo<br />

de las características de la cañería, relación de diámetros y espesores (SDR) y tipo de <strong>material</strong> empleado.<br />

Tambien son relevantes las condiciones climáticas en que se hace la operación.<br />

Como guía, se suministran a continuación tablas con los parámetros recomendados por los fabricantes de las máquinas soldadoras,<br />

que deberán respetarse para minimizar el riesgo de fallas en la soldadura, según el tipo de tubería utilizada.


Proceso de termofusión<br />

5.2 UNION POR ELECTROFUSION<br />

Posibilita realizar la unión de tubos en muy corto tiempo, a<br />

través de un accesorio especial en el que se insertan los<br />

extremos de ambos tubos y se conecta a un dispositivo que<br />

envía energía eléctrica que se traduce en calor, logrando la<br />

electrofusión.<br />

Para éste sistema solo existe una técnica que se utiliza en<br />

todos los tubos, variando los accesorios, cantidad de calor y<br />

tiempo requerido según el diámetro y paredes de los tubos.<br />

Las monturas por electrofusión son de alta practicidad y permiten<br />

realizar ramificaciones, desviaciones etc. sin necesidad<br />

de cortar el suministro principal, posibilitando además<br />

hacer pruebas en las instalaciones antes de ponerlas en funcionamiento.<br />

5.3UNION POR COMPRESION<br />

Las uniones pueden ser realizadas hasta diámetros de 110<br />

mm, mediante accesorios denominados “de compresión”·.<br />

Por medio de ellos se pueden unir mecánicamente extremos<br />

de dos tubos de igual o diferente diámetro, o unir tubos con<br />

alguna otra pieza.<br />

La unión se logra mediante la compresión de un sello intermedio,<br />

tipo “O ring”, una garra que actúa como sujeción de<br />

la tubería, y un cono que se fija al tubo, presionando la garra<br />

hacia el tubo.<br />

Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> dispone de todos los accesorios<br />

necesarios y de personal especializado para su correcta<br />

instalación.<br />

29


30<br />

6.- Piezas especiales - Fitting<br />

6.1.- FITTING HDPE<br />

CODO SEGMENTADO SOLDADO A TOPE<br />

CODO DOBLADO A PARTIR DE TUBO


NOTAS: 1.- En las Tee fabricadas, la presión de trabajo es un 60% de la que corresponde al espesor de la tubería con la que fue fabricada<br />

<strong>2.</strong>- El largo “L” puede disminuírse manteniendo la relación L -= 2H<br />

TEE CON REDUCCION<br />

31


32<br />

REDUCCION CONCENTRICA<br />

Se fabrican para<br />

PN: <strong>2.</strong>5, 3.2, 4.6 y 10 Kg/cm 2


REDUCCION<br />

EXCENTRICA<br />

MOLDEADA<br />

NOTAS: Se pueden fabricar reducciones excéntricas para otras dimensiones si el proyecto lo exige.<br />

PORTA FLANGES<br />

(STUB-END)<br />

33


34<br />

FLANGES SUELTOS


PERNOS STANDARD PARA FLANGES<br />

35


6.2 ACCESORIOS PARA UNIÓN POR COMPRESIÓN<br />

Los fittings sirven para unir tubos de polietileno de diámetros iguales o diferentes. También se los puede utilizar para unirlos<br />

a alguna otra pieza. Se fabrican hasta diámetros no mayores a 110mm, poseen un sistema de sujeción en acetol y<br />

como se atornilla al fitting, permitiendo un cierre hermético.<br />

En caso de que la tubería transporte líquidos corrosivos se les coloca un o-ring de vitton.<br />

36<br />

Codo a 90º Cupla Cupla de reducción<br />

T a 90 º<br />

Racor Hembra Racor Macho<br />

T a 90º Macho T a 90º Hembra


6.3 PRESENTACION Y FORMA DE ENTREGA<br />

Los tubos de HDPE producidos por Thissen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong> pueden ser entregados como tubos rectos, o en bobinas, si<br />

las dimensiones lo permiten.<br />

La siguiente tabla determina la factibilidad de entrega en bobinas.<br />

37


7.- Normas y consideraciones para diseño con tuberias HDPE<br />

7.1 NORMAS Y CONTROL DE CALIDAD<br />

Las tuberías HDPE han sido diseñadas para las más duras condiciones climáticas<br />

y de agresividad química. Tienen un excelente comportamiento entre -40ºC y<br />

+60ºC. Las resinas utilizadas ya vienen pigmentadas por el fabricante, con antioxidantes<br />

que le dan una gran resistencia a los rayos ultravioleta. El alto peso molecular<br />

y una distribución molecular estrecha le da propiedades físicas muy estables<br />

difíciles de lograr con otros <strong>material</strong>es termoplásticos.<br />

PRUEBAS DE LABORATORIO DE LA TUBERIA<br />

-Pruebas de la materia prima<br />

Las propiedades físicas y químicas <strong>del</strong> polietileno de alto peso molecular son verificadas<br />

y garantizadas por el fabricante de la misma; sin embargo en la recepción,<br />

el lote es sometido a ensayos en nuestros laboratorios, para comprobar la densidad,<br />

fluidez y estabilidad térmica. Una vez que el lote ha sido aprobado, se procede<br />

a la fabricación <strong>del</strong> tubo.<br />

-Control de dimensiones<br />

Se realiza en línea de producción un monitoreo contínuo de espesores, a través<br />

de medidores por ultrasonido instalados en las mismas.<br />

Además, se cortan probetas cada treinta minutos para realizar todos los dimensionales<br />

en un banco de medición calibrado. Allí se determinan Diámetro, Espesor,<br />

Ovalización, etc.)<br />

-Prueba de presión<br />

Esta es la prueba principal en el ensayo de tuberías y fittings. Para realizar esta<br />

prueba se preparan probetas que se someten a presión y temperatura, por tiempos<br />

prolongados, de tal manera que se cumpla la norma ISO 4427 para el caso de<br />

transporte de fluídos, y la N.A.G. 129 para el caso de tubos de gas.<br />

Algunas de las pruebas incluyen:<br />

- Ensayo de 1000 hs. a 20ºC<br />

- Ensayo de reventamiento<br />

- Ensayo de 170 hs. a 80ºC<br />

- Ensayo de probeta entallada<br />

- Ensayo de probeta fusionada<br />

- Ensayo en probetas unidas a montura<br />

-Prueba de resistencia a la tracción<br />

Se realizan en probetas sacadas <strong>del</strong> tubo con dimensiones normalizadas; en<br />

nuestro laboratorio contamos para ello con una máquina de extracción de probetas<br />

por sacabocados, para espesores de hasta 12 mm, y una fresa especial para<br />

espesores mayores.<br />

Luego se someten al ensayo de tracción que deberá cumplir con el estiramiento<br />

y la tensión al punto de fluencia, requerido por las normas.<br />

38


- Ensayo para determinación de densidad<br />

Se realiza éste ensayo tanto a la materia prima como al tubo fabricado, y se lo compara<br />

con los valores declarados por el fabricante.<br />

Para ello contamos con una columna de gradientes y seis patrones de densidad con<br />

certificados de calibración, además de los controles de temperatura y termómetros<br />

solicitados por la norma DIN 53479 para la realización de éste ensayo.<br />

-Ensayo de determinación de fluidez (Melt Index)<br />

Al igual que la densidad, el ensayo de fluidez se realiza tanto a la materia prima como<br />

al tubo. Básicamente, se trata de determinar cuántos gramos de PE pasan por un orificio<br />

calibrado cada 10 minutos, a temperatura y carga determinadas por la norma<br />

ISO 1133<br />

-Ensayo de estabilidad térmica a la oxidación<br />

En nuestro laboratorio contamos con un Calorímetro Diferencial de Barrido DSC<br />

marca Seiko para determinar el tiempo de oxidación.<br />

Este equipo opera isotérmicamente a 200 - 210 ºC con dos medidores de flujo para<br />

el oxígeno y el nitrógeno, y un software que grafica y almacena los datos <strong>del</strong> termograma,<br />

y define los puntos de cambio de flujo y el punto máximo de la exoterma de<br />

oxidación.<br />

-Ensayo de reversión longitudinal<br />

En una muestra de tubo, se realizan dos marcas a 100 mm de distancia, se coloca la<br />

muestra en estufa a 110 ºC durante un tiempo determinado, según el espesor; pasado<br />

ese período a temperatura constante se retiran las muestras, se dejan enfriar a<br />

Temp. Ambiente y se realiza una nueva medición entre marcas, que no deberá superar<br />

lo determinado por la norma ISO 2505<br />

-Prueba de dispersión pigmentos<br />

Esta prueba está normalizada según ISO 13949. Consiste básicamente en sacar <strong>del</strong>gadas<br />

porciones de tubo con un micrótomo (40 micrones) y someterla al microscopio,<br />

donde se puede observar si los granos están uniforme y finamente dispersados dentro<br />

<strong>del</strong> <strong>material</strong>.<br />

-Pruebas Químicas<br />

El fabricante de materias primas nos da una lista <strong>del</strong> comportamiento <strong>del</strong> polietileno<br />

de alto peso molecular frente a distintos agentes químicos; sin embargo, las tablas de<br />

resistencia química corresponden a elementos puros que normalmente no son los<br />

que el tubo tiene que enfrentar en la práctica. Para mayor seguridad, cuando se diseña<br />

un depósito para sustancias químicas, se solicita al cliente una muestra de la sustancia<br />

química que se quiere transportar y se somete al siguiente procedimiento a la<br />

temperatura máxima de trabajo esperada.<br />

39


1.- Se confeccionan 28 probetas de prueba,<br />

procediéndose a su pesaje.<br />

<strong>2.</strong>- Se colocan estas probetas dentro de un<br />

recipiente con la sustancia que se quiere probar.<br />

3.- Se saca una probeta cada día; se les pesa y se<br />

le someta a un test de tracción, ASTM D 638<br />

4.- Se comparan los resultados de las probetas<br />

<strong>del</strong> líquido con probetas que no han sido<br />

introducidas en el líquido.<br />

Se permite una variación máxima de 5% de<br />

variación en el peso y 10% en las propiedades<br />

físicas para considerar el <strong>material</strong> aprobado para<br />

el fluído ensayado.<br />

5.- Se hace el mismo tipo de ensayo para soldadura.<br />

7.2 COMPORTAMIENTO EN FUNCION DEL<br />

TIEMPO Y TEMPERATURA<br />

En las tuberías de plástico sometidas a presión interior, su<br />

solidez depende de la temperatura y <strong>del</strong> tiempo. En la figura<br />

1 se representan los ensayos en función <strong>del</strong> tiempo, realizado<br />

con tubos llenos de agua a presión. Estas curvas son el<br />

resultado de numerosos ensayos y se confirma en el método<br />

de extrapolación de Arrhenius, para temperaturas bajas y<br />

tiempos prolongados.<br />

En la ordenada de los gráficos se ha representado las tensiones<br />

comparativas de v , que está relacionada con las<br />

dimensiones y la presión de la tubería según la fórmula:<br />

v = p<br />

d - S<br />

2 S<br />

(Kg/cm 2 )<br />

p = Presión interior<br />

d = Diámetro exterior tubería<br />

S = Espesor de pared<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

40


La calidad de las tuberías HDPE está normalizada según<br />

DIN 8075 partes 1 y 2: Todas las tuberías se someten a control<br />

de calidad en el laboratorio de fábrica.<br />

Mientras que la determinación exacta de los valres mínimos<br />

de la resistencia es únicamente una cuestión de orden técnico,<br />

los coeficientes de seguridad necesarios, que deben<br />

satisfacer diversos requisitos, sólo pueden ser determinados<br />

en la práctica.<br />

En primer lugar deben garantizar que las tuberías fabricadas<br />

en dimensiones exactas, determinadas por las propiedades<br />

de la materia prima, presenten todavía un margen de seguridad<br />

en lo que respecta ala rotura, tabajando a pleno esfuerzo<br />

de la presión nominal. El coeficiente de seguridad debe<br />

tener en cuenta, además, todos los esfuerzos adicionales,<br />

controlables que pueden producirse durante el servicio,<br />

como golpes de presión y tensiones térmicas en cambios de<br />

temperaturas, así como movimientos y hundimientos de tierras<br />

en tuberías ya tendidas.<br />

Además se exige que las tuberías no se dilaten mucho por<br />

efecto de la presión. Este requisito puede considerarse cumplido<br />

cuando la dilatación permanente de la tubería no es<br />

superior al 2-3% después de 50 años a 20ºC. Debido a estas<br />

consideraciones, el Comité Alemán de Normas ha establecido<br />

un factor de seguridad de 1,3 y 1,6 para los tubos de<br />

“polietileno duro”, según DIN 8075, 1º y 2º partes.<br />

Con ello se obtiene para las tuberías HDPE, un límite<br />

admisible de 50 Kg/cm2, valor que se aplica en el cálculo<br />

<strong>del</strong> grueso de pared.<br />

Debido a que el <strong>material</strong> usado por nosotros se comporta<br />

considerablemente mejor en unción <strong>del</strong> tiempo, el factor de<br />

seguridad se ha incrementado aproximadamente 1,8 a 1,9<br />

para esfuerzos admisibles de Fv adm. = 5N/mm2 a 20ºC,<br />

con vista a una vida útil de 50 años.<br />

En el cálculo de presión de trabajo a distintas temperaturas<br />

se usa las curvas según DIN8075 para PE duro tipo dos y<br />

con un coeficiente de seguridad de 1.5.<br />

Table Nº 1. Cuadro relación entre presión de trabajo y temperatura de trabajo en tubería HDPE<br />

41


7.3. COMPORTAMIENTO EN FUNCION DEL<br />

TIEMPO, TEMPERATURA Y TENSIONES<br />

El módulo de elasticidad de los termo-plásticos no es constante<br />

sino que, depende de la temperatura y <strong>del</strong> tiempo de<br />

aplicación de los esfuerzos. Por tal motivo, resulta correcto<br />

denominarlo Módulo de Plastodeformación (Ec)<br />

Módulo de plastodeformación (Ec)<br />

Establecido en función <strong>del</strong> esfuerzo de tracción y el tiempo<br />

de aplicación (determinado a 20ºC).<br />

42<br />

FIG. 3<br />

Módulo de Plastodeformación (E bc )<br />

Análogamente, se han realizado ensayos para determinar<br />

los módulos de plastodeformación bajo esfuerzos de compresión,<br />

obteniéndose valores similares a los de los esfuerzos<br />

de tracción, teniendo en cuenta la dispersión.<br />

Además de los módulos de plastodeformación descritos,<br />

correspondientes a esfuerzos de tracción y compresión,<br />

también resulta importante el comportamiento de los <strong>material</strong>es<br />

para tuberías frente a los esfuerzos de flexión.<br />

A partir de la flecha, determinada a diferentes temperaturas<br />

en probetas de 120 x20 x 6 mm bajo un momento de flexión<br />

local constante(carga de 4 puntos) y una tensión de<br />

3N)mm2 en la superficie, se calculó el módulo de plastodeformación<br />

Ebc. En la figura 4 puede verse el módulo de<br />

plastodeformación por flexión de las tuberías HDPE en función<br />

<strong>del</strong> tiempo y la temperatura.<br />

Módulo de Relajación<br />

Los elementos de construcción, sometidos durante mucho<br />

tiempo a deformaciones constantes, experimentan una<br />

relajación de las tensiones, que puede determinar su falla<br />

si éstas descienden por debajo de valores admisibles. Tal<br />

inconveniente puede evitarse si se tiene en cuenta en los<br />

cálculos el módulo de relajación en función <strong>del</strong> tiempo.<br />

Los resultados de los ensayos de relajación de tensiones,<br />

realizados según DIN 53441,se muestran en la fig. 5<br />

FIG. 5 Módulo de relajacióin <strong>del</strong> Hostalen GM 5010 T2<br />

y GM 7040 G a diferentes temperaturas.


Rigidez de la tubería<br />

E K · I/D 3 = <strong>2.</strong>5 · 10 3 N/mm 2<br />

(breve)<br />

E L · I/D 3 = 0.55 · 10 3 N/mm 2<br />

(prolongada)<br />

Según ecuación (2): R SK = 3200<br />

R SL<br />

=14500<br />

Según figura 8<br />

(Curva media <strong>del</strong> margen de dispersión)<br />

(!v/ B) K = 1.55<br />

(!v/ B) L = 1.95<br />

<br />

Dado que la compresión <strong>del</strong> terreno B = 1 %<br />

la deformación de la tubería,según la ecuación (4) es:<br />

!vK = 1.55 %<br />

!vL = 1.95 %<br />

Si el terreno no estuviese apisonado, (D p = 85 %)<br />

se obtienen los siguientes valores:<br />

EB = 1.2 N/mm2 Rsk = 480<br />

RsL = 2180<br />

B =0.08/1.2 = 0.067 = 6.7 %<br />

(!v/ B) K = 1.05<br />

(!v/ B) L = 1.40<br />

La deformación de la tubería vale:<br />

!vK = 7.0 %<br />

!vL = 9.4 %<br />

43


Si el tendido se realiza por debajo <strong>del</strong> nivel de las aguas subterráneas,<br />

conteniendo éstas (es decir bombeándolas, rellenando<br />

y apisonando los lados de la tubería y colmando la<br />

zanja, D p = 95 %) y manteniendo su nivel 1,5 m sobre la<br />

parte inferior de la tubería, se calcula adicionalmente la abolladura<br />

de ésta respecto a aquellas: sobrepresión exterior de<br />

las aguas subterráneas P w = 0,15 bares.<br />

La presión requerida para que empiecen a abollarse las<br />

tuberías para PN 3.2, después de 50 años sin apoyo <strong>del</strong><br />

terreno circundante, se desprende de la figura 9: P ko = 0,15<br />

bares de sobrepresión.-<br />

Factor de reducción para la tubería deformada (según figura<br />

10)<br />

Para ! vP = 1.95, f a = 0.85<br />

44<br />

Presión de abolladura de las tuberías deformadas sin<br />

apoyo:<br />

P k1 = P k0 · F a = 0.128<br />

factor de apoyo según tabla 5 : F s = 3<br />

Presión de abolladura con apoyo:<br />

P k2 = P k1 · F s = 0.382<br />

Seguridad contra abolladuras S = P k2 / P w<br />

S = 0.382/0.15 = <strong>2.</strong>55


8..- Técnicas de Instalación.<br />

8.1 SUMINISTRO DE LAS TUBERIAS<br />

El sistema de transporte que más ventajas ofrece es el de<br />

rollos o carretes, puesto que permite tender sin elementos<br />

de unión tubos de hasta varios miles de metros de longitud<br />

(según dimensiones). El radio de arrollado no debe ser inferior<br />

a 10 veces el diámetro <strong>del</strong> tubo.<br />

Esto es posible de realizar solamente hasta tuberías HDPE<br />

de 180 mm PN 16, suministrándose en rollos de 50 o 50 m,<br />

dependiendo <strong>del</strong> diámetro.<br />

Para tuberías de mayores dimensiones (sobre 90mm) que<br />

ya no se pueden arrollar, se suministran en tiras de hasta 18<br />

m., siendo la longitud más frecuente de12 m.<br />

8.2 TRANSPORTE INTERNO Y ACOPIO<br />

Al descargar las cañerías HDPE de un camión no hay que<br />

botarlas ni tirarlas, es necesario bajarlas con cuidado de<br />

manera que no se dañe la superficie. Sobre todo es importante<br />

proteger los extremos de la tubería ya que en caso de<br />

daño se dificulta el proceso de soldadura.<br />

Al descargar rollos o cañerías conviene hacerlo con sogas<br />

textiles y no con metálicas que pueden rayar la tubería.<br />

Después de descargarlas, las tuberías HDPE suministradas<br />

en longitudes estándar deben colocarse sobre una superficie<br />

plana sin estar en contacto con cargas puntuales, 500<br />

mm de diámetro sólo se apilarán en dos capas, asegurándolas<br />

para que no se desplacen por los lados. Al usar distanciadores<br />

de madera, estos no se deben separa a más de<br />

dos metros entre si. La altura máxima de apilamiento es de<br />

dos metros.<br />

8.3 INSTALACION EN ZANJAS<br />

Para instalar redes de distribución de gas y agua son válidas<br />

las especificaciones contenidas en DIN 19630. Si las<br />

condiciones locales permiten soldar por completo las tuberías<br />

HDPE fuera de zanja, ésta puede ser mucho más estrecha.<br />

En bosques o terrenos rocosos no es necesario eliminar los<br />

obstáculos, ya que dada la flexibilidad relativamente elevada<br />

de las tuberías HDPE pueden salvarse los mayores de ellos,<br />

tales como raíces de árboles o rocas. La tubería debe desenrrollarse<br />

tangencialmente <strong>del</strong> rollo o carrete, procurando<br />

evitar hacerlo en espiral. Las tuberías no deberán doblarse<br />

en ningún caso. Además, es muy importante tanto en el desenrollado<br />

como en el tendido, así como, naturalmente durante<br />

el almacenamiento o el transporte, evitar que se deterioren<br />

exteriormente por piedras puntiagudas, etc. Las irregularidades<br />

que puedan existir en el fondo de la zanja, deberán<br />

compensarse previamente con arena o gravilla (según DIN<br />

1063). Además al existir fondos con barro o pantanosos conviene<br />

hacer una sobreexcavación de 15 cm rellenando ésta<br />

con <strong>material</strong> estabilizado.<br />

La profundidad mínima de tendido de las tubería depende<br />

<strong>del</strong> diámetro exterior de éstas y de las cargas producidas por<br />

la circulación rodada, debiendo coincidir con la profundidad<br />

a que se congele el terreno (aprox. 70 a 80 cm). La zanja se<br />

colmará preferentemente con <strong>material</strong> exento de piedras,<br />

evitando los rellenos hidráulicos, puesto que, a causa de su<br />

baja densidad, las tuberías flotan incluso estando llenas de<br />

agua. En terrenos rocosos, es recomendable practicar con<br />

arena un lecho de asiento.<br />

45


En la zanja, el lecho de apoyo se realizará con <strong>material</strong> sin<br />

piedras en una altura de 0,1d + 10 cm, consolidándolo con<br />

una apisonadora ligera antes de tender la tubería. Esta<br />

deberá cubrirse hasta 30 cm por encima de su parte superior<br />

con <strong>material</strong> apisonable carente de piedras. El ancho de<br />

la zanja donde se ubica la tubería debe ser igual a d+ 30 cm.<br />

El <strong>material</strong> de relleno se dispondrá en capas (=30 cm), apisonando<br />

cuidadosamente cada una de ellas.<br />

Una vez colmada y apisonada la zanja, los esfuerzos producidos<br />

por la fricción entre la tubería y el relleno evitan las<br />

dilataciones y contracciones debidas a variaciones de temperatura.<br />

Radios de curvatura<br />

Dado que las tuberías HDPE admiten radios de curvatura<br />

relativamente reducidos, el trazado deberá elegirse de modo<br />

que puedan realizarse cambios de dirección en sentido horizontal<br />

doblando únicamente aquellas, por lo que resulta<br />

innecesario utilizar codos costosos. Es recomendable no<br />

practicar a 20ºC radios de curvatura inferiores a los que se<br />

indican a continuación:<br />

PRESION NOMINAL<br />

Kg/cm 2<br />

<strong>2.</strong>5<br />

3.2<br />

4.0<br />

6.0<br />

10.0<br />

D = Diámetro exterior de la tubería<br />

Radio de Curvatura<br />

admisible R<br />

50 D<br />

40 D<br />

30 D<br />

20 D<br />

10 D<br />

Si el tendido se realiza a 0ºC, los radios de curvatura indicados<br />

se incrementarán en un factor de 2,5. Entre 0 y 20ºC, el<br />

radio de curvatura puede determinarse por interpolación<br />

lineal.<br />

La congelación <strong>del</strong> agua no afecta para nada a las tuberías.<br />

Las tuberías no evitan de por sí que se hiele el agua que<br />

contienen. Los trabajos de tendido y soldadura deben someterse<br />

a un control de calidad.<br />

Las soldaduras se comprueban de acuerdo con la hoja de<br />

especificaciones DVS 2207 <strong>del</strong> Deutscher Verband Für<br />

Schweissttechnik (Asociación Alemana para la Técnica de<br />

Soldadura). Para verificar las costuras de soldaduras sin<br />

destruirlas, resulta adecuada la técnica ultrasónica descrita<br />

en DVS 2206.<br />

Otra prueba, que se realiza cuando el tendido ya se ha realizado,<br />

es la de agua a presión (comprobación de la hermeticidad).<br />

Para las tuberías de presión la verificación es de 1,3<br />

veces la presión nominal por un período de tres horas.<br />

Para colocar tuberías en una zanja se puede mover la<br />

máquina soldadora, soldando tramo a tamo o bien se sueldan<br />

tramos largos en una estación de soldadura (100-500<br />

mts). En este último caso se tira la tubería con el uso de una<br />

cabeza especial o bien amarrando la tubería a un cable.<br />

Se debe tener cuidado de no rayar la tubería en exceso al<br />

tirarla por terrenos rocosos, conviene el uso de polines o<br />

bien rodillos de madera.<br />

46<br />

La fuerza máxima de tirado de la tubería HDPE es la siguiente:<br />

F = !(d - S) S x T<br />

d = Diámetro ext. tubería (cm)<br />

S = Espesor tubería (cm)<br />

T = Máxima tensión permitida <strong>del</strong> <strong>material</strong> (kg/cm 2 )<br />

El valor de T va entre 70 - 120 kg/cm 2<br />

El largo máximo que se puede tirar una tubería está dado<br />

por la fórmula:<br />

L = T 2 / ( F· g (U· cos ø + sen ø))<br />

ø = Pendiente <strong>del</strong> terreno<br />

U = Coef. de fricción (0.1 - 0.8)<br />

L = Largo a tirar (m)<br />

Para terrenos normales U = 0.4 - 0.5<br />

Para terrenos pantanosos U = 0.1 - 0.2<br />

<strong>Consideraciones</strong> sobre la Expansión térmica de las<br />

Tuberías HDPE<br />

El coeficiente de expansión térmica <strong>del</strong> HDPE es de 0.16<br />

mm/mºC.<br />

Expansión y Contracción en Tuberías HDPE enterradas<br />

En tuberías enterradas los cambios de temperatura son normalmente<br />

bajos y estacionales. La expansión lineal resultante<br />

es normalmente baja.<br />

La fricción entre el terreno y la tubería es normalmente suficiente<br />

para mantener la tubería en posición y transferir la<br />

elongación y tensión a la pared de la tubería.<br />

Si durante la instalación la temperatura exterior es mayor<br />

que la <strong>del</strong> terreno la tubería se contrae después de colocada<br />

y rellenad la zanja, para eliminar un exceso de tensión<br />

conviene colocar la tubería culebreada en la zanja e instalarla<br />

temprano en la mañana cuando todavía está fría.<br />

8.4. INSTALACIONES AEREAS O SUPERFICIALES<br />

Expansión y Contracción de Tuberías HDPE en<br />

Superficies<br />

Cuando las tuberías no pueden ser protegidas contra la<br />

acción directa de los rayos solares, conviene pintarlas de<br />

blanco para disminuir la absorción <strong>del</strong> calor. También se<br />

pueden cubrir con tierra, en este caso se deben tomar las<br />

mismas precauciones que en tuberías enterradas; el <strong>material</strong><br />

debe ser compactado a cada lado de la tubería en un<br />

ancho igual a 2 diámetros, la altura de relleno debe tener por<br />

lo menos 30 cm sobre la parte superior de la misma. El<br />

ancho total de esta cubierta deba ser 5d. Si la tubería está<br />

en el fondo de un valle el ancho no se puede obtener, pero<br />

si las paredes laterales <strong>del</strong> valle son firmes estamos en el<br />

caso de una zanja.<br />

Colocando la tubería HDPE como en la figura se transfiere<br />

la dilatación lineal a deflexión lateral según la fórmula:<br />

D = 0.0078 L " DT<br />

siendo DT = Diferencia de temperatura.


Expansión y Dilatación de Tubería que siguen Rutas<br />

Específicas<br />

Cuando los movimientos laterales no son aceptables, se<br />

puede acomodar la tubería con codos de expansión; la<br />

tubería se mantiene en posición con anclajes y guías.<br />

LA = 10 !(DL x d)<br />

DL = Expansión Térmica<br />

d = Diámetro exterior tubería<br />

En caso que ninguno de los anteriores sistemas sea conveniente<br />

se puede usar compensadores de expansión.<br />

Los fittings y las válvulas deben ser soporetadas adicionalmente.<br />

Empotramiento de Tuberías de HDPE en Concreto<br />

Dado que las tuberías de HDPE no se unen indisolublemente<br />

con el hormigón, las tuberías de dicho <strong>material</strong> se conectan<br />

a las canalizaciones de hormigón soldando a las mismas<br />

un elemento anular reforzado con nervaduras, que se empotra<br />

en el hormigón. Si se exige hermeticidad al agua, se realiza<br />

una envoltura a base de caucho celular, separadamente<br />

o entre dos anillos de mampostería.<br />

Un apoyo deslizante o libre consta de un revestimiento de<br />

fibrocemento con un anillo de caucho. Los apoyos deslizantes<br />

se utilizan cuando se prevén hundimientos de terreno.<br />

Además al unir tuberías de HDPE a válvulas, fittings de hierro<br />

y otro tipo de tuberías es necesario empotrar esta unión<br />

de tal manera que no se produzcan asentamientos o movimientos<br />

que dañen la unión.<br />

Al atravesar caminos con tráfico pesado puede ser conveniente<br />

concretar la zanja.<br />

Debido al alto coeficiente de dilatación <strong>del</strong> HDPE sólo compensadores<br />

de deslizamiento lineal pueden ser usados<br />

Precauciones para Instalación de Fittings Fabricados<br />

Las tuberías y los fittings HDPE son soldados en el lugar de<br />

trabajo. Esta fusión deja las uniones tan fuertes como la<br />

tubería, sin embargo es necesario observar algunas precauciones:<br />

- Cuando se sueldan tres líneas de tubería a una Tee, es<br />

necesario moverla con cuidado.<br />

- No se debe levantar la Tee sin soportar las tuberías. Tees,<br />

codos y reducciones no deben soportar el peso de largos<br />

tramos de tubería, este debe ser soportado por la tubería.<br />

- Los fittings soldados deben ser movidos lo menos posible.<br />

Si esto es indispensable no se debe cargar la tubería sobre<br />

el fitting.<br />

-Al soldar una Tee o Y es conveniente usar un flange en la<br />

salida lateral. Algunas veces se puede tener dos salidas con<br />

flanges. En estos casos la tubería puede ser colocada desde<br />

ambas direcciones o bien rodada hacia la zanja antes de<br />

hacer la conexión final.<br />

47


9.- Principales aplicaciones de tuberías de HDPE.<br />

Transporte de agua potable<br />

Las tuberías HDPE para agua potable están normalizadas<br />

según DIN 19533 y DIN 19630 para su instalación.<br />

Para el cálculo hidráulico se usan las fórmulas de Pranti-<br />

Colebrook con una rigurosidad de K = 0.007 mm.<br />

(Especificación W = 327 de DVGW);o bien Hazen-Williams.<br />

Las tuberías de HDPE en dimensiones menores se usan con<br />

bastante éxito en los arranques domiciliarios, con fitting de<br />

conexión tipo Plasson.<br />

En conducciones de agua potable por zonas pantanosas y<br />

subacuáticas las tuberías de polietileno han dado excelente<br />

resultado.<br />

Transporte de Aguas Residuales Corrosivas Industriales<br />

La conciencia ante el problema ecológico derivado de la<br />

contaminación indiscriminada de ríos, lagos y mares ha llevado<br />

a las industrias a no botar sus desechos impunemente<br />

en cualquier lugar. Los grandes complejos químicos han<br />

debido desarrollar plantas especiales para el tratamiento de<br />

residuos o bien preparar grandes depósitos donde almacenar<br />

estos elementos.<br />

Normalmente, cualquiera sea la solución adoptada es necesario<br />

transportar líquidos corrosivos a bastante distancia.<br />

Estos líquidos deben ser transportados en la forma más económica<br />

posible y además deben asegurar una máxima<br />

estanqueidad, para no contaminar las áreas que atraviesa.<br />

El <strong>material</strong> que más se adapta a estas condiciones es el<br />

HDPE.<br />

Tuberías para Transporte de Gas<br />

En Europa y EE.UU., se usa tuberías de Polietileno desde<br />

hace mucho tiempo.<br />

Las tuberías HDPE por su resistencia al impacto, a terrenos<br />

agresivos, a los hidrocarburos, así como por su fácil tendido<br />

y unión dan excelentes resultados para redes de abastecimiento<br />

de gas natural y otros tipos de gases.<br />

De acuerdo a las normas existentes (DIN 19630) las tuberías<br />

HDPE pueden utilizarse en todas las conducciones de<br />

gas que alcancen una presión máxima de servicio de 4<br />

kg/cm2 (Norma DVGWG 475, G472)<br />

La resistencia de las tuberías HDPE a los residuos aromáticos<br />

u otros componentes <strong>del</strong> gas natural es muy elevada.<br />

En el ensayo de presión interna las tuberías con gas soportan<br />

sin romperse 5 veces más tiempo que con agua potable.<br />

Por lo tanto la duración predecible de las tuberías HDPE<br />

subterráneas que se ajustan a las especificaciones existentes<br />

es muy superior a los 50 años con una temperatura máxima<br />

de 20ºC.<br />

En tuberías HDPE de diámetro hasta 110 mm. El sistema<br />

Plasson nos asegura una excelente unión. También se usan<br />

las soldaduras de manguitos con elementos calefactores y<br />

las soldaduras de tope.<br />

48<br />

Además se usan las uniones con manguitos electrosoldables.<br />

Las pérdidas de gas por permeabilidad específica son mínimas,<br />

debido al grueso de las tuberías HDPE. Según las<br />

mediciones realizadas, las pérdidas por difusión alcanzan<br />

únicamente una fracción (1/1000) de las que suelen registrarse<br />

en las redes de abastecimiento. La permeabilidad a<br />

los gases, determinada por las compañías de gas, confirma<br />

que las pérdidas anuales que sufren las tuberías HDPE destinadas<br />

a las presiones citadas, son tan escasas que carece<br />

de importancia económica y ecológica, así como en cuanto<br />

a su seguridad.<br />

En conducciones antiguas de hierro fundido y que han perdido<br />

su hermeticidad la técnica <strong>del</strong> relinning, permiten reparar<br />

la red de tuberías con bastante economía.<br />

Tubería para Aire Comprimido<br />

La aplicación de las tuberías HDPE en aire comprimido se<br />

ha desarrollado principalmente con la aparición de los fittings<br />

tipo Plasson que permiten una fácil instalación además<br />

de una absoluta estanqueidad al paso <strong>del</strong> aire.<br />

Las principales ventajas de esta aplicación son:<br />

- Fácil de transportar, se fabrican en tiras de 3, 6,<br />

12 m o en rollos de 100 mts.<br />

- Fácil de cortarlas; no se necesita personal<br />

especializado.<br />

- Resistencia a la corrosión; las aguas sulfatadas<br />

no le afectan,<br />

- Las instalaciones se arman como un mecano<br />

en poco tiempo y son fácil de desmontar y<br />

trasladar para su aplicación en otro lugar.<br />

- Gran resistencia al impacto (no se quiebra).<br />

- A través de flanges o fittings especiales se<br />

pueden conectar fácilmente a instalaciones<br />

de acero antiguo, con conexiones tipo Victaulic<br />

o flange.<br />

- El costo de instalación es menor que en acero.<br />

- Existe una amplia gama de fittings Plasson<br />

para cualquier aplicación.<br />

- Se puede usar el mismo sistema de aire<br />

comprimido para agua potable o industrial.<br />

- Las tuberías HDPE en instalaciones subterráneas<br />

o al aire libre no necesitan mantención.<br />

Transporte Hidráulico de Relaves en Minería<br />

En los países mineros por excelencia como EE.UU.,<br />

Canadá, Sud-Africa, el HDPE ha dado excelente resultado<br />

en transporte hidráulico de sólidos en suspensión.<br />

Para esta aplicación se usa principalmente tuberías sobre<br />

110 mm de diámetro, de clase 10 y 16. El sistema de unión<br />

usado es de flanges con bridas o soldadura de tope. En soldadura<br />

de topes es conveniente sacarle la rebaba interna de<br />

la soldadura. Para esto se usa u equipo especial que saca la<br />

rebaba sin dañar internamente la tubería.


Protección de cables Eléctricos y Telefónicos<br />

Los tubos HDPE para la protección de cables pueden fabricarse<br />

de cualquier longitud. Por este motivo, su empleo<br />

resulta hoy en día corriente en la construcción de conducciones<br />

subacuáticas enterradas hasta el punto que al tender<br />

los conductores de agua y gas, también se tiende una cantidad<br />

suficiente de tubos vacíos para la posterior introducción<br />

de cables.<br />

Los tubos sumergibles para la protección de cables deben<br />

calcularse contra deformaciones abolladuras tomando como<br />

punto de referencia un terreno no aprisionado con una densidad<br />

Procto (Dp = 85%)<br />

Enfriamiento de Tendidos Eléctricos Subterráneos<br />

En el paso de zonas densamente pobladas o aglomeraciones<br />

industriales, los cables eléctricos de alta tensión deben<br />

tenderse en canalizaciones subterráneas. Para poder transportar<br />

más energía (400 KW y más ), hay que refrigerarlas al<br />

objeto de que no se destruya prematuramente su aislamiento<br />

sensible a la temperatura.<br />

En Europa se vienen instalando desde 1968 líneas eléctricas<br />

subterráneas, refrigeradas por el agua que circula a través<br />

de tuberías HDPE.<br />

Para esta aplicación las tuberías HDPE ofrecen las siguientes<br />

ventajas:<br />

- Resistencia a la corrosión;<br />

- Paredes lisas con buenas condiciones hidráulicas;<br />

- Suministro en carretes;<br />

- Instalación en rollos;<br />

Por refrigeración indirecta (tendido paralelo a las líneas eléctricas<br />

), se puede transportar entre un 70 % y 80% más de<br />

energía.<br />

Por refrigeración directa (cables eléctricos instalados dentro<br />

de los conductos de refrigeración) se puede transportar un<br />

100 % más.<br />

Conducción de líquidos o gases a baja temperatura<br />

En instalaciones de refrigeración resulta necesario trasladar<br />

gases o líquidos a bajas temperaturas.<br />

Para esta aplicación la tubería HDPE presenta las siguientes<br />

características favorables<br />

- Resistencia a temperaturas bajas hasta menos de 40ºC;<br />

- Baja conductividad térmica;<br />

- Buen coeficiente de roce para conducción de gases y líquidos;<br />

- Resistencia a la corrosión<br />

- Bajo peso especialmente apropiado para instalaciones en<br />

altura;<br />

- Fácil instalación.<br />

Para una mejor protección, la tubería HDPE puede recubrirse<br />

con otra cañería de mayor tamaño colocando poliuretano<br />

expandido. También es posible de recubrir el polietileno con<br />

cualquier otro aislante tradicional.<br />

Aplicación en plantas mineras<br />

Las tuberías HDPE han reemplazado a las tuberías de hierro<br />

recubiertas con goma y las tuberías de acero inoxidable<br />

en innumerables aplicaciones mineras.<br />

Su bajo costo y su fácil instalación ha significado que las instalaciones<br />

modernas tengan una proporción cada vez mayor<br />

de estas tuberías HDPE.<br />

El reemplazo de antiguos sistemas de cañerías a HDPE es<br />

relativamente fácil ya que existen los fittings y elementos<br />

para efectuar estos cambios.<br />

El largo tiempo de duración, el bajo costo, la fácil instalación<br />

y la escasa mantención hacen que la tubería HDPE tenga<br />

ventajas comparativas interesantes respecto a los <strong>material</strong>es<br />

tradicionales.<br />

El polietileno de alta densidad resiste prácticamente a todos<br />

los elementos corrosivos de la industria minera y las tuberías<br />

se aplican en rangos de temperaturas que van desde -<br />

40ºC a 60ºC y a presiones de hasta 16 kg/cm<strong>2.</strong><br />

Las tuberías HDPE se utilizan por ejemplo en las siguientes<br />

instalaciones:<br />

- Plantas de flotación<br />

- Plantas de lixiviación<br />

- Plantas de extracción por solventes<br />

- Plantas para tratamiento de carbón<br />

- Refinerías electrolíticas<br />

- Plantas de cianuración<br />

- Conducción de petróleos y gases<br />

- Plantas de obtención de yodo<br />

Transporte de Líquidos Corrosivos en Plantas Químicas<br />

Al igual que en el sector minero las tuberías HDPE han desplazado<br />

<strong>del</strong> mercado a los sistemas tradicionales que entra<br />

en el rango de competencia de este producto.<br />

Las plantas modernas de celulosa y refinación de azúcar en<br />

los países desarrollados han adoptado las tuberías HDPE<br />

con bastante éxito.<br />

Riego en agricultura<br />

La aplicación tradicional de las tuberías HDPE ha sido en la<br />

agricultura.<br />

Las aplicaciones agrícolas principales son:<br />

- Transporte de agua para dar de beber a los animales y<br />

riego menor en zonas áridas.<br />

- Riego por aspersión, su flexibilidad y facilidad de enrollado<br />

permite tener sistemas de riego por aspersión móviles.<br />

-Riego por goteo. En la última década el riego por goteo ha<br />

incrementado la productividad agrícola además de aumentar<br />

el número de hectáreas regadas, por un mejor aprovechamiento<br />

de las aguas.<br />

En estas aplicaciones han tenido principal importancia las<br />

tuberías, fittings y accesorios HDPE.<br />

49


Técnica <strong>del</strong> relinning<br />

Para restaurar canalizaciones deterioradas ya existentes,<br />

ha dado excelentes resultados introducir en su interior tuberías<br />

HDPE. Este económico procedimiento se conoce por<br />

“relinning”, pudiendo utilizarse para canalizaciones de aguas<br />

residuales, tuberías de agua potable, conductos de gas y<br />

conducciones subacuáticas enterradas.<br />

Mediante el mismo, los conductos de nivel libre pueden convertirse<br />

en conductos de presión, para incrementar su capacidad.<br />

Ello reza también para las redes de gas a baja presión,<br />

que pueden adaptarse apara presiones medias y altas.<br />

El diámetro de las tuberías flexibles a introducir, llega en la<br />

actualidad a 630 mm. Según el estado y el trazado de la<br />

canalización antigua, pueden introducirse tuberías de hasta<br />

400 m.<br />

50<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Conducto de Aguas Servidas al Fondo <strong>del</strong> Mar<br />

<br />

La longitud de éstas depende de su peso específico, el<br />

esfuerzo de tracción admisible, que no debe exceder de 10<br />

N/mm2 , y <strong>del</strong> coeficiente de rozamiento, que en los tendidos<br />

que se han realizado hasta ahora no ha excedido de 0,8. Los<br />

tramos de tubería se unen con bridas desmontables en<br />

excavaciones practicadas al efecto. La “pera”, tiene por<br />

objeto evitar que se deteriore la tubería y en eliminar las últimas<br />

asperezas. Para que la tubería introducida no sufra<br />

variaciones longitudinales a causa de cambios de temperatura<br />

y de esfuerzos hidrodinámicos, el espacio existente<br />

entre la misma y la canalización antigua puede rellenarse<br />

p.ej. con hormigón de baja viscosidad. Si éste se bombea, la<br />

presión utilizada para ello no debe superar ala presión de<br />

abolladura de la tubería, adaptando medidas adecuadas -<br />

p.ej. llenando de agua la tubería de plástico y aplicando una<br />

sobrepresión interna, se evitará que los empujes ascensionales<br />

y a presión <strong>del</strong> <strong>material</strong> de relleno puedan abollarla<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

El problema de las aguas servidas y la contaminación de las playas hace necesario un manejo de los resíduos, que permita<br />

solucionar esta dificultad.<br />

Las tuberías HDPE por sus características, son adecuadas para el transporte de resíduos al fondo <strong>del</strong> mar.<br />

La tubería se puede preparar en la playa y tirarla hacia el mar con un remolcador. La tubería se lastra con anillos de hormigón.<br />

Una vez que la cañería está flotando en la superficie <strong>del</strong> mar, se llena de agua con lo cual los anillos de lastre la llevan hasta<br />

el fondo.<br />

En el lecho se puede enterrar la tubería empotrándola con pilares de madera que la fijen ante cualquier movimiento.<br />

Los anillos de lastre deben estar separados de la tubería por anillos de goma.<br />

Esta técnica es muy usada en las playas, y puertos de Europa y Estados Unidos, llegándose a fabricar tuberías para este<br />

efecto de hasta 1,5 mts de diámetro.


Conducciones subacuáticas enterradas<br />

Una aplicación muy interesante para las tuberías HDPE la<br />

constituyen las conducciones subacuáticas enterradas, ya<br />

empleadas con éxito en muchos lugares de Europa,<br />

América, Australia y Africa para atravesar ríos, canales,<br />

lagos o brazos de mar.<br />

Con las tuberías HDPE dejan de ser necesarios los costosos<br />

elementos prefabricados de adaptación al perfil <strong>del</strong> fondo,<br />

denominados “cuellos de cisne”, toda vez que por su flexibilidad<br />

natural se amoldan perfectamente por sí mismas a las<br />

irregularidades <strong>del</strong> terreno dentro de determinados radios<br />

mínimos en función de su presión interna.<br />

Las conducciones subacuáticas enterradas se utilizan como:<br />

- tuberías de presión, por ejemplo: para agua potable.<br />

- tuberías de nivel libre, por ejemplo: para aguas residuales<br />

- tuberías para la protección de cables.<br />

Una conducción subacuática enterrada puede estar integrada<br />

por una o varias tuberías situadas una al lado de otra o<br />

en forma de manojo.<br />

Según el tipo de aguas a atravesar,, estructura <strong>del</strong> fondo y<br />

factores de seguridad, las conducciones subacuáticas enterradas<br />

pueden tenderse por tres métodos diferentes.<br />

Tendido sobre el fondo<br />

Si las circunstancias lo permiten, la tubería se tiende sencillamente<br />

sobre el fondo. Las distintas secciones de la misma<br />

se unen entre sí por soldadura en la orilla. La conducción<br />

resultante se transporta se transporta al agua después de<br />

haberla lastrado con anillos de hormigón, se tiende sobre el<br />

lugar donde ha de ir instalada y se sumerge inundándola.<br />

Tendido en una zanja subacuática<br />

Según las condiciones locales de las aguas a atravesar, después<br />

de haber soldado y lastrado en la orilla los distintos tramos<br />

que la componen, la tubería se hace flotar sobre la<br />

zanja ya trazada y se sumerge en la forma descrita más arriba,<br />

o bien se hace avanzar de una orilla a otra arrastrándola<br />

por el fondo de la zanja, después de haber dispuesto adecuadamente<br />

los elementos de lastrado.<br />

Una vez tendida la tubería en el fondo de la zanja, ésta se<br />

colma. El relleno hasta la parte superior de aquella debe<br />

realizarse, de ser posible, con tubos de guía, para evitar que<br />

sufra cargas.<br />

Tendido directo mediante arado de dragado<br />

Las tuberías enteras se tienden sin elementos de lastrado<br />

sobre la superficie <strong>del</strong> agua o bien, según sus dimensiones,<br />

se embarcan en carretes o rollos a bordo de la embarcación<br />

que debe realizar el tendido.<br />

Los tubos introducidos en el arado de dragado se unen al<br />

extremo de la conducción que ha quedado en la orilla o se<br />

fijan en la misma, hundiendo a continuación el arado en un<br />

hoyo excavado directamente en la orilla.<br />

El tendido propiamente dicho empieza cuando el dragador<br />

se ha sujetado al costado de la embarcación.<br />

Unas toberas situadas en el lado de avance de la draga dan<br />

paso a 8000 a 12000 l/min. de agua a una presión de 10-12<br />

bares, que al abrir una estrecha franja en el terreno permiten<br />

el avance de aquella por el fondo. La embarcación y el arado<br />

de dragado se trasladan lentamente hacia la orilla opuesta<br />

por medio de cabrestantes, desenrollándose entre tanto y<br />

saliendo por la parte inferior <strong>del</strong> arado la tubería HDPE a tender.<br />

Una vez que ha pasado el arado de dragado, las paredes de<br />

la zanja se unen de nuevo, encerrando el tubo acabado de<br />

colocar. Según la estructura <strong>del</strong> fondo y las necesidades, el<br />

tubo queda enterrado a una profundidad de 2 a 6 metros por<br />

debajo de aquel.<br />

En Finlandia Central hubo que tender durante el invierno una<br />

conducción de agua potable a través de un lago de varios<br />

centenares de metros de anchura. A tal objeto se colocaron<br />

en ambas orillas rollos de cable que se fueron desenrollando<br />

sobre el hielo que cubría la superficie <strong>del</strong> agua soldando<br />

a continuación sus extremos. Después de enfriada la costura,<br />

el tubo se rodeó con alambre de plomo y se tendió en un<br />

surco libre de hielo, sumergiéndose en el fondo <strong>del</strong> lago al<br />

llenarlo de agua potable.<br />

Era necesario unir dos fábricas de celulosa situadas a orillas<br />

de un lago con una conducción de agua de 4800 m a través<br />

<strong>del</strong> mismo. Con un diámetro exterior de 355 mm, se requirió<br />

un grueso de paredes de 20,1 mm para soportar una presión<br />

de trabajo de 6 bares a una temperatura máxima de 20ºC.<br />

Las distintas secciones de la tubería, de una longitud de 15<br />

m cada una, se soldaron entre sí directamente a la orilla <strong>del</strong><br />

agua, obteniéndose tramos de más de 100 m. Para ello, se<br />

empleó, también en este caso, un aparato de soldadura a<br />

tope.<br />

A las secciones de tubería, lastradas con anillos de hormigón,<br />

se soldó en sus extremos, con el aparato anteriormente<br />

citado, collares prefabricados, arrastrándolas posteriormente<br />

a la orilla y subiéndolas sobre pequeñas balsas para<br />

facilitar la unión de las bridas.<br />

En Noruega meridional se fabricó un tubo continuo de 2100<br />

m t 226 x 28 mm (previsto para sobrepresión interna de 16<br />

bares y 15ºC de temperatura de servicio).<br />

Aún cuando la fábrica no esté emplazada junto al agua, las<br />

tuberías HDPE pueden elaborarse de manera continua<br />

sobre el terreno mediante extrusoras portátiles. De este<br />

modo, se ha construído a orillas <strong>del</strong> Báltico un conducto de<br />

desagüe de aprox. 2 Km. de longitud y de 630 mm de diámetro<br />

exterior, que se sumergió en el fondo <strong>del</strong> mar a 2,5 m.<br />

de profundidad.<br />

Mediante conductos a presión de Hostalen, conectados a<br />

una planta depuradora central, puede evacuarse de manera<br />

económica las aguas residuales de las poblaciones ribereñas<br />

<strong>del</strong> lago de Atter (Austria). Mientras que las canalizaciones<br />

costeras deben seguir las orillas accidentadas de dicho<br />

lago, contorneando zonas pantanosas y otras dificultades<br />

similares, el recto trazado de las conducciones subacuáticas,<br />

que se tienden en un tiempo mínimo, permite acceder<br />

directamente a los puntos neurálgicos.<br />

51


Se han instalado 27 Km. de dichas conducciones, de 140 a 600 mm de diámetro, a una profundidad máxima de 140 m. Su<br />

fabricación se realizó mediante una extrusora portátil instalada a orillas <strong>del</strong> lago, en tramos de aprox. 1000 m de longitud,<br />

que posteriormente se unieron entre sí mediante collares prefabricados y bridas desmontables. Las conducciones lastradas<br />

con bloques de hormigón instalados a una distancia de 3 a 4 m entre sí, se remolcaron al lugar previsto para su instalación,<br />

sumergiéndose por inundación.<br />

52<br />

Técnica de Relinning para el<br />

encamisado de tuberías existentes.<br />

Thyssen <strong>Plastic</strong> <strong>Solutions</strong><br />

Ruta Nac. Nº 148 - Km. 716<br />

Villa Mercedes (S. Luis) Argentina<br />

Tel: (54) 02657 445700 (Rot.) / Fax: 445705<br />

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