Piezas Especiales para la Fabricación de Tuberías de Hormigón
De Construmatica
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Son piezas especiales aquellas que, si bien por su forma y uso tienen una consideración diferenciada del resto de la tubería, tienen por objeto dar continuidad al sistema de saneamiento.
En algunos casos precisan un estudio particular, ya que debido a su forma y función tienen solicitaciones distintas a las que soporta un tramo cualquiera de tubería.
Entre las piezas estandarizadas cabe citar:
- Pozos de registro y elementos complementarios
- Reducciones
- Derivaciones o entronques
- Tubos cortados a inglete
- Codos
- Curvas poligonales
- Tubos para recibir acometidas directas
- Sumideros
- Acometidas
- Cámaras de descarga
- Aliviaderos de crecida
- Anclajes
Los pozos de registro son objeto de estudio específico independiente.
En las tuberías de hormigón armado, los cambios de alineación de la traza de la tubería se consiguen mediante el corte al bies y posterior unión de tubos, salvo las variaciones muy pequeñas, que pueden conseguirse con la deflexión de las juntas.
Los entronques, en general, se producen coincidiendo con los pozos de registro.
Pozos de registro y elementos complementarios
Los pozos prefabricados de hormigón permiten un considerable ahorro en mano de obra respecto a los pozos construidos "in situ" fábrica de ladrillo o cualquier otro material. También permiten un rápido montaje por lo que son requeridos al presentar una construcción integrada de la conducción y pronto tapado de la misma.
Se dispondrán pozos de registro que permitan el acceso para inspección y limpieza
- En los cambios de alineación y de pendiente de la tubería..
- En las uniones de los colectores o ramales.
- En los tramos rectos de tubería en general a una distancia máxima de 50 m. Esta distancia máxima podrá ser de 75 m en función de los métodos de limpieza previstos.
a) Tipología y dimensiones de los pozos de registro
Un pozo de registro prefabricado de hormigón se compone de la combinación de diferentes elementos o módulos unidos entre sí por superposición, e intercalando juntas elásticas que confieran a estas uniones estanquidad suficiente.
El módulo base (1) es la parte inferior del pozo de registro. Incluye la solera y un alzado circular de altura suficiente para permitir el entronque de los tubos incidentes.
El módulo base podrá ser suministrado con los orificios necesarios para el entronque de los tubos mediante junta elástica, o bien podrá ser suministrado con unos tubos cortos incorporados.
- Pozo de registro para D = 400, 500 y 600 mm
- Pozo de registro para D = 400, 500, 600 mmbis
- Pozo de registro en emisarios D = 800 y 1.000 mm
- Pozo de registro en emisarios D = 1200 y 1.500 mm
En el caso de ser suministrados con orificios aptos para juntas elásticas, éstos podrán realizarse en la fase de moldeo o posteriormente mediante taladro.
Los módulos bases también pueden ser del tipo pozo chimenea. Estos pozos chimenea pueden utilizarse para la conexión de tubos de hormigón armado para diámetros nominales mayores de 800 mm. Estos pozos son complementarios a la red de saneamiento de gran interés debido a que reúnen las siguientes ventajas:
- Facilitan enormemente la colocación al montarse de la misma forma que un tubo, de manera que la conexión con la tubería que llega hasta el pozo se realiza mediante uniones de tipo tubo-tubo en lugar de uniones de tipo pozo-tubo.
- Se hace innecesario ensanchar las zanjas en las trazas al ser el diámetro del pozo igual al del colector.
- Permiten el acceso, paso de hombre, para operaciones de inspección y limpieza.
- Son visitables al ser su diámetro nominal o igual a 800 mm.
- Incorporan orificios para pates de bajada o los pates ya instalados.
- El recrecimiento del pozo se realiza con anillos y conos estancos.
- En áreas urbanas la instalación de este tipo de pozos no demora el relleno de las zanjas y permite una rápida entrada en servicio de la conducción.
Es posible que el módulo base se suministre con las cunas hidráulicas incorporadas. Si es éste el caso, la pendiente superior de las mismas hacia la acanaladura debe ser como mínimo del 5%, y de acuerdo a lo estipulado en los documentos de fabricación.
La altura de las cunas desde el fondo de la acanaladura será:
- Tipo A. El menor valor del diámetro nominal del tubo de salida ó 400 mm.
- Tipo B. La mitad del diámetro nominal del tubo de mayor diámetro que incida en el pozo.
La losa de cierre o de transición (2) es el elemento plano circular que incluye un orificio circular excéntrico.
- Dispositivo de cierre de hormigón-fundición A-15
- Dispositivo de cierre de hormigón-fundición B-125
- Marco circular de hormigón-fundición
- Tapa de fundición para pozo de registro
- Marco cuadrado de fundición
- Marco de fundición para calzada
- Elementos de reducción. Losas de partición
Estos elementos permiten:
- El cierre superior de un pozo, en sustitución del elemento cónico, en cuyo caso el orificio de la losa es el correspondiente a la boca de acceso.
- La transición entre elementos de alzado de diferente diámetro, en cuyo caso el orificio de la losa corresponde al diámetro del módulo superior.
Las juntas (3) que intervienen en un pozo de registro son:
- 1. Aros elásticos que se intercalan entre los diferentes módulos de un pozo.
- 2. Aros elásticos que sirven para la unión elástica y estanca entre los tubos y el pozo de registro.
Para pozos de diámetro ³ 1.000 se dispondrán elementos partidores de altura cada 3 m como máximo.
- Elemento de partición
El módulo de recrecido (4) corresponde a los alzados del pozo. Es un tramo circular abierto en sus dos extremos.
El módulo cónico (5) es el elemento que permite la transición entre el diámetro interior del pozo y el diámetro de la boca de acceso, o bien la transición entre módulos de alzado de diferente diámetro.
- Elementos de reducción. Módulos cónicos
Los conos son generalmente asimétricos, de manera que la escala de pates puede llegar hasta la abertura superior manteniendo la misma dirección vertical que en los anillos, pero también pueden ser simétricos.
El módulo de ajuste (6) es el elemento que sirve para ajustar la altura total sobre el cono o losa de cierre y/o para acomodar de forma apropiada el marco de la tapa de registro.
Los pates son elementos individuales que empotrados en la pared interna de los elementos, forman la escalera de acceso al interior de los pozos de saneamiento.
- Pates
El material constitutivo de los pates debe tener las características precisas y suficientes para garantizar su durabilidad y en las condiciones ambientales propias del interior de una red de saneamiento. No deben emplearse pates de acero al carbono, ni pates de fundición sin la protección adecuada.
Los pates conformados en U, requieren las siguientes condiciones geométricas, recogidas en la norma UNE 127.011:
- El travesaño de apoyo debe tener una longitud mínima entre extremos de 300 mm y máxima de 400 mm.
- La separación de la pared del pozo en su punto medio estará comprendida entre 120 mm y 160 mm.
- La longitud de empotramiento mínima en la pared del pozo debe ser de al menos de 75 mm y máxima de 85 mm.
- La sección transversal mínima del travesaño del apoyo estará comprendida entre los Æ 20 mm y Æ 35 mm.
- El pate tendrá el diseño adecuado para que el travesaño de apoyo tenga topes laterales que impidan el deslizamiento lateral del pie.
- El travesaño de apoyo contará con estrías, resaltes, etc. que eviten el deslizamiento.
- Los pates deben situarse en alineación perfectamente vertical de forma que la separación entre ellos esté comprendida entre 250 mm y 350 mm. En todo caso la diferencia de separación entre pates respecto del diseño tendrá una tolerancia de ± 10 mm. La separación del pate superior más próximo a la boca de acceso en un módulo cónico estará comprendida entre 400 y 500 mm.
Es conveniente que los elementos prefabricados se suministren con pates incorporados, en cuyo caso el fabricante garantiza que una vez colocados los módulos en obra la separación entre ellos cumpla los requisitos anteriores así como su correcto anclaje.
En este supuesto deben cumplirse los siguientes requisitos señalados en la precitada norma:
- Resistir una carga vertical de 2 kN sin presentar una deformación superior a 10 mm bajo carga, ni de 2 mm remanente.
- Resistir una carga de tracción horizontal de 3,5 kN.
El tubo corto es un tubo de hormigón armado de longitud máxima la del espesor de la pared de la base más la mitad del diámetro nominal del mismo, con un máximo de 500 mm medido desde la pared exterior del pozo. Los tubos cortos se encuentran sólidamente empotrados a la pared del módulo base.
El tubo biela es un tubo de hormigón armado, situado a continuación del tubo corto, cuya longitud no puede exceder la del tubo componente de la conducción y como máximo 1,5 m.
El diámetro nominal es el número entero que da las dimensiones de fabricación en mm para el diámetro interior de los elementos circulares, así como el diámetro interior máximo del elemento cónico, y el diámetro interior útil de las losas de cierre o transición. Los módulos cónicos y las losas de cierre o transición se definen también por el diámetro útil del orificio superior.
La altura útil "h" de un módulo de pozo de registro es la distancia entre las superficies de junta, en general entre el fondo del extremo hembra y el borde más saliente del extremo macho.
b) Acabado de los módulos
El diseño del módulo base y sus espesores está directamente relacionado con el sistema de colocación de junta entre módulo y tubo, de forma que se garantice una correcta posición geométrica.
La superficie de los módulos no presentará daños que pudieran influir negativamente en su comportamiento estructural, estanquidad o durabilidad.
Se pueden admitir burbujas u oquedades cuyas dimensiones no superen los 15 mm de diámetro y 6 mm de profundidad.
Las secciones extremas de los módulos que constituyen la junta no deben tener irregularidades que afecten negativamente a la estanquidad.
Se admitirán fisuras de retracción o térmicas con una anchura máxima de 0,15 mm, así como elementos de hormigón armado sometidos a pruebas de fisuración con fisuras remanentes de hasta 0,15 mm de anchura, siempre y cuando se compruebe que no afectan a la resistencia o estanquidad del módulo. Antes de medir las fisuras se podrá humedecer el elemento durante 24h.
Los módulos podrán ser:
- Armados: aquellos que llevan armadura con función estructural.
- En masa: aquellos que no llevan armadura, o la que llevan no tiene función estructural.
Las reparaciones y repasos serán admisibles, siempre que el producto final cumpla todos los requisitos exigidos en la norma UNE 127.011.
c) Características geométricas. Dimensiones.
Dimensiones interiores
Las dimensiones nominales para módulos circulares se siguiente la tabla:
En elementos circulares el cálculo de la dimensión interior se realizará tomando tres medidas del diámetro interior en cada uno de los extremos y separadas entre sí 60º.
Las medidas se tomarán a una distancia de entre 50 mm y 200 mm de cada extremo, y se medirá redondeando al milímetro.
Para la evaluación de la desviación respecto a la ortogonalidad de los extremos debe ser determinada la máxima diferencia entre las distancias verticales h1 y h2 tomadas desde el apoyo horizontal entre dos puntos diametralmente opuestos.
La desviación máxima admisible para la ortogonalidad de los extremos de los módulos base o módulos de recrecido es la indicada en la tabla 4.7.1.a
Espesores
Se establecen los siguientes espesores mínimos recomendados:
El control de estos espesores según la norma UNE 127.011 se efectua tomando tres medidas en cada uno de los extremos abiertos y a una distancia de entre 50 mm y 200 mm de los mismos. Estas medidas se repartirán de forma equidistante a lo largo de toda la circunferencia del elemento.
El diseño del módulo base y sus espesores está directamente relacionado con el sistema de colocación de junta entre módulo y tuba, de forma que se garantice una correcta posición geométrica.
Alturas
Las alturas útiles de los diferentes módulos deben estar comprendidas entre los siguientes valores:
El fabricante debe especificar las dimensiones de los diferentes módulos en su documentación de fabricación.
Relación de diámetros entre módulos base y tubos incidentes
Se establece la siguiente relación de diámetros máximos de los tubos incidentes en función del diámetro nominal del módulo base, de forma que se garantice un mínimo de 250 mm de anchura en las cunas hidráulicas.
Estos diámetros máximos de tubos incidentes deberán reducirse en el caso de que así lo exija la disposición geométrica adecuada de la junta de unión entre tubo y pozo.
d) Profundidad máxima
La figura 4.7.1.f representa las acciones que se ejercen sobre la periferia del pozo. Al empuje del suelo se superpone la presión hidrostática cuando existe.
La presión lateral p, producida por las tierras normalmente a la superficie del pozo, puede estimarse en
en que
p = presión en N/m²
j = ángulo de rozamiento interno
gt = peso específico del terreno natural en N/m³
h = profundidad en m a la que se mide la presión
Para hallar la máxima profundidad del pozo en las condiciones más desfavorables, se considera el terreno anegado, es decir con agua en toda su profundidad. La presión en la base del pozo, a su profundidad h, viene dada por
donde
ge = peso específico efectivo del suelo anegado, igual a su peso específico saturado menos el peso específico del agua (10000 N/m³). Para un suelo arcilloso, puede tomarse ge = 19500-10000= 9500 N/m³
Como valor del ángulo de rozamiento interno puede adoptarse j= 30º, con lo que resultaj
En estas condiciones, la presión e la superficie exterior del pozo, a la profundidad h es p = (0,33 x 9500 + 10000 ) h = 13135 h N/m² para h en m.
Excepto para la sección del pozo de registro donde la línea de saneamiento está conectada, la presión p, actuará en el pozo de registro de forma igual alrededor de la periferia y de modo que esté la sección en compresión pura sin transmitir momentos de flexión en las secciones de hormigón en el plano horizontal. Considerando la mitad de laa sección, la tensión de compresión en el pozo de registro es:
sc = tensión de compresión en el tubo
D = diámetro del pozo de registro
t = espesor de la pared del pozo de registro
Si la mínima pared del pozo es usada debería ser un doceavo del diámetro del pozo.
Considerando tensiones admisibles de compresión del 45% de la resistencia última de compresión del hormigón. Si tomamos como valor de resistencia última del hormigón sc = 25. 106 N/m² y sustituimos en la ecuación obtendremos:
La máxima profundidad admisible de un pozo de registro es para todos los propósitos prácticos ilimitada. Por tanto, el factor limitante para la profundidad del pozo de registro es la resistencia que soporta la base de la estructura o la resistencia de rotura de los finales de los módulos de recrecido. La fuerza vertical actuante en la base o en los finales de los módulos de recrecida es dependiente del asiento relativo de la masa adyacente del suelo y no conduce a precisar análisis. Sin embargo, si sólo el peso del módulo de recrecido del pozo de registro y de la parte superior fueran consideradas, se podría permitir una altura teórica de 42,5 m.
Reducciones
Son tubos especiales que tienen diferente diámetro interior en un extremo que en el otro. Sirven para reducir el diámetro de una conducción cuando un incremento de pendiente lo hace conveniente, o para aumentar dicho diámetro antes de una pieza en T, o en Y, a través de las cuales recibirá la conducción un incremento de caudal.
En los enlaces de las reducciones de distinta sección la posición relativa de ambas en alzado debe ser tal que se mantenga en ambas el mismo nivel de la lámina de agua o, lo que es lo mismo, el mismo gradiente energético. En último extremo se adopta la posición de que ambos conductos tengan la misma cota de clave.
Derivaciones o entronques
Son piezas prefabricadas especiales que permiten la conexión de los tuberías incidentes. Tienen la particularidad de evitar que los incrementos de los caudales que se aportan originen la mínima perturbación hidráulica o mecánica.
También pueden emplearse estas piezas en los supuestos generalmente más excepcionales de partición del caudal de un conducto en los conductos de sección más reducida (derivaciones).
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Tubos cortados a inglete
Las fábricas de tubos de hormigón han ido incorporando progresivamente instalaciones de corte para seccionar los tubos armados. A estos efectos las operaciones más frecuentes son el corte de tubos de longitud a medida para bielas, y el corte a inglete para formar las curvas poligonales.
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Codos
Los cambios de dirección, que habitualmente se efectúan en los pozos de registro, pueden resolverse también con piezas especiales conformadas en las plantas de producción por manipulación de tubos frescos u otros procedimientos semiartesanales. En general son codos de ángulo superior a 110º.
Curvas poligonales
La formación de curvas poligonales que no pueden realizarse por deflexión angular de los tubos estándar pueden resolverse, bien con piezas especiales acodadas o por el seccionamiento de tubos (corte de fábrica que adecuadamente ingleteados resuelven los trazados de escaso radio).
Tubos para recibir acometidas directas
Aunque no es recomendable, por las perturbaciones que produce en el régimen hidráulico y por los posibles daños que pueden ocasionarse al colector, en algunas ocasiones y debido a la proximidad de varias acometidas, es inevitable conectar tubos de saneamiento de pequeño diámetro al ramal o colector principal. En estos casos pueden utilizarse tubos con perforaciones realizadas en planta bien con equipos de taladro o recibiendo el manguito de conexión.
Sumideros
Los sumideros tienen por finalidad la captación y traslado de las aguas superficiales a la red. Además tienen la posibilidad de interceptar basuras, sedimentos y otros sólidos arrastrados por las aguas.Suelen situarse en arcenes de calzada, en paramentos de acera, entre calzadas y aceras, o bien en canaletas perpendiculares a la línea de máxima pendiente de escorrentía. Su ubicación es imprescindible para el desagüe de puntos bajos.
Los problemas más importantes de estos elementos vienen dados por su posible obstrucción y por las dificultades de su limpieza. Por ello no es recomendable su colocación en calles no pavimentadas salvo que cada sumidero vaya acompañado de una arqueta registrable para la recogida y extracción periódica de las arenas y detritos depositados (areneros) o de un pozo absorbedero registrable que haga idéntica función.
Estos elementos se proyectarán conectados directamente a un pozo de la red, o a través de una tubería de diámetro inferior a 30 cm.
Pozos absorbederos
Se les suele llamar también absorbederos o imbornales. Son las bocas o aberturas por las que las aguas superficiales (de lluvia o de limpieza) son conducidas a la red de saneamiento.
Permite el establecimiento de una red de pluviales paralelo a los colectores, reduciendo el número de acometidas en calzada.
Cámaras de limpieza y descarga
Para ayudar a las operaciones de limpieza se construyen depósitos en los que el agua va almacenándose lentamente gracias a la llegada de pequeños caudales, y se vacían repentinamente, bien sea a mano, o bien por medios automáticos.
Hoy en día se utilizan, casi exclusivamente, las cámaras de descarga automática. En ellas la descarga se produce cuando el agua llena el depósito, mediante un aparato de descarga.
Aliviaderos de crecida
Con objeto de no encarecer excesivamente la red y cuando el terreno lo permite se dispondrán aliviaderos de crecida visitables, para laminar los caudales excepcionales producidos por las aguas de lluvia, reduciendo así la sección de la tubería a emplear.
El caudal a partir del cual empieza a funcionar el aliviadero se justificará en cada caso, teniendo en cuenta las características del cauce receptor y las del efluente.
Rápidos en colectores
En colectores, si se precisa perder altura y no se hace con registros, es necesario acudir a resaltos en forma de gola o S, o bien con solera escalonada revestida de losas para resistir la abrasión.
Esta última solución, denominada de cascada, exige una reposición frecuente de los escalones si no se refuerzan. Es recomendable realizar estos rápidos duplicados, de forma que uno esté en funcionamiento y otro cerrado de forma alternativa.
Una solución experimentada en los Estados Unidos es la realización de estos rápidos con tuberías de hormigón armado intercalando piezas especiales en forma de anillos de menor sección.
- Pozo de resalto para D = 400, 500 y 600 mm
- Pozo de resalto para D = 800 y 1.000 mmm
- Pozo de resalto para D = 1.200 y 1.500 mm
Anclajes
Cuando las pendientes sean excesivamente fuertes o en los cambios de alineación puede ser necesario construir anclaje para la tubería mediante abrazaderas metálicas o macizos de hormigón adecuadamente cimentados.
Cuando una tubería de saneamiento entra en carga y tiene un extremo cerrado o reducido de sección, en este extremo se presenta un empuje axial igual al producto de la presión del agua por el área de la sección de la tubería. Este empuje puede alcanzar varias toneladas.
Este mismo esfuerzo aparece en otros elementos y accesorios de la red como pozos, codos, tés, reducciones, etc. También se hace necesario el empleo de anclajes en las conducciones expuestas a corrientes de agua, mareas, cursos fluviales, etc.
Acometidas en edificios
La acometida de edificios a la red de saneamiento deben tener su origen en arquetas que recojan las aguas de lluvia de las azoteas y patios, y las aguas negras procedentes de las viviendas, bastando arqueta única en el caso de redes unitarias. Desde la arqueta se accederá a la red general preferentemente a través de un pozo de registro.
Siempre que un ramal secundario o una acometida se inserte en otro conducto se procurará que el ángulo de encuentro sea como máximo de 60º.
- Acometida de saneamiento
Ventilación. Tomas de aire y chimeneas
Para garantizar las condiciones aerobias en las aguas que circulan por los colectores , para evitar retención de gases en los puntos altos de sumideros, afectando a los viandantes y habitantes de la zona, se hace precisa la instalación de chimeneas de ventilación. Por diferencia entre la temperatura prácticamente constante en el interior del colector y las temperaturas exteriores se establecen corrientes de aire que garantizan la ventilación adecuada. La altura de la chimenea debe ser de al menos 9 m sobre la calzada, siendo su diámetro interior mínimo de 20 cm.
Elementos de control, regulación y medida de caudales
La complejidad de las redes de saneamiento y el progresivo desarrollo de la tecnología especializada propicia la creciente utilización de elementos de control, regulación y medida de caudales.
Para la regulación de caudales se emplean tanques de retención, válvulas de torbellino y válvulas de vortex.
Asimismo en determinadas condiciones de las redes es preciso el empleo de válvulas antiretorno.
Actualmente se emplean sistemas integrados de captación, medida y registro de caudales de aguas residuales, así como diversos dispositivos de control de la red.
En general, la Industria del Prefabricado está desarrollando diferentes soluciones para los elementos contenedores basados en elementos estandarizados (marcos y elementos de pozos).
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