TECNICAS MODERNAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEOBRAS SANITARIAS E HIDRÁULICAS Docente: Humberto Cáceres Magnus Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres i TABLA DE CONTENIDO 1 CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS .......................................................................... 1 1.1 INGENIERIA HIDRAULICA................................................................................. 1 1.2 INGENIERÍA SANITARIA.................................................................................... 1 1.3 HISTORIA Y EVOLUCION DE LAS CONSTRUCCIONES HIDRAULICO - SANITARIAS ........................................................................................................ 3 1.4 PERFIL MINIMO DEL EQUIPO PROFESIONAL CONSTRUCTOR EN PROYECTOS SANITARIO - HIDRAULICOS..................................................... 4 1.5 DEFINICIONES.................................................................................................... 4 2 NORMAS PARA SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL ...................................................................................... 9 3 MATERIALES QUE SE EMPLEAN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS ........................................................................ 12 3.1 CEMENTOS ....................................................................................................... 12 3.2 ÁRIDOS .............................................................................................................. 13 3.3 AGUA.................................................................................................................. 15 3.4 ACERO DE CONSTRUCCIÓN ......................................................................... 15 3.5 TUBERÍAS DE PVC........................................................................................... 16 3.6 TUBERÍAS DE PE ............................................................................................. 20 3.7 TUBERÍAS DE FG ............................................................................................. 22 3.8 TUBERÍAS DE FFD ........................................................................................... 23 3.9 TUBERÍAS DE FIBRA DE VIDRIO (PRFV)...................................................... 26 3.10 TUBERÍAS DE CONCRETO............................................................................. 27 3.11 ADITIVOS Y PINTURAS ................................................................................... 28 3.12 HORMIGÓN INYECTADO ................................................................................ 30 3.13 HORMIGÓN PROYECTADO............................................................................ 33 3.14 FERROCEMENTO ............................................................................................ 34 3.15 TANQUES PE .................................................................................................... 35 3.16 GEOMEMBRANAS............................................................................................ 36 4 CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE ............................... 39 4.1 PARTES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE........................................... 39 4.2 CAPTACIONES ................................................................................................. 41 4.2.1 Tomas de vertientes .......................................................................................... 41 4.2.2 Tomas en arroyos y ríos .................................................................................... 42 4.2.3 Obras de toma de agua subterránea ................................................................ 49 4.2.4 Adecuaciones especiales .................................................................................. 51 4.3 ESTACIONES DE BOMBEO ............................................................................ 52 4.4 TRATAMIENTO DE AGUA................................................................................ 56 4.4.1 Pretratamiento.................................................................................................... 56 4.4.2 Tratamiento Convencional................................................................................. 57 5 CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO........................... 61 5.1 RECOLECCIÓN DEL AGUA RESIDUAL ......................................................... 62 5.1.1 Alcantarillado convencional ............................................................................... 62 5.1.2 Alcantarillado de diámetro reducido.................................................................. 62 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres ii 5.1.3 Alcantarillado condominial ................................................................................. 63 5.2 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL.......................................................... 65 5.2.1 Pretratamiento o tratamiento preliminar ........................................................... 66 5.2.2 Unidades de Tratamiento .................................................................................. 67 6 CONSTRUCCIÓN DE OBRAS HIDRÁULICAS ............................................... 73 6.1 OBRAS HIDROELECTRICAS........................................................................... 73 6.2 SISTEMAS de RIEGO....................................................................................... 76 6.2.1 Captaciones para Riego .................................................................................... 76 6.2.2 Pretratamiento.................................................................................................... 77 6.2.3 Almacenamiento ................................................................................................ 78 6.2.4 Distribución......................................................................................................... 78 7 PROBLEMAS FRECUENTES EN LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS ........................................................................ 80 8 SUPERVISIÓN Y SEGUIMIENTO TÉCNICO.................................................. 83 9 EJEMPLOS Y CASOS....................................................................................... 83 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 1 TECNICAS MODERNAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRÁULICAS 1 CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS 1.1 INGENIERIA HIDRAULICA El significado etimológico de la palabra hidráulica es “conducción de agua”, del griego; hydor, agua; y aulos, tubo o conducción. La Hidráulica Aplicada es bastante amplia como se presenta en la siguiente figura. Fuente: Manual de Hidráulica, Azevedo Netto – Guillermo Acosta 1.2 INGENIERÍA SANITARIA La ingeniería sanitaria es una rama de las ciencias que nace para dar solución a las necesidades básicas del ser humano para mejorar sus condiciones de salud y particularmente sus necesidades básicas para la provisión de agua potable, Hidráulica Aplicada Hidráulica Rural Hidráulica Urbana Hidráulica Marítima Hidráulica Fluvial Hidroeléctrica Instalaciones hidráulicas industriales Sistemas de agua potable Sistemas de alcantarillado sanitario Sistemas de desagüe pluvial Drenaje de áreas Riego Drenaje Ríos Canales Puertos Obras marítimas en general Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 2 eliminación de excretas, evacuación de aguas pluviales y disposición de residuos sólidos; por estas razones recibe el nombre de “sanitaria”. La ingeniería sanitaria aplicada puede representarse como se ilustra en la siguiente figura. Fuente: Elaboración Propia. Cáceres - 2010 IMPORTANTE Para los fines de este módulo, en este documento se tratarán aspectos constructivos para la implementación de sistemas de agua potable, alcantarillado sanitario, hidroeléctrica y riego. Desde el punto de vista constructivo, lo más complejo es la implementación de las obras de toma y las plantas de tratamiento, aspectos en los cuales se incidirá en este módulo. No está previsto un análisis de profundidad sobre las aducciones, tanques de almacenamiento, redes de distribución ni aplicación, actividades que están comprendidas dentro de la ingeniería civil ordinaria. Sanitaria Aplicada Eliminación de excretas Provisión de agua Disposición de Residuos sólidos Evacuación de aguas pluviales Sistemas de agua potable por gravedad Sistemas de agua potable por bombeo Provisión de agua de lluvia Bombas manuales Alcantarillado convencional Alcantarillado de diámetro reducido Alcantarillado Pluvial Canales y drenajes pluviales Disposición de RRSS Comunes Disposición de RRSS Especiales Letrinas con y sin agua Letrina ecológica Disposición de RRSS Industriales Disposición de RRSS Peligrosos Reciclaje, Compostaje, lombricultura Tratamiento de lixiviado y gases Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 3 1.3 HISTORIA Y EVOLUCION DE LAS CONSTRUCCIONES HIDRAULICO - SANITARIAS La provisión del agua es tan antigua como la historia de la humanidad, desde los rústicos cántaros de arcilla, o lo canales de tierra a través de los cuales hacían correr el agua para riego, consumo humano y animal. Una breve cronología se presenta en el siguiente c uadro. Invenciones Autores Fecha aprox. Lugar Normas sanitarias 2000 Pueblo Judio Prov. de agua por canales Uni 2500 Egipto Alcantarillado pluvial 1000 a.C. Isla de Creta Alcantarillado sanitario 750 a.C. Nipur - Babilonia Abastecimiento de agua por red Acueducto de Jerwan 691 a.C. Asiria Drenaje Empédocles 450 a.C. Grecia Tornillo de Arquímedes Arquímedes 250 a.C. Grecia Acueductos romanos 312 - 150 a.C. Roma Termas romanas 20 a.C. Roma Tratamiento de aguas residuales 10 d.C. Jerusalén Letrinas 25 a.C.–50 d.C. Grecia y Roma Drenaje “Cloaca Máxima” 588 d.C. Roma Tubería de fierro fundido Johan Jordan 1664 - 1680 Francia Recipiente de inodoro Joseph Bramah 1775 Inglaterra Cemento Portland Joseph Aspdin 1824 - 1845 Inglaterra Tubos de barro vitrificado Francis 1846 Inglaterra Alcantarillado pluvial (normas) W. Lindley 1847 Hamburgo - Alemania Alcantarillado sanitario Londres 1855 Londres – Inglaterra Alcantarillado sanitario Paris 1855 Paris – Francia Alcantarillado sanitario Londres 1856 Montevideo – Uruguay Alcantarillado sanitario Londres 1857 Nueva York - Estados Unidos Tubos de concreto armado J. Monier 1867 Francia Central hidroeléctrica 1882 Estados Unidos Tubos de Asbesto Cemento A. Mazza 1913 Italia Fuente: Manual de Hidráulica, A. Netto – G. Acosta; Alcantarillado Sanitario: G. Capra Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 4 1.4 PERFIL MINIMO DEL EQUIPO PROFESIONAL CONSTRUCTOR EN PROYECTOS SANITARIO - HIDRAULICOS Profesional Civil Profesional Ingeniero Civil. Con especialidad en el área sanitaria y/o hidrául ica. Buen conocimiento del uso de materiales hidráulicos (cemento, aditivos, áridos, tuberías, válvulas, accesorios, bombas) . Buen conocimiento de los procedimientos e instalaciones con componentes, artefactos y accesorios de uso hidráulico y sanitario. Conocimiento de procesos biológicos y físico - químicos básicos: coagulación, floculación, sedimentación, filtración, cribado, digestión anaeróbica, digestión aeróbica, otros. Profesional Electromecánico Profesional Mecánico, Eléctrico o similar. Buen conocimiento sobre la instalación de equipos electromecánicos: bombas, tableros de control, compuertas, tolvas, agitadores, componentes mecanizados en plantas de tratamiento, otros. Buen conocimiento en conexiones eléctricas. Dependiendo del tamaño y la complejidad de la obra, deberán ser incorporados otros profesionales y técnicos con especialidades complementarias, por ejemplo: geólogos, hidrogeólogos, geotecnistas, metal-mecánicos, electricistas, especialistas en hormigón, 1.5 DEFINICIONES Aducción. Conjunto de tuberías, canales, túneles, dispositivos y obras civiles que permiten el transporte de agua desde la obra de captación hasta la planta de tratamiento y/o tanque de almacenamiento o directamente a la red. Agua cruda. Agua superficial, subterránea o pluvial en estado natural. Agua potable. Agua que por su calidad física, química radiológica y microbiológica es apta para el consumo humano y cumple con las normas de calidad de agua. Aguas pluviales. Aguas provenientes de la precipitación de aguas de lluvia. Aguas residuales domésticas. Desechos líquidos provenientes de los hábitos higiénicos del hombre en actividades domésticas. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 5 Aguas residuales industriales. Desechos líquidos provenientes de las actividades industriales. Aguas residuales. Desechos líquidos provenientes de residencias, instituciones, fábricas o industrias. Aliviadero. Estructura diseñada en colectores combinados, con el propósito de separar los caudales que exceden la capacidad del sistema y conducirlos a un sistema de drenaje de agua pluvial. Boca de tormenta. Estructura hidráulica destinada a captar las aguas pluviales de vías públicas, con la finalidad de conducirlas al colector. Bomba manual. Dispositivo mecánico, destinado a extraer agua de un nivel inferior a otro superior accionados por la fuerza física humana. Calidad del Agua. Se expresa mediante la caracterización de los elementos y compuestos presentes, en solución o en suspensión, que desvirtúan la composición original. Cámara de bombeo. Depósito de agua, destinado a alojar el dispositivo de succión del equipo de bombeo. Se denomina también cárcamo de bombeo. Cámara de inspección domiciliaria. Cámara destinada para la inspección y limpieza de la tubería de recolección, ubicada en el interior del inmueble. Sirve para recoger las aguas residuales, pluviales o combinadas provenientes de los domicilios. Cámara de lodos. Compartimiento diseñado en forma y tamaño tal, que permita la acumulación y posterior extracción de lodos de las plantas potabilizadoras de agua. Canal. Cauce artificial, revestido o no, o estructura hidráulica cubierta, que se construye para conducir las aguas pluviales hasta su entrega final en un cauce natural. Captación. Estructura o conjunto de estructuras necesarias para obtener el agua de la fuente. Colector. Tubería que funcionando como conducto libre, recibe la contribución de aguas residuales o pluviales en cualquier punto a lo largo de su longitud. Conducto destinado a transportar las aguas pluviales desde el punto de captación hasta la disposición final y puede tener sección transversal circular, rectangular, oval u otra forma. Conexión domiciliaria. Conjunto de tuberías y accesorios que permiten la conducción del agua desde la red de distribución hasta el límite de propiedad del beneficiario. Desinfección. Proceso que permite la inactivación de microorganismos patógenos y no patógenos a través de la adición de sustancias desinfectantes (oxidantes). Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 6 Emisario. Conducto, canal o tubería que tiene como origen el punto más bajo del sistema y que conduce las aguas residuales al sitio donde se someterán a tratamiento. Se caracteriza porque a lo largo de su recorrido no recibe contribución alguna. Entibado. Estructura de madera o metálica que se coloca para evitar el revenimiento o derrumbe de las excavaciones efectuadas y que ayuda a instalar tuberías o implantar estructuras profundas, hasta 5m. Estación de bombeo. Conjunto de estructuras, instalaciones y equipos que permiten elevar el agua de un nivel inferior a otro superior, haciendo uso de equipos de bombeo. Estación de bombeo. Conjunto de estructuras, instalaciones y equipos que permiten elevar el agua de un nivel inferior a otro superior, haciendo uso de equipos de bombeo. Estación elevadora. Estructura que permite transportar aguas residuales o pluviales de un nivel inferior a uno superior. Filtración. Proceso físico de separación de materia en suspensión presente en el agua a través de un medio granular. Floculación. Proceso físico en el que se produce el contacto entre partículas, para formar posteriormente masas mayores denominadas flóculos. Galería filtrante. Conducto horizontal construido en un medio permeable, para interceptar y recolectar agua subterránea que fluye por gravedad. Instalación sanitaria domiciliaria. Conjunto de tuberías de agua potable, alcantarillado, accesorios y artefactos que se encuentran dentro de los límites de la propiedad. Obra de captación. Estructura o conjunto de estructuras necesarias para obtener agua de una fuente. Obras hidráulicas. Son aquellas obras cuyo fin es la captación, transporte, tratamiento y distribución del agua para fines de riego, generación hidroeléctrica, mejoramiento de suelos y otros específicos. Obras sanitarias. Son aquellas obras construidas para la provisión de agua potable, evacuación de excretas o la eliminación de residuos sólidos. Pileta pública. Infraestructura civil y accesorios localizados en lugar público, que permiten la distribución del agua a los usuarios o consumidores con fines domésticos. Planta de Tratamiento de Agua Cruda. Conjunto de obras civiles, instalaciones y equipos convenientemente dispuestos para llevar a cabo procesos y operaciones unitarias que permitan obtener aguas de calidad aptas para consumo y uso humano. Se denomina también Planta Potabilizadora de agua. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 7 Planta de tratamiento de Aguas Residuales. Unidad o conjunto de unidades destinadas a mejorar la calidad del agua de tal forma que produzcan en los cuerpos receptores, efectos compatibles con las exigencias legales y/o con la utilización aguas abajo de la población. Pozo profundo. Pozo excavado mecánicamente y luego entubado, del que se extrae agua en forma mecánica desde cualquier profundidad. Red de distribución. Conjunto de tuberías, accesorios y dispositivos que permiten la entrega del agua a los consumidores en forma constante con presión apropiada y en cantidad suficiente para satisfacer sus necesidades. Sedimentación. Proceso físico de remoción de partículas presentes en el agua a tratar, considerando que las mismas tienen un peso específico mayor al del agua. Sifón invertido. Estructura compuesta por una o más tuberías que funcionan a presión. Se utilizan cuando es necesario pasar las tuberías por debajo de ríos o quebradas. Sistema de agua potable. Conjunto de estructuras, equipos, accesorios e instalaciones que tiene por objeto transformar la calidad del agua y transportarla desde la fuente de abastecimiento hasta los puntos de consumo, en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión. Sistema de alcantarillado combinado. Sistema que recolecta y transporta conjuntamente aguas residuales y pluviales, en un solo tubo. Sistema de alcantarillado pluvial. Conjunto de colectores secundarios, principales, cámaras de inspección, tuberías de conexión, cámaras de conexión, sumideros y conjunto cordón - cuneta, que recogen y transportan aguas pluviales hasta su disposición final. Denominado también sistema de recolección y evacuación de aguas pluviales. Sistema de alcantarillado sanitario condominial. Sistema destinado a recolectar y transportar aguas residuales utilizando el ramal condominial como unidad básica de conexión. Sistema de alcantarillado sanitario separado. Sistema destinado a recolectar y transportar aguas residuales, con un solo tubo. Sistema de alcantarillado sanitario. Conjunto de colectores secundarios, principales, interceptores, emisarios, bombeo, cámaras de inspección, terminales de limpieza y tubos de inspección y limpieza, que recogen y transportan aguas residuales hasta la planta de tratamiento o disposición final. Denominado también sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 8 Sumidero. Estructura diseñada y construida para cumplir con el propósito de captar las aguas pluviales de escurrimiento que corren por las cunetas de las calzadas de las vías, para entregarlas a las estructuras de conexión o cámaras de inspección de los alcantarillados combinados o pluviales. Tanque de almacenamiento. Depósito situado generalmente entre la captación y la red de distribución destinado a almacenar agua y/o mantener presiones adecuadas en la red de distribución. Tanque elevado. Depósito cuya cota de fondo es superior a la cota del terreno donde se halla ubicado. Tanque enterrado. Depósito que se sitúa enteramente en una cota inferior a la del terreno en el que está localizado. Tanque semienterrado. Depósito que presenta por lo menos un tercio de su altura total situada por debajo del nivel de terreno donde se encuentra localizado. Tecnología alternativa. Solución técnica que permite la dotación de agua de consumo a través de instrumentos, mecanismos, construcci ones y/o procedimientos simples, de bajo costo y rápida implementación. Terminal de limpieza (TL). Tubo, o dispositivo que permite la introducción de equipos de limpieza, y substituye el pozo de visita, localizado en la cabecera o arranque del colector. Prolongación del colector en forma vertical o utilizando accesorios de 45° que permite efectuar la limpieza en los tramos de arranque de la red. Tratamiento con tecnología apropiada. Tratamiento que evita o minimiza el uso de sustancias químicas, a objeto de garantizar sostenibilidad en la operación y mantenimiento, considerando las limitadas capacidades técnico – económicas locales. Tratamiento convencional. Tratamiento que incluye la adición de compuestos químicos que favorecen el tratamiento, produciendo remociones de elementos y compuestos presentes en el agua. Consta de unidades de mezcla rápida, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Se denominado también sistema convencional. Tubería de conducción. Tubería comprendida entre la planta de tratamiento y/o el tanque de regulación y la red de distribución. Tubería de impulsión. Tubería comprendida entre la salida de la bomba y el tanque de almacenamiento o red de distribución. Tubo de inspección y limpieza (TiL). Tubo vertical o con accesorios a 45º conectado a los colectores que permite la inspección e introducción de los equipos de limpieza, Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 9 instalado en cualquier punto de la red en sustitución de algunas cámaras de inspección. Tubo ó tubería. Conducto prefabricado, o construido en sitio, de hormigón simple, hormigón armado, plástico, polietileno de alta densidad, fierro fundido, PVC, plástico con refuerzo de fibra de vidrio, u otro material cuya tecnología y proceso de fabricación cumpla con las normas técnicas correspondientes. Por lo general su sección es circular. 2 NORMAS PARA SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL En Bolivia se disponen de normas y reglamentos de Diseño de Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado Sanitario y Pluvial, Diseño de Rellenos Sanitarios , Manejo de Residuos Sólidos Hospitalarios. Para la construcción de los proyectos sanitarios e hidráulicos deben emplearse los procedimientos constructivos estándares de la Ingeniería Civil, bajo la orientación o marco técnico de los planos y especificaciones técnicas de diseño. Existen normas sobre las características de calidad y clasificación de los materiales de construcción (cemento, aditivos, acero de construcción, áridos, tuberías de PVC, tuberías de PE, cal y yesos, otros) y preparado de algunos elementos como el hormigón armado. A continuación se presenta una lista del Instituto Boliviano de Normalización y Control de Calidad - IBNORCA, que presenta los principales materiales de construcción de obras sanitarias y las normas de diseño antes referidas. CEMENTO Norma NB 011-05 Cemento - Definiciones, clasificación y especificaciones Norma NB 059-05 Cemento - Extracción y preparación de muestras Norma NB 060-05 Cemento - Disposiciones generales para análisis químico Norma NB 061-05 Cemento - Análisis químico (Segunda revisión) Norma NB 062-05 Cemento - Determinación de la consistencia normal Norma NB 063-05 Cemento - Determinación del tiempo de fraguado Norma NB 064-05 Cemento - Determinación de la densidad Norma NB 096-05 Cemento - Requisitos de comercialización Norma NB 470-05 Cemento - Determinación de la resistencia a la compresión Norma NB 471-05 Cemento - Ensayo en autoclave para determinar la estabilidad de volumen Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 10 Norma NB 472-05 Cemento - Determinación de la superficie especifica por el permeabilímetro (Blaine) Norma NB 473-05 Cemento - Determinación de la fluidez Norma NB 642-05 Cemento - Ensayo de puzolanicidad Norma NB 643-05 Cemento - Ensayo para determinar la estabilidad de volumen por el método de Le Chatel ier Norma NB 644-95 Cemento - Método alternativo para la determinación de las resistencias ÁRIDOS Norma NB 594-94 Áridos para morteros y hormigones - Definiciones Norma NB 595-91 Áridos para morteros y hormigones - Toma y preparación de muestras Norma NB 596-94 Áridos para morteros y hormigones - Requisitos Norma NB 597-91 Áridos para morteros y hormigones - Análisis granulométrico Norma NB 598-91 Áridos para morteros y hormigones - Granulometría Norma NB 599-94 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de la estabilidad frente a disoluciones de sulfato sódico y sulfato magnésico Norma NB 600-94 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de la reactividad con los álcalis del cemento Norma NB 601-94 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de los terrones de arcilla Norma NB 602-94 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de partículas de bajo peso específico Norma NB 603-94 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de los compuestos de azufre Norma NB 608-91 Áridos para morteros y hormigones - Determinación del peso unitario Norma NB 609-91 Áridos para morteros y hormigones - Determinación aproximada de la materia orgánica Norma NB 610-91 Árido grueso para hormigones - Determinación del coeficiente de forma Norma NB 611-91 Árido grueso para hormigones - Determinación de partículas blandas Norma NB 612-91 Áridos para morteros y hormigones - Determinación de partículas finas TUBERIAS Norma NB 213 - 00 Tuberías plásticas – Tuberías de policloruro de vinilo (PVC-U) no plastificado para conducción de agua potable. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 11 Norma NB 645 Tuberías de Fierro Fundido Dúctil, Uniones y Accesorios para Líneas de Tubería de Presión. Norma NB 646 Plásticos - Tuberías de Polietileno (PE) Especificadas por su Diámetro Interior (RDIE) Norma NB 686 - 96 Tuberías de hormigón - Tuberías de hormigón para alcantarillado. Norma NB 687 - 96 Tuberías de hormigón - Tuberías de hormigón armado para alcantarillado. Norma NB 707 - 99 Tuberías y accesorios de pared perfilada, fabricadas en material termoplástico con superficie exterior corrugada y superficie interior lisa – Dimensiones Norma NB 708 - 99 Tuberías y accesorios de pared perfilada, fabricadas en material termoplástico con superficie exterior corrugada y superficie interior lisa – Requisitos técnicos Norma NB 763 - 97 Válvulas – Válvulas de mariposa con asiento elástico Norma NB 764 - 97 Válvulas - Válvulas de compuerta para sistemas de acueducto y alcantarillado – Requisitos Norma NB 765 - 97 Válvulas - Válvulas de compuerta con asiento elástico para agua y sistemas de alcantarillado – Requisitos Norma NB 888 - 00 Tuberías y accesorios de plástico - Tuberías de policloruro de vinilo (PVC) clasificadas según la presión (serie RDE ó SDR) Norma NB 1069 - 00 Tuberías plásticas de policloruro de vinilo no plastificado (PVC- U) esquemas 40 y 80 - Especificaciones y dimensiones Norma NB 1070 - 00 Especificaciones para tuberías y accesorios de policloruro de vinilo (PVC) para alcantarillado - Tipo PSM Norma NB 127001 Revestimiento Interno con Mortero de Cemento Centrifugado para Tubería de Fierro Fundido Dúctil con o sin Presión NORMAS DE DISEÑO Norma NB 688 Diseño de sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial Norma NB 689 Diseño de sistemas de agua potable Norma NB 742 - 760 Normas sobre Residuos Sólidos Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 12 3 MATERIALES QUE SE EMPLEAN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS Para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas, los siguientes materiales son los más importantes: 3.1 CEMENTOS Cemento Estándar IP-30 Un cemento de uso y aplicación general donde se requieran valores de resistencia normal, como son: Elementos estructurales en general (zapatas, columnas, vigas, losas, muros) Obras sanitarias en general Hormigones masivos Hormigones en contacto con agentes agresivos. Morteros para todo uso Cemento Especial IP-40 Se recomienda en obras que requieran valores altos de resistencia iniciales y finales como ser: Elementos prefabricados (pretensados, premoldeados, postesados). Puentes Pavimento rígido Hormigón proyectado Elementos estructurales que requieran una rápida puesta en servicio En el cuadro siguiente se presenta los análisis de calidad de los cementos producidos por SOBOCE (Cemento Viacha): Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 13 Fuente: SOBOCE, Julio – 2009. 3.2 ÁRIDOS Los áridos para la construcción de obras sanitarias son cuatro: arenas, gravas, piedras o cantos rodados y bloques de piedra. Se clasifican según su tamaño como se aprecia en el cuadro siguiente: Partícula Tamaño Arcillas < 0,0039 mm Limos 0,0039-0,0625 mm Arenas 0,0625-2 mm Gravas 2-64 mm Cantos rodados 64-256 mm Bloques >256 mm Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 14 Pueden existir algunas variaciones a los materiales comunes, como son, la piedra cortada, piedra bolón, la grava seleccionada para filtros, etc. que tienen sus propias características físicas y mecánicas. Arena La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 mm. Una partícula individual dentro de este rango es llamada grano de arena. El componente más común de la arena es la sílice, que se presenta generalmente en forma de cuarzo. Sin embargo, la composición varía de acuerdo a los recursos y condiciones locales de l ugar. Grava En geología y en construcción se denomina grava a las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe homogeneidad de criterio para el límite superior. Pueden ser producidas por el hombre, en cuyo caso suele denominarse «piedra partida» o «chancada», y naturales. En este caso, además, suele suceder que el desgaste natural producido por el movimiento en los lechos de ríos ha generado formas redondeadas, pasando a conocerse como canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados. Estos áridos son partículas granulares de material pétreo, es decir, piedras, de tamaño variable. Este material se origina por fragmentación de las distintas rocas de la corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este último caso actúan los procesos de chancado o triturado utilizados en las respectivas plantas de áridos. Piedra Piedra es el nombre genérico de cualquier material pétreo que se emplea en ingeniería. En algunos casos se pueden diferenciar como canto rodado o piedra bolón, piedra cortada, bloques, etc. Las piedras se clasifican en cantos rodados cuando su tamaño comprende de 6mm a 254 mm. Y se las denomina bloques cuando su tamaño es superior a los 254 mm Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 15 3.3 AGUA El agua a emplearse en la preparación del hormigón, debe ser limpia y estar libre de sustancias perjudiciales tales como: sales, aceites, ácidos, álcalis o materias orgánicas y no contener más de 5 [gr/lt] de materiales en suspensión ni más de 15 [gr/lt]. 3.4 ACERO DE CONSTRUCCIÓN El acero de construcción debe ser corrugado para mejorar su adherencia al hormigón. En general para las barras de acero corrugado, se deberá tener en cuenta las siguientes características: Las barras de acero no deben tener oxidación exagerada, será exento de grasas, aceites, asfaltos, material plástico, látex o cualquier película junto al acero. Las barras no deben presentar defectos superficiales, grietas ni sopladuras. Las barras con irregularidades, rajaduras, torceduras, cambio de sección serán desechadas Se debe almacenar clasificado por tipo, diámetro bajo cubierta y sobre plataformas que estén separadas del suelo. Este material a utilizarse en las estructuras, debe satisfacer los requisitos de las especificaciones proporcionadas por la Norma Boliviana con límite de fluencia mínima de 4200 [kg/ cm2]. Sus características mecánicas mínimas garantizadas, llevarán grabadas las marcas de identificación relativas a su tipo y fábrica de procedencia, estas podrán ser: Designación Clase de acero Límite elástico < MPa Carga unitaria de rot ura < MPa AH 400.N D.N. 400 520 AH 400 F E.F. 400 440 AH 500 N D.N. 500 600 AH 500 F E.F. 500 550 AH 600 N D.N. 600 700 AH 600 F E.F. 600 660 AH = Acero para hormigón. D.N. = Dureza natural. E.F. = Estirado en frío. Este material para su uso debe ser certificado por alguna entidad correspondiente del fabricante, que verifique la calidad exigida de acuerdo a la normativa vigente en la medida en que se introduzca en el país la obligatoriedad de la certificación de calidad. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 16 3.5 TUBERÍAS DE PVC Son tuberías y accesorios fabricados con Policloruro de Vinilo (PVC). Las normas bolivianas reconocen cuatro formas de denominación según su fabricación: a) Tuberías plásticas – tuberías de policloruro de vinilo (PVC-U) no plastificado para conducción de agua potable (NB 213) Las tuberías de policloruro de vinilo (PVC-U) no plastificado para conducción de agua potable, por la presión máxima de trabajo soportada, se clasifican en: − Clase 6 (presión de una columna de agua de 60 m) = 6 x 105 Pa. − Clase 9 (presión de una columna de agua de 90 m) = 9 x 105 Pa. − Clase 12 (presión de una columna de agua de 120 m) = 12 x 10 5 Pa. − Clase 15 (presión de una columna de agua de 150 m) = 15 x 10 5 Pa. − Clase Ro (presión de una columna de agua de 100 m) = 10 x 10 5 Pa. Las presiones de trabajo indicadas se basan en agua a la temperatura de 23 °C ± 2 °C y son las presiones máximas de trabajo para las cuales las tuberías son adecuadas en su uso. Dimensiones y Presiones Hidroestáticas para Tuberías de PVC no plastificado Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 17 b) Tuberías y accesorios de plástico - Tuberías de policloruro de vinilo (PVC) clasificadas según la presión (serie RDE o SDR) (NB 888) Tuberías de policloruro de vinilo (PVC) elaboradas con base en las relaciones dimensionales estándar (RDE ó SDR), para tuberías termoplásticas y en las presiones establecidas para el agua. Relación entre el esfuerzo hidrostático de diseño, la presión nominal y la relación dimensional estándar es: 1 2 R PN S ; t De R Donde: S: Esfuerzo hidrostático de diseño, en MPa (psi) PN: Presión nominal, en MPa (psi) R: Relación dimensional estándar de la tubería termoplástica, relación también conocida como RDE o SDR. De: Diámetro exterior promedio de la tubería, en mm (plg). t: Espesor mínimo de pared, en mm (plg). En el siguiente cuadro se presentan las presiones de trabajo y rotura para las tuberías de PVC clasificadas según su presión. Presiones de Trabajo y Rotura de las Tuberías de PVC Tipo 1 grado 1 (12 454 - B) esfuerzo hidrostático de diseño de 14 MPa (2 000 psi), designado como PVC 1 120 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 18 c) Tuberías plásticas de policloruro de vinilo no plastificado (PVC-U) esquemas 40 y 80 -especificaciones y dimensiones (NB 1019) Tuberías de PVC fabricadas y marcadas con uno de los seis denominativos que involucran tipo / grado / esfuerzo de diseño, con espesores de pared clasificados como esquema 40 y esquema 80. Diámetros y Presiones de Trabajo y Rotura de las Tuberías de PVC E-40 y E-80 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 19 d) Especificaciones para tuberías y accesorios de policloruro de vinilo (PVC) para alcantarillado - Tipo PSM (NB 1070) Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 20 3.6 TUBERÍAS DE PE Tuberías y accesorios fabricados con Polietileno (PE) de diferente grado de densidad. Tipos de materiales Se consideran siete tipos de materiales para la tubería PE basados en los requisitos de la norma ASTM D 1248 y en los esfuerzos hidrostáticos de diseño recomendados por el Plastic Pipe Institute ( PPI), tal como se establece a continuación: Grado P14 con esfuerzo hidrostático de diseño de 2,76 MPa (400 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 1404 Grado P23 con esfuerzo hidrostático de diseño de 3,45 MPa (500 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 2305 Grado P23 con esfuerzo hidrostático de diseño de 4,34 MPa (630 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 2306 Grado P24 con esfuerzo hidrostático de diseño de 4,34 MPa (630 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 2406 Grado P33 con esfuerzo hidrostático de diseño de 4,34 MPa (630 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 3306 Grado P34 con esfuerzo hidrostático de diseño de 4,34 MPa (630 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 3406 Grado P34 con esfuerzo hidrostático de diseño de 5,34 MPa (800 psi) para agua a 23 °C (73 °F), designado como PE 3408 Esfuerzo hidrostático de diseño La tubería elaborada a partir de los plásticos PE se encuentran definida por medio de cuatro (4) valores de esfuerzo hidrostático de diseño establecidos con base en ensayos a largo plazo. Los esfuerzos hidrostáticos de diseño recomendados por el Plastic Pipe Institute (PPI) para clasificar la presión de las tuberías de plástico PE son: 2,76 MPa (400 psi) 3,45 MPa (500 psi) 4,34 MPa (630 psi) 5,25 MPa (800 psi) Fuente: Agua Tuya Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 21 Tuberías de polietileno (PE) especificadas por su diámetro interior (RDIE) Relación entre el esfuerzo hidrostático de diseño, la presión nominal y la relación dimensional estándar es: 1 2 R PN S ; t Di R Donde: S: Esfuerzo hidrostático de diseño, en MPa (psi) PN: Presión nominal, en MPa (psi) R: Relación dimensional estándar de la tubería termoplástica, relación también conocida como RDlE. Di: Diámetro interior promedio de la tubería, en mm (plg). t: Espesor mínimo de pared, en mm (plg). Relaciones dimensionales estándar de la tubería termoplástica (RDIE) y presiones nominales de agua a 23 °C (73 °F) Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 22 3.7 TUBERÍAS DE FG Tuberías y accesorios fabricados con acero galvanizado. Los diámetros comunes son de ½” a 6 “. Datos dimensionales, presión y peso por diámetro de la tubería de FG BS-1387, LIVIANO BS-1387, MEDIANO ASTM A-53 CEDULA 20 CEDULA 30 CEDULA 40 Tamaño Diámetro Espesor Presión Peso Diámetro Espesor Presión Peso Diámetro Espesor Presión Peso Diámetro Nominal Externo Pared P.S.I. Kilos Interno Pared P.S.I. Kilos Interno Pared P.S.I. Kilos Interno 1/8" 10.30 1.73 700.00 2.16 6.84 1/4" 13.50 2.24 700.00 3.72 9.22 3/8" 17.50 2.31 700.00 5.10 12.48 1/2" 21.40 2.03 700.00 5.71 17.34 2.77 700.00 7.56 15.76 3/4" 27.00 2.34 700.00 8.40 22.32 2.87 700.00 10.08 20.96 1" 34.01 2.64 700.00 12.06 28.72 3.38 700.00 15.00 26.28 1 1/4" 42.09 2.64 700.00 15.42 36.81 3.56 1000.00 20.28 35.08 1 1/2" 48.40 2.95 700.00 19.56 42.50 3.68 1000.00 24.30 40.94 2" 60.30 2.95 700.00 24.66 54.40 3.91 1000.00 32.58 52.48 2 1/2" 76.20 3.25 700.00 34.80 69.70 3.66 700.00 39.12 68.88 5.16 1000.00 51.72 62.88 3" 88.90 3.25 700.00 40.50 85.65 4.06 700.00 50.82 84.84 5.49 2220.00 67.68 83.41 4" 114.30 3.66 700.00 56.70 110.64 4.47 700.00 72.60 108.91 6.02 1900.00 97.26 108.28 5" 141.30 4.88 700.00 97.20 130.04 6.55 1670.00 130.56 128.20 6" 166.00 4.88 700.00 115.20 155.44 7.11 1520.00 169.38 154.08 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 23 3.8 TUBERÍAS DE FFD Tuberías y accesorios fabricados con acero fundido o fierro fundido dúctil Clasificación de las tuberías de FFD por su presión (Datos de la empresa Saint Gobain) Las tuberías por su presión de trabajo se clasifican en K7 y K9 (Saint Gobain), la Norma Boliviana admite K9 a k14 (NB 645) PRESIONES MÁXIMAS ADMISIBLES - CAÑOS K7 Caños - Clase K7 JGS JTI PMA PFA PEA PMA PFA PEA DN MPa MPa MPa MPa MPa MPa 150 5,0 6,0 6,5 1,6 1,9 2,4 200 5,0 6,0 6,5 1,0 1,2 1,7 250 4,1 4,9 5,4 1,0 1,2 1,7 300 3,6 4,3 4,8 1,0 1,2 1,7 350 3,2 3,8 4,3 - - - 400 3,0 3,6 4,1 - - - 450 2,9 3,5 4,0 - - - 500 2,8 3,4 3,9 - - - 600 2,6 3,1 3,6 - - - 700 2,4 2,9 3,4 - - - 800 2,3 2,8 3,3 - - - 900 2,3 2,8 3,3 - - - 1000 2,2 2,6 3,1 - - - PRESIONES MÁXIMAS ADMISIBLES - CAÑOS K9 Caños - Clase K9 JGS JTI JTE JPK PMA PFA PEA PMA PFA PEA PMA PFA PEA PMA PFA PEA DN MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa 80 6,4 7,7 9,6 2,5 3,0 3,5 - - - - - - 100 6,4 7,7 9,6 2,5 3,0 3,5 - - - - - - 150 6,4 7,7 9,6 2,5 3,0 3,5 - - - - - - 200 6,2 7,4 7,9 1,6 1,9 2,4 - - - - - - 250 5,4 6,5 7,0 1,6 1,9 2,4 - - - - - - 300 4,9 5,9 6,4 1,6 1,9 2,4 3,7 4,4 4,9 - - - 350 4,5 5,4 5,9 - - - 3,0 3,6 4,1 - - - 400 4,2 5,1 5,6 - - - 3,0 3,6 4,1 - - - 450 4,0 4,8 5,3 - - - 3,0 3,6 4,1 - - - 500 3,8 4,6 5,1 - - - 3,0 3,6 4,1 - - - 600 3,6 4,3 4,8 - - - 2,7 3,2 3,7 - - - 700 3,4 4,1 4,6 - - - 2,5 3,0 3,5 - - - 800 3,2 3,8 4,3 - - - 1,6 1,9 2,4 - - - 900 3,1 3,7 4,2 - - - 1,6 1,9 2,4 - - - 1000 3,0 3,6 4,1 - - - 1,6 1,9 2,4 - - - 1200 2,8 3,4 3,9 - - - 1,4 1,7 2,2 - - - 1400 2,8 3,3 3,8 - - - - - - 2,5 3,0 3,5 1500 2,7 3,2 3,7 - - - - - - 2,5 3,0 3,5 1600 2,7 3,2 3,7 - - - - - - 2,5 3,0 3,5 1800 2,6 3,1 3,6 - - - - - - 1,6 1,9 2,4 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 24 PMA - Presión máxima admisible Presión interna maxima, incluido el golpe de ariete, que puede ser soportada con seguridad por un componente en servicio. PFA - Presión de funcionamiento admisible Presión interna, sin incluir el golpe de ariete, que puede ser soportada con seguridad por un componente con total seguridad y forma continua en régimen hidráulico permanente. PEA - Presión de prueba en obra admisible Presión hidrostática máxima que puede aplicarse in situ al componente de una canalización recientemente instalada. 1 MPa = 10,19 kgf/cm 2 = 101,9 m.c.a Clasificación de las tuberías de FFD por su tipo de unión (Saint Gobain) Caños Junta JGS Juntas Acerrojadas Junta con bridas K7 K9 Junta Elástica El diseño de la junta JGS, permite que la presión de contacto entre el aro de goma y el metal aumente cuando crece la presión interior, con lo que se obtiene una estanqueidad perfecta. La junta elástica es una junta automática. La estanqueidad se logra durante el montaje por compresión radial de un aro de goma. Sus características principales son: Se realiza la estanqueidad por la compresión radial del aro de goma,obtenida en el momento de montaje, por la simple introducción de la espiga en el enchufe. su facilidad y rapidez de instalación, su resistencia a altas presiones, la posibilidad de juego axial, y desviación angular. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 25 El enchufe presenta por dentro: un alojamiento profundo con tope circular de enganche donde se aloja el aro de goma, un cuerpo macizo con chaflán de centrado. Junta Bridada La junta con bridas está constituida por dos bridas, una arandela de junta de elastómero y bulones cuyo número y dimensiones dependen del PN y del DN. La estanqueidad es asegurada por la compresión axial de la arandela, obtenida por el apriete de los bulones. Sus características principales son: la precisión del ensamblaje, y la posibilidad del montaje y desmontaje en línea. La estanqueidad es función directamente: del torque de apriete de los bulones, del diseño de la arandela de junta. Las dimensiones, la posición y el número de agujeros de paso de los bulones en las bridas están establecidas internacionalmente, con el fin de permitir el montaje de cualquier tipo de piezas especiales, bombas, válvulas y otros accesorios Junta Acerrojada (Interna y Externa) La junta acerrojada interna JTI es una junta elástica acerrojada que permite el montaje de cañerías auto-ancladas. El acerrojamiento sucesivo transfiere los esfuerzos axiales para el terreno, posibilitando la eliminación de los macizos de anclaje. Es posible adaptar a todos los enchufes modelo JGS El principio básico de acerrojamiento de las juntas, consiste en transferir los esfuerzos axiales de un elemento en la red hacia el siguiente, lo que impide el desmontaje del conjunto. El anillo de goma JTI permite, gracias a la presencia de garras o insertos metálicos de fijación, trabar los enchufes sobre las espigas lisas de los caños, no siendo necesario el empleo de macizos de anclaje. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 26 Este tipo de acerrojamiento evita la necesidad de un cordón de soldadura en la espiga del caño, indispensable en la junta acerrojada JTE, pudiendo ser montado en cualquier espiga lisa de caños y en piezas especiales con enchufe JGS. 3.9 TUBERÍAS DE FIBRA DE VIDRIO (PRFV) Las tuberías de materiales plásticos, usualmente utilizadas en aplicaciones tan importantes como la industria petrolera o l as canalizaciones de agua, han evolucionado tecnológicamente para llegar a los materiales utilizados actualmente como es el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV). El poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), es un material compuesto y formado por dos materiales fundamentales: una matriz, constituida por una resina sintética de tipo poliéster y un refuerzo de fibra de vidrio ubicado dentro del anterior. La matriz de poliéster es un aglomerante perfecto para el refuerzo, ya que nos asegura la participación simultánea de todos los filamentos del mismo, siendo además una barrera excelente a los agentes químicos y ambientales. La fibra de vidrio debe proporcionar la armadura necesaria para lograr la resistencia mecánica precisa para soportar tanto la presión interna como las cargas externas en las conducciones enterradas. Tanto la matriz como el refuerzo, pueden ser aportados cualitativa y cuantitativamente dentro de un amplio espectro en función de la aplicación a que vaya a destinarse la tubería para obtener la relación costo/utilidad más adecuada. Existe en mercado resinas de diferentes tipos, que empleadas, solas o en combinación, proporcionan el carácter anticorrosivo al producto terminado. Las fibras de vidrio, pueden ser manejadas en forma de velo muy fino, en fieltros de varios gramajes, en tejidos equilibrados o no, y en hilos continuos. Cada uno de ellos proporciona una característica resistente propia al producto terminado. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 27 3.10 TUBERÍAS DE CONCRETO Son tuberías fabricadas con concreto simple con muy buen control de calidad constructivo NB 686. Requisitos físicos y dimensionales de las tuberías de hormigón sin refuerzo* Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 28 3.11 ADITIVOS Y PINTURAS Para las obras hidráulicas y sanitarias se emplean aditivos químicos. Por excelencia se emplea un aditivo “impermeabilizador” o hidrófugo que permite darle una característica impermeable al mortero hormigón. Otro aditivo es el “acelerador” de fraguado, el cual se caracteriza por acelerar el tiempo de fraguado del hormigón de varios días a horas (incluso a algunos minutos), se emplea en estructuras sumergidas o sujetas o cortos tiempos de ejecución (represas). Los aditivos más empleados en Bolivia son los de la línea Sika Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 29 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 30 3.12 HORMIGÓN INYECTADO El hormigón inyectado es hoy en día una tecnología muy comercial. Consiste en el bombeo del mortero de concreto con equipos especiales al lugar de la pieza o módulo que se desea edificar. El hormigón como tal se prepara con ayuda de mezcladoras con las dosificaciones señaladas en las especificaciones técnicas, luego se traspasa a las bombas inyectoras que dependiendo del contenido de humedad del concreto y del tamaño de partícula permiten el bombeo a diferentes alturas y presiones. Algunos equipos pueden alcanzar presiones de 70 bares y distancias aún mayores a los 100 metros. Este método además de las construcciones convencionales se emplea para la construcción de túneles donde es necesario la inyección de hormigón a presión para cerrar juntas, grietas y rellenar los encofrados. Una modificación de esta tecnología es el hormigón proyectado o shotcrete. Para las obras sanitarias e hidráulicas se emplea para la construcción de túneles (como el de Misicuni) y puede ser empleado para relleno de pozos perforados cuando es necesario clausurar estos. A continuación se presenta una tabla de selección de equipos de la empresa TEKSPED, la cual fabrica bombas y equipos especiales para tales fines. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 31 Tabla de selección de equipo, según el tipo de hormigón que se requiere (Equipos Bunker de TEKSPED) B1 B2 B3 B30 S8 Smart S8 EV S28 S38 B100 B100 XP B100 S CLB 18 B200 B250 B250 DC Cement i njecti ons YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES Cement or lime-based plasters YES YES YES YES YES YES YES YES Traditional cement-based plasters YES YES YES YES YES YES YES YES Traditional lime-based plasters YES YES YES YES YES YES YES YES Traditional lime-gypsum- based plasters YES YES YES YES YES Gypsum-based ready-mix plasters YES Gypsum-lime based ready- mix plasters YES Tiling plasters YES Spatul e synthetic pl asters YES YES Scraped synthetic pl asters YES YES Adhesi ve synthetic mortar YES YES Traditional wall mortar YES YES YES YES YES YES YES YES Ready-mix wall mortar YES YES YES YES YES YES YES YES Insulati ng ready-mix mortar YES YES YES YES YES YES YES YES YES Concrete YES YES YES Wet sprayed concrete YES YES YES YES YES YES YES YES Traditional floor screed YES YES YES Self-levelling floor screed YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES Lightwei ght concrete YES YES Un equipo de alta potencia y multiuso es el S38 - Bunker de la empresa italiana: TEKSPED. Este equipo está montado sobre un tren de transporte y permite la inyección del hormigón a presión variable, es así que permite: revestimiento de paredes, inyección a presión y el proyectado del hormigón. Revestir - Inyectar - Proyectar - Transportar Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 32 Es capaz de bombear y proyectar gránulos de 8 mm con un nivel elevado de presión (40-70 bar) y puede alcanzar distancias superiores a 100 m. Ello es posible gracias a la potencia de su motor diésel, de la salida y de las características de la unidad de bombeo de émbolo alimentada por un motor hidráulico. Completamente hidráulica La S38 es una bomba revestidora silenciosa que funciona con un sistema hidráulico, con una regulación de capacidad progresiva de 0 a 60 l/min y de la presión. Esta solución permite el uso de chorros presurizados, así como el revestimiento y la proyección con la capacidad correcta, lo que evita la pérdida de materiales. Esta máquina puede bombear y proyectar de manera autónoma las distintas clases de productos utilizados en las obras: revestimientos tradicionales y premezclados, mortero reforzado con fibras, arcillas refractarias, bloques autonivelantes, inyección de mezclas de cemento y bentonita en microhormigón, tirantes y túneles. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 33 3.13 HORMIGÓN PROYECTADO El hormigón proyectado (o Shotcrete) es un proceso por el cual el hormigón comprimido es proyectado a alta velocidad por medio de una manguera sobre una superficie, para conformar elementos estructurales y no estructurales en edificaciones. La mezcla que se utiliza para este tipo de hormigón es relativamente seca y se consolida por la fuerza del impacto, a la vez que desarrolla una fuerza de compresión similar al hormigón normal o al hormigón de alta resistencia dependiendo de la dosificación usada. Son más o menos parecidas a las del hormigón clásico, notabl emente en lo que respecta a la densidad aparente, a la resistencia a la compresión, a la tracción y al cizallamiento. En cambio, gracias a su estructura particular, el hormigón proyectado es más impermeable y más resistente a las heladas que un hormigón tradicional de la misma composición. Además, el hormigón proyectado presenta una característica notable: Se adhiere a la superficie de aplicación y permite obtener la forma de superficie deseada. Generalmente se recomienda dosificar los materiales en peso, como primera aproximación, la dosificación de cemento será de unos 400 kg/m3. En el caso de la vía húmeda, la relación agua/cemento estará comprendida generalmente entre 0,40 y 0,50, función entre otros, de la variación del módulo de finura de los áridos y su naturaleza, con el fin de conseguir una consistencia adecuada para la máquina de proyección. El límite superior no se deberá exceder para garantizar que la química de los acelerantes y superplastificantes, indispensable en esta aplicación, funcione adecuadamente. Para la preparación de la mezcla del hormigón, tanto en vía seca, como en vía húmeda, se recomienda emplear una planta con mezcladora, a ser posible de eje vertical, ya que las exigencias técnicas y las características de sostenimiento, obli gan a una preparación y mezcla de los componentes homogénea, sobre todo con la incorporación de adiciones y aditivos, fundamentales en la tecnología del hormigón proyectado. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 34 El Shotcrete ha sido utilizado desde su invención en 1911, con éxito para una amplia variedad de usos en la edificación, tanto en edificaciones residenciales y obras civiles como: Revestimiento de túneles, puentes, sistemas de contención y estabilización de taludes y túneles, silos de depósitos, piscinas, presas y canales, rehabilitaci ón de estructuras en general, protección ignifuga para el acero, en superficies, horizontales, verticales o estructuras curvas. 3.14 FERROCEMENTO Es un material para la construcción de hormigón de poco espesor, flexible, en la que el número de mallas de alambre de acero de pequeño diámetro están distribuidas uniformemente a través de la sección transversal. Se utiliza un mortero muy rico en cemento lográndose un comportamiento notablemente mejorado con relación al hormigón armado cuya resistencia está dada por las formas de las piezas. La resistencia excepcional del ferrocemento se debe a que su armadura está compuesta por varias capas de mallas de acero de poco espesor superpuestas y ligeramente desplazadas entre sí, y a que el concreto soporta considerable deformación en la inmediata proximidad del refuerzo, condición que se aprovecha al máximo con la distribución de las armaduras descriptas. Su comportamiento mecánico, dependiente principalmente de la superficie específica de la armadura, es muy bueno. Presenta una buena resistencia a la tracción, que supera sensiblemente a la mostrada por el hormigón armado, y se mantiene en el rango elástico hasta su fisuración. La presencia de las capas de mallas metálicas, no modifican la resistencia a la compresión, por lo que la misma específicamente queda definida por la resistencia a compresión del mortero que forma la matriz. Se utilizan mallas de un peso mínimo de 1,60 kg/m² y un punto de fluencia a 2400 kg/cm². La cuantía de acero adoptada es de 180 a 250 kg/m³. La resistencia a compresión del concreto utilizado está en el orden de los 400 kg/cm². Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 35 3.15 TANQUES PE Son tanques plásticos fabricados de Polietilineo de media y alta densidad para el almacenamiento del agua. Existen en volúmenes que van de 250 lts a 15.0 00 lts. Fuente: Fábrica Nueva Era También se fabrican tanques de PE para usos sanitarios especializados como tanques sépticos de diferentes volúmenes y cámaras de inspección para sistemas de alcantarillado sanitario. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 36 3.16 GEOMEMBRANAS Geomembrana es el nombre genérico que recibe la lámina impermeable hecha a partir de diferentes resinas plásticas, su presentación es en rollos y viene en diferent es espesores, cada material sintético tiene cualidades físicas y químicas distintas que hacen la diferencia para cada geomembrana, los más comunes son HDPE, PVC, FPP y TPO. Existen geomembranas nuevas con características combinadas como la VLDPE. La gran variedad de materiales poliméricos hace que su clasificación sea difícil, no obstante se los puede ordenar en tres grandes grupos: Termoplásticos, Termoestables, Elastómeros. Las más recomendadas son las geomembranas del primer grupo, o sea los termoplásticos que se emplean dentro de la Impermeabilización en Obra Civil. Se trata de materiales que por encima de cierta temperatura poseen propiedades plásticas, transformándose en sólidos por debajo de dicha temperatura, pudiéndose volver a moldear de nuevo, conservando sus propiedades iniciales. El uso de estos materiales en el campo de la Ingeniería Civil es cada vez más extenso ya sea en el empleo de láminas impermeabilizantes en la Edificación, como el de las geomembranas en la Obra Civil. Cuando estos materiales son utilizados para la impermeabilización de edificios se los llamará "láminas impermeables", pero sin embargo cuando formen parte del sistema de impermeabilización de embalses para riego o reserva de agua, túneles y obras subterráneas se les denominará "geomembranas impermeables". Las láminas se fabricarán con un espesor mínimo y homogéneo en forma de lienzos y se suministrarán enrolladas. Las membranas se conseguirán por la unión de las láminas y el tipo de unión dependerá de las características del material polimérico. Geomembrana HDPE El Polietileno de Alta Densidad o HDPE por sus siglas en inglés, es la Geomembrana de más demanda en el mercado mundial, a pesar de su popularidad no es ni el más moderno ni el mejor de los plásticos, una de sus características importantes es su resistencia al ataque químico. El impulso de los materiales poliméricos sintéticos se produce durante la Segunda Guerra Mundial, desde entonces hasta la actualidad la investigación de los mismos ha ido en aumento, así como sus aplicaciones. De entre todas las de mayor utilización se encuentra en el campo de la impermeabilización de la Ingeniería Civil. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 37 Es un polímero termoplástico obtenido por polimerización del etileno. Sus propiedades dependen de su estructura, los obtenidos a alta presión presentan una estructura ramificada (polietileno de baja densidad, LDPE), mientras que los obtenidos a baja presión son lineales (polietileno de alta densidad, HDPE). Las diferencias radican en las variaciones del grado de ramificación, en el peso molecular y en la densidad. El polietileno de baja densidad es un material blando y elástico, mientras que el polietileno de alta densidad es mas duro y rígido; ambos son inertes a la mayoría de los ácidos y álcalis. Los aditivos más empleados en el polietileno son los antioxidantes y los absorbentes U.V., para evitar la degradación oxidativa y la fotodegradación. Geomembrana PVC La geomembrana de PVC es otro de los productos más solicitados, debido a las características de sus rollos (por lo regular de dimensiones reducidas) y por su fácil instalación sigue siendo un producto muy popular para embalses y estanques. El PVC (policloruro de vinilo) es una combinación química de carbono, hidrógeno y cloro. Sus materias primas provienen del petróleo (en un 43%) y de la sal común (en un 57%). Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo, fabricado a partir de cloro y etileno. Esta polimerización, se realiza por tres procedimientos: microsuspensión, suspensión y emulsión. Las propiedades físicas, químicas, térmicas y mecánicas (ligero; inerte y completamente inocuo; resistente a la intemperie; económico en cuanto a su calidad-precio; y reciclable) dependen de las formulaciones empleadas, no pudiéndose generalizar dada la gran variedad de formulaciones posibles a realizar. Dichas propiedades dependerán en gran medida a la proporción y tipo de aditivos, en especial los plastificantes Por estos motivos el PVC ofrece un gran número de posibilidades de aplicación, debido a su bajo costo y al conjunto de propiedades que el mismo presenta, ya que su resistencia a los agentes químicos es buena, soportando algunos ácidos y álcalis, siendo insoluble ante un gran número de disolventes orgánicos. De entre otras de sus propiedades se puede mencionar su larga duración. Por este motivo es utilizado a nivel mundial en un 55% del total de su producción en la industria de la construcción, y el 64% de las aplicaciones tiene una vida útil entre 15 y 100 años. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 38 Geomembrana FPP El Polipropileno Flexible (FPP) es de la nueva generación de Geomembranas, se podría afirmar que combina lo mejor de dos mundos, la resistencia química del HPDE y la flexibilidad del PVC, es para cualquier tipo de proyectos tanto hidráulicos como de protección ambiental. Geomembrana VLDPE El VLDPE o Polietileno de muy baja densidad, es el avance tecnológico más importante en la fabricación de Geomembranas, tiene la resistencia química del FPP y del HDPE, la flexibilidad de la Geomembrana de PVC, su termofusión es sencilla y su tiempo de vida es superior al de cualquier otra geomembrana. La Geomembrana VLDPE es una membrana termoplástica de diferentes poliolefinas que puede ser empleada para hacer lagos artificiales, embalses, estanques y cisternas. Este material se garantiza que puede trabajar a la intemperie o no al menos por 10 años, siendo que su periodo de vida es aún mucho más largo. Ésta Geomembrana es coextruida y contiene polímero, pigmento, antioxidantes y estabilizadores térmicos contra la luz ultravioleta. No contiene aditivos que puedan migrar o producir fragilidad con el paso del tiempo. Es importante destacar que la VLDPE junto con el FPP es la vanguardia en membranas termoplásticas. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 39 4 CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE 4.1 PARTES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE Un sistema de agua potable, comúnmente está compuesto por los siguientes procesos / módulos: Para una población pequeña, un esquema típico puede ser el que se presenta en la siguiente figura: Captación Aducción Tratamiento Almacenamiento Distribución Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 40 Mientras que para una ciudad grande, los procesos para la provisión de agua se complejizan por el volumen de agua y tamaño de la infraestructura. Un ejemplo tipo es el que se muestra en la siguiente figura: O quizás este: Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 41 4.2 CAPTACIONES 4.2.1 Tomas de vertientes Las tomas de vertientes no ameritan mayor desarrollo constructivo que las tares genéricas de la ingeniería civil, las opciones pueden ser: Vertiente de ladera >0.20 Barbacanas Pantalla Tapa Sanitaria aducción Tubería de Válvula de limpieza Tubería de limpieza Tubería de limpieza y rebose Válvula válvulas Grava graduada ventilación Tubería de 2-4 (cm) 0.10 Criba Drenaje Nivel A. Cámara de Jalador Tubería de rebose Jalador coronamiento Zanja de de cemento mortero impermeabilizante Zampeado de piedra con Vertiente de fondo Drenaje rebose Nivel A. Jalador Cámara de Tubería de ventilación Jalador Tubería de aducción Válvula Tapa sanitaria limpieza Tubería de Válvula de limpieza limpieza y rebose Tubería de Válvulas Grava gruesa >0.20 0.15 0.05 Criba Nivel del terreno Tubería de Zanja de coronamiento Flujo de agua 2-4 (cm) Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 42 Vertiente tipo bofedal Tubería PVC perforado Ø >2 Tubería de drenaje aducción Cámara de válvulas limpieza y H°A° ó ladrillo Pantalla de H°C° u seleccionada Relleno grava A A Criba Pantalla Tubería de rebose Tubería de Tubería de rebose limpieza Tubería de 4.2.2 Tomas en arroyos y ríos Existe una amplia variedad de alternativas de captación de agua desde un arroyo o de un río. Las opciones más importantes y comunes se ilustran a continuación: Canal de derivación C a n a l d e d e riv a c ió n Estructura de H°. C°. u H°.A°. Rejas A A Canal de excedencias Linnimetro regulación Compuerta de Deflector Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 43 Toma lateral con azud derivador Deflector limpieza >3" Tubería de aducción Tubería de Válvula de limpieza Cámara de válvula Reja 2% Creager Vertedero Desfogue A A Terreno duro o rocoso Estructura de H°C° ú H°A° Salida Toma de fondo o Tirolesa A A de crecida Vertedero de H° C°. Reja toma de fondo Vertedero de rebose Tubería pendiente > 2% Al desarenador u H° A°. Cámara de limpieza Deflector Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 44 Galerías filtrantes Material filtrante fino 0.2-2cm Material filtrante filtrante grueso 2-4cm. Cuneta Revoque impermeable > 0.80 Flujo de agua Barbacanas Lecho de río 1 . 0 0 m Material del rio Tuberías filtrantes Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 45 Lechos filtrantes Limpieza del río Capa natural Flujo Capa natural del río Arena fina Cámara de Ø >3" Al desarenador ó tratamiento Empedrado Capa de grava gruesa Vertedero vávulas limpieza Tubería perforada Cámaras de Pte. 2% grava fina H°. C°. u H°.A°. Estructura de Vertedero Capa de Galería filtrante vertical Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 46 Toma directa de fondo Tomas flotantes Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 47 Toma sumergida eléctrico Panel deControl Al tanque ó planta de tratamiento impulsión Tuberia de hormigón Armazón Reja de Bomba N.A. N.T. Puerta metálica protector protección sumergible Cubierta Base de Pequeñas Represas Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 48 Represas Grandes Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 49 4.2.3 Obras de toma de agua subterránea Las obras de toma desde fuentes subterráneas se realizan principalmente a través de pozos ejecutados con diferentes tecnologías. La opciones más comunes se ilustran a continuación: Pozo Perforado Profundo Pozo perforado con maquinaria mediante rotación, percusión o la combinación de ambos métodos. Pueden alcanzarse profundidades de hasta 250 mt. y diámetros que oscilan entre 4” y 10”. Sello de arcilla y arena decantador Tubería geomecánica Brocal Direccion de Flujo Base de H°S° Orifico para introducir sonda Profundidad perforada Profundidad total entubada arcilla y arena Sello de Prefiltro de grava Tapón cónico Filtro geomecánico de cemento Sello sanitario con mortero Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 50 Pozo Perforado Manual Son pozos perforados con ayuda de la fuerza humana y equipos especiales. También se emplean los métodos de rotación y percusión de forma combinada. Pueden alcanzarse profundidades de hasta 100 mt. y diámetros que oscilan entre 2” y 4” (este último solo en profundidades menores y con buenas condiciones del terreno). Bomba de lodos Manivela Pozo Broca perforación Barra de Torre de perforación Fosa de retención lubricante Material Percución y rotación Pozo Excavado Consiste en la excavación de un pozo hasta el nivel freático. El pozo tiene un díametro mínimo de 0,80 m y puede estar revestido o no dependiendo de las condiciones del suelo y la profundidad alcanzada. Revestimiento Filtro Tripode de sujeción h Variable 2.00 o más acuífero Tubería de succión 1 3 Nivel A. Peldaños Zampeado de piedra Agua 1.5% Losa tapa H°A° sanitaria inspección Tapa de 3.00 mínimo Muro seco impermeable Sello sanitario Grava Brocal Canal de Drenaje >0.50 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 51 4.2.4 Adecuaciones especiales El avance tecnológico permite desarrollar algunas alternativas poco comunes, pero que facilitan soluciones efectivas para la dotación de agua. Estas se ilustran a continuación: Bombeo solar Consiste en la provisión de una bomba eléctrica accionada mediante paneles solares. Existen de diferentes capacidades. Torres hidroneumaticas Las torres hidroneumáticas son dispositivos que permiten regular la presión de bombeo a la red de distribución. Están conectadas a una bomba eléctrica sumergible que es encendida automáticamente para un rango de presión preestablecido. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 52 Captación de Agua de Lluvia 4.3 ESTACIONES DE BOMBEO Las estaciones de bombeo son unidades especiales para elevar el agua para su tratamiento, almacenamiento o distribución directa. Todas las estaciones de bombeo tienen particularidades únicas, pues además de la infraestructura civil, también son determinantes: el tipo, potencia, sistema de alimentación, caudales, número y disposición de las bombas. Algunas posibilidades se ilustran en las gráficas siguientes: Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 53 Bombeo en paralelo Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 54 Otro ejemplo de una estación de bombeo en paralelo: Bombeo en serie de pie Válvula Criba o Bomba 2 Válvula de retención Bomba 1 Válvula de compuerta Nivel A. colador de succión Tubería Tubería de impulsión Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 55 Bombeo en etapas Estación de Bombeo Cámara de Estación de bombeo Tamque de Almacenamiento Bomba 2 Bomba 1 2 ° E t a p a d e B o m b e o 1 ° E t a p a d e B o m b e o bombeo intermedia Galeria Filtrante Río Imágenes de la estación de bombeo de Bermejo - Tarija Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 56 4.4 TRATAMIENTO DE AGUA 4.4.1 Pretratamiento Rejas y desarenador o Las rejas, son elementos dispuestos al ingreso de la planta de tratamiento para retener los objetos flotantes, voluminosos, duros y de mayor densidad. o El desarenador es una estructura que permite el asentamiento de partículas mayores a 0,2 mm y con densidades mayores o iguales 2650 kg/m3. Por tanto, un porcentaje elevado de arenas y otros elementos más pesados quedaran atrapados en esta unidad. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 57 Medidor de caudal tipo Parshall El medidor Parshall es un artificio hidráulico que se construye en el desarrollo de un canal, para la determinación de los caudales que discurren por el mismo. El medidor Parshall es un estrangulamiento que se realiza a un canal con ciertas características preestablecidas que permiten la determinación del caudal que fluye por el canal. D' WW C Vo X 0 1 2 3 Secciones N K E A B F G D 2 / 3B ha hb hf Ho 4.4.2 Tratamiento Convencional El tratamiento del agua para su potabilización, incluye una diversidad de procesos que dependen de la calidad del agua, las condiciones económicas y los caudales a tratarse. A continuación se presentan los principales procesos del denominado Tratamiento Convencional del Agua. Coagulación La coagulación es el proceso para combinar pequeñas partículas en agregados más grandes. La coagulación se produce a través de la incorporación de substancias químicas al agua para desestabilizar atómicamente las partículas. La adición del químico coagulador se hace de forma proporcional al caudal a tratar y a través de una mezcla rápida, esta mezcla puede producirse mediante un resalto hidráulica o con ayuda de un mezclador mecánico. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 58 Floculación La floculación es el proceso mediante el cual se permite el contacto de las partículas desestabilizadas con el agente coagulante para la formac ión de los flóculos o flocs. Se realiza en unidades cuyo régimen de flujo es suave. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 59 Sedimentación La sedimentación es el proceso a través del cual las partículas aglomeradas o floculadas se precipitan para su separación del agua. Existen varios sist emas de sedimentación, pero los más empleados son los sedimentadores de flujo ascendente, los Placas para Sedimentación Salida de Lodos de Salida Orificios Nivel A. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 60 Filtración La filtración es un proceso unitario a través del cual se hace pasar el agua por un lecho de áridos seleccionados. Estos lechos pueden estar conformados por un solo tamaño de árido o, en ciertos casos, por camadas o capas de los mismos. El propósito de los filtros es colar las partículas existentes en el agua y coadyuvar en la remoción de coniformes totales. .. E C G H A I de Salida Estructura Filtrada D Desague Agua B J Afluente K Lecho de soporte Lecho filtrante Capa Filtrante Sistema de drenaje Clave: G: Vertedero de entrada. B: Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante D: Válvula para drenar lecho filtrante. E: Válvula para desechar agua tratada. H: Indicador calibrado de flujo. A: Dispositivo para control de entrada de agua pretratada y regular la velocidad de filtración. C: Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia producidas por otras unidades de Filtración Lenta en Arena. F: Válvula para suministrar agua tratada al tanque de contacto y posteriormente al depósito de agua limpia Pared Rugosa Estructura de entrada Nivel de agua J: Válvula para control de flujo a la salida ( solo para FLA con control de salida ) I: Vertedero de salida Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 61 5 CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Un sistema de alcantarillado sanitario, comúnmente tiene los siguientes procesos / módulos: Un sistema de alcantarillado sanitario se puede ilustr ar de la siguiente manera: Recolección Transporte Tratamiento Disposición Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 62 5.1 RECOLECCIÓN DEL AGUA RESIDUAL La recolección de las aguas residuales puede realizar por los siguientes métodos. 5.1.1 Alcantarillado convencional Conducto de servicio público cerrado, destinado a recolectar y transportar aguas residuales que fluyen por gravedad libremente bajo condiciones normales. Este sistema puede ser separado o combinado. Es decir, cuando el agua residual escurre por una alcantarilla distinta a la pluvial, o cuando ambas aguas circulan por la misma alcantarilla (combinado). 5.1.2 Alcantarillado de diámetro reducido Sistema de Tubería de inspección y limpieza (TiL) fabricada con tuberías de concreto Tubería de inspección y limpieza (TiL) fabricada con tuberías de concreto Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 63 alcantarillado sanitario destinado a transportar y recolectar aguas residuales previamente sedimentadas en un tanque interceptor, el cual es dispuesto entre la conexión domiciliaria y las redes de alcantarillado. 5.1.3 Alcantarillado condominial Sistema de alcantarillado sanitario destinado a recolectar y transportar aguas residuales utilizando el ramal condominial como unidad básica de conexión. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 64 Cámara de HºSº prefabricada para alcantarillado de diámetro reducido Tubería de inspección de PVC para alcantarillado de diámetro reducido Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 65 5.2 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL El tratamiento del agua residual es una serie de procesos que se determinan para cada planta. Aún para un mismo sistema de tratamiento, la variación de caudales, calidad del agua, topografía y condiciones climatológicas influirán en el diseño cada unidad de tratamiento y del sistema de tratamiento en su conjunto. El tratamiento convencional de aguas residuales es ilustrado a continuación de forma general: Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 66 5.2.1 Pretratamiento o tratamiento preliminar El pretratamiento consiste en el acondicionamiento del agua residual antes de ingresar a los procesos de depuración. En esta etapa se busca que todos los objetos grandes, pesados, duros y flotantes sean retenidos. El pretratamiento consiste en: cribado, desarenador y medidor de caudales. En algunas plantas grandes también se incluye el desgrasado del agua residual. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 67 5.2.2 Unidades de Tratamiento Tanque Imhoff Es un sedimentador de alta tasa para separar la materia orgánica en suspensión del líquido residual Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 68 Filtros percoladores aeróbicos Son unidades de tratamiento secundario, cuyo objetivo es filtrar el agua a través de un material soporte para la remoción de la contaminación orgánica del agua residual. Emplea bacterias aeróbicas. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 69 Filtros Anaeróbicos de Flujo Ascendente Son unidades de tratamiento secundario para la remoción de la contaminación orgánica mediante bacterias anaeróbicas. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 70 Lagunas de estabilización Tratamiento en base a grandes contenedores del agua residual, a través de los cuales el agua es depurada por sedimentación de las partículas y la digestión de las bacterias. Se reconocer tres tipos de lagunas las anaeróbicas, facultativas y anaerobias. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 71 Sedimentadores Son unidades de tratamiento que permiten la sedimentación de las partículas del agua residual. Pueden ser primarios o secundarios, dependiendo en que fase del proceso de tratamiento se encuentran. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 72 Biodigestores Son estructuras especiales para la digestión anaerobia de los lodos productos de tratamiento de las aguas residuales. Pueden ser diferentes tamaños y materiales, las mas comunes son de hormigón armado de forma cilíndrica. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 73 6 CONSTRUCCIÓN DE OBRAS HIDRÁULICAS La construcción de obras hidráulicas como se vio en el primer capítulo es muy amplia, en este capítulo se expondrán aspectos ligados directamente a obras hidroeléctricas y de riego. 6.1 OBRAS HIDROELECTRICAS Las obras hidroeléctricas comúnmente están compuestas por los siguientes procesos / módulos: Fuente: Elaboración Propia. Cáceres - 2010 Represas para hidroeléctricas Estas son estructuras que permiten embalsar un volumen grande de agua para la generación de energía eléctrica de forma ininterrumpida. Regularmente el o, las toberas de carga se encuentran en el cuerpo de la represa, pero no siempre es así, en algunas ocasiones estas pueden estar localizadas en otro lugar del perímetro del embalse. En las siguientes figuras se presentan estos aspectos. Embalse Turbina - Generador Central Eléctrica Tobera Evacuación del agua Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 74 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 75 Canales para hidroeléctricas Estos pueden ser canales abiertos o cerrados de gran capacidad de conducción de agua para la generación de la energía eléctrica. Los canales abiertos regularmente están revestidos de hormigón y tienen forma trapezoidal o rectangular. Los canales cerrados son normalmente túneles para atravesar formaciones geológicas estables. Estos túneles tienen tres funciones: (i) conducción neta del agua, (ii) pueden cargar directamente las toberas de generación eléctrica; o, (iii ) sirven para el trasvase de aguas entre cuencas. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 76 6.2 SISTEMAS de RIEGO Un sistema de riego, comúnmente está compuesto por los siguientes procesos / módulos: Fuente: Elaboración Propia. Cáceres - 2010 Las obras más complejas desde el punto de vista constructivo están en la captación, el almacenamiento y la forma de aplicación del riego. 6.2.1 Captaciones para Riego Todas las opciones de captación explicadas para agua potable son posibles para los sistemas de riego. Sin embargo, los volúmenes de agua para los proyectos de riego son 10 veces más altos que los volúmenes necesarios para la dotación de agua potable a una misma población; por tanto, las obras también crecen en magnitud. Captación / embalse Aducción Almacenamiento Distribución Aplicación Pre- Tratamiento Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 77 6.2.2 Pretratamiento El agua para riego no precisa altos niveles de calidad como es el caso del agua para bebida. El principal pre-tratamiento que se realiza al agua es el desarenado y en algunas ocasiones la sedimentación simple. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 78 6.2.3 Almacenamiento Para los proyectos de riego no siempre es necesario almacenar pues se obtiene el agua directamente de la fuente. Pero las limitaciones cada vez mayores del agua dulce están motivando a ser eficientes en el empleo del agua. El agua para riego se puede almacenar de tres formas: en embalses, en reservorios de geomembrana y en tanques de mampostería (HºAº, HºCº). 6.2.4 Distribución La distribución del agua, normalmente se realiza a través de canales abiertos, los cuales están revestidos con un mortero de hormigón. Se debe tener especial cuidado en las compuertas distribuidoras. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 79 Los nuevos materiales y sistemas de control, facilitan la distribución del agua mediante tuberías plásticas flexibles (mangueras, cintas) que pueden ser regulados automáticamente. La ventaja de estas tuberías es que permiten ser retiradas cuando se interna maquinaria y ahorran inversiones en canales fijos.. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 80 7 PROBLEMAS FRECUENTES EN LA CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SANITARIAS E HIDRAULICAS Son muchos los problemas que pueden presentarse en la ejecución de las obras sanitarias e hidráulicas. El principal, está justamente ligado a la presencia de agua en casi todas las obras que obliga a constantes acciones de achique. Algunos problemas comunes son: Caudales importantes de agua en la fuente. Niveles elevados del agua freática. Poco desnivel entre la toma y el tratamiento/distribución. Cambio estacional en la calidad del agua. Alineamiento en puentes Anclaje de tuberías Recubrimiento de tuberías en pasos de quebrada Colmatación de represas Impermeabilización de túneles Parte especiales en las plantas de tratamiento para los cuales se deben fabricar accesorios Vaciado de volúmenes grandes de hormigón en algunas obras. La oxidación de los materiales y equipos metálicos. Accesibilidad a las obras de toma Grandes profundidades de excavación para la ejecución de las obras de toma, plantas de tratamiento. Estos serán abordados mediante análisis reflexivo en las clases. Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 81 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 82 Técnicas para la construcción de obras sanitarias e hidráulicas - Cáceres 83 8 SUPERVISIÓN Y SEGUIMIENTO TÉCNICO a) Supervisión La Supervisión es la actividad de control constante en la ejecución de las obras. Debe ser efectuada por un profesional calificado con formación en ingeniería sanitaria, riego o hidráulica, quien no sólo “vigila” la implementación de las obras, sino más bien, da las aprobaciones a la ejecución y terminado de cada fase del proyecto. La supervisión se entiende como una actividad principalmente orientada al control de la ejecución física de las obras, las cuales motivarán la aprobación de los desembolsos para el contratista. Los instrumentos para la supervisión de las obras hidráulico - sanitarias es similar a las que se ejecutan en otras obras. Los instrumentos comunes son: Orden de Proceder, Libro de Órdenes, Planillas de Avance Físico – Financiero, memoria fotográfica, Orden de Cambios, Contratos Modificatorios, Informes Especiales. b) Seguimiento El Seguimiento es la actividad que controla la ejecución físico - económicas a cualquier tipo de obra. Debe realizado por un profesional civil. Esta actividad es de responsabilidad de entidad promotora del proyecto. Los instrumentos de seguimiento, dependerán de la entidad promotora del proyecto, del nivel de control que deseen llevar y del objeto de seguimiento. 9 EJEMPLOS Y CASOS Se tratarán los siguientes ejemplos: 1. Planificación de la construcción balance hídrico Ciudad de Tarija 2. Empleo de shotcrete en revestimiento de túneles Visita a la planta de tratamiento de agua potable de Alto Lima – El Alto