El diseño de una PTAR consta de varias etapas y requiere varios elementos como la caracterización del agua residual y la legislación de vertido a cumplir, el espacio y ubicación disponible, la capacidad técnica del operador, costos y complejidad de la operación y mantenimiento, entre otros.

A continuación te compartimos algunos errores comunes en la etapa de diseño de PTAR de los que debemos aprender:

1. INTRODUCCIÓN

Las tuberías PVC para alcantarillado han sido usadas por más de 60 años, primero en pequeños diámetros, y ahora en tamaños hasta 60 pulgadas. (Uni-Bell, 2015). Dicha evolución se debe a varios factores, entre ellos, las ventajas del material PVC con respecto a otros materiales (concreto, hierro fundido, etc.), la eficiencia hidráulica, resistencia a sustancias químicas y durabilidad, peso liviano, hermeticidad en las juntas, instalación rápida; y adicionalmente a la innovación en la estructura de las tuberías como se puede observar en la Tabla 1.

2. Panorama normativo ASTM del PVC

La Sociedad Americana de Materiales y Pruebas (ASTM) establece diversas especificaciones técnicas para las tuberías plásticas PVC, entre ellas las indicadas en la Tabla 2

Este artículo se centrará en las siguientes especificaciones técnicas, por ser las tuberías que se fabrican y comercializan en Centroamérica, exceptuando la tubería de perfil abierto:

• D2241 Tuberías plásticas PVC para presión SDR.

• D3034 Tubos y accesorios para alcantarillado.

• F949 Especificación estándar para tubería corrugada y accesorios de PVC con interior liso.

• F2307 Especificación estándar para tubería y accesorios de PVC por gravedad de perfil cerrado serie 10 basados en diámetro interno controlado.

3. Comportamiento y diseño estructural de las tuberías plásticas

3.1 Diseño de tuberías de flujo por gravedad

Las tuberías PVC para drenaje sanitario por gravedad conducen el agua a tubería parcialmente llena, y principalmente están sometidas a las cargas externas, por lo cual es importante la rigidez de la tubería. Los tres parámetros más fundamentales en el diseño o análisis de la instalación de cualquier conducción flexible son:
a) Carga (profundidad de instalación)

.b) Rigidez del suelo en la zona de la tubería

.c) Rigidez de la tubería (Tabla 3).

En la Ilustración 1 se muestra la distribución de los esfuerzos en una tubería instalada adecuadamente. La integridad estructural para estas tuberías, depende de la rigidez anular del tubo y mayormente de la interacción “tubo – suelo”. Por tanto, el diseño para tuberías flexibles consiste en la transmisión de las cargas de diseño que actúan sobre el tubo, al suelo circundante; siendo este sistema de diseño flexible “suelo + tubo”, el que brinda mayor capacidad de carga.

Para aplicaciones de conducciones por gravedad, según la ASTM F949, correspondiente a la tubería corrugada de doble pared, la tubería tiene una rigidez de 46 PSI y para ASTM F2307, de perfil cerrado, es 10 PSI; independiente del diámetro de la tubería. En la Ilustración 2 se observa la sección para cada tipo de tubería.

3.2 Diseños de tuberías a presión

Las tuberías PVC para conducción de agua a presión transportan el agua a tubería llena, y deben de cumplir con una presión de trabajo, es decir, tener la capacidad de soportar presiones internas sin explotar o dañarse. Los métodos de diseño para instalaciones de tuberías de presión enterradas son similares al método de diseño para instalaciones de tuberías por gravedad; sin embargo, hay dos diferencias grandes:

a) El diseño de la presión interna debe ser incluida. (Tabla 4)

b) Las tuberías a presión son normalmente enterradas con menos cubierta de suelo, así que las cargas de suelo son usualmente menores.

4. Comparación de normativas

•Aspecto técnico

En el caso de la tubería pared sólida ASTM D2241, la relación entre el SDR y el PS está definido por la siguiente ecuación: PS=6.71EI/r^3 =4.47E/(SDR-1)^3

DondeE = Módulo de elasticidad.I = momento de inercia para sección de la pared por unidad de longitud de tubería (in4/in = in3).r = radio de la tubería (in).En la Tabla 5 se muestra el resultado para la relación SDR y rigidez de la tubería, para la materia prima con módulo de elasticidad de 400,000 PSI.

•Aspecto comercial

En Nicaragua, la tubería ASTM F949 y ASTM F2307 se empezó a introducir en el mercado nacional alrededor del año 2007, sumándose un período de proceso de difusión, aceptación y aplicación de esta innovadora tubería.

Previo a ello, solo se fabricaban las especificaciones técnicas ASMT D2241 y ASTM D3034, ambas de pared sólida. Para la implementación de tuberías de drenaje sanitario por gravedad prevaleció la aplicación de la especificación ASTM D2241, definiendo como frontera entre aplicaciones de acueductos y de drenaje a la tubería SDR 32.5 (Ver Tabla 5).

Como se puede notar en la Tabla 6, el SDR 35 tiene una equivalencia al ASTM F949 respecto a la rigidez de la tubería, generalmente en los proyectos se especifica con SDR 41, cuya rigidez de la tubería es menor que la ASTM F949.

Por tanto, actualmente al utilizar la especificación ASTM F949 respecto al ASTM SDR 41 se estará seleccionando una tubería de mayor capacidad de soporte de carga y más económica.

Puedes ver más detalles en el artículo Comparación entre tuberías PVC ASTM D2241 y ASTM F949 para aplicaciones de flujos por gravedad donde se aborda el comparativo del aspecto económico.https://www.linkedin.com/pulse/comparaci%C3%B3n-entre-tuber%C3%ADas-pvc-astm-d2241-y-f949-para-norori-roque/

5.Referencias Bibliográficas

American Society for Testing and Materials. (2000a). Standard Specification for Poly (Vinyl Chloride) (PVC) Pressure-Rated Pipe (SDR Series) / D2241-05. Annual Book of ASTM Standards, 08, 1–9.

American Society for Testing and Materials. (2000b). Standard Specification for Type PSM Poly (Vinyl Chloride) (PVC) Sewer Pipe and Fittings / D3034-08. i(November 1998), 1–12.

American Society for Testing and Materials. (2003). Standard Specification for Poly (Vinyl Chloride) (PVC) Corrugated Sewer Pipe With a Smooth Interior and Fittings / F949-09. Annual Book of ASTM Standards, i(October), 1–12..

American Society for Testing and Materials. (2015). Standard Specification for Series 10 Poly (Vinyl Chloride)(PVC) Closed Profile Gravity Pipe and Fittings Based on Controlled Inside Diameter / F2307-03. 08, 1–6

Moser, A. P., & Folkman, S. (2008). Buried pipe design. In The McGraw Hill Companies (Third edit).UNI-Bell Pipe Association. (2001). Handbook of PVC pipe.Uni-Bell PVC Pipe Association. (2015). PVC vs. Fiberglass (FRP) Gravity Sewer. 972, 2.