Presentacion UNLP 20-03-13

CONTENIDO

1. Presentación institucional

2. Productos

Parámetros de Diseño de Tuberías Enterradas

IMPORTANCIA DEL DISEÑO DE LAS CONDUCCIONES

3.- Planteo de Alternativas Técnicamente Equivalentes

Diseño de una Conducción Entubada

4.- Selección de la Alternativa Más Conveniente

5.- Selección de Equipamiento Electromecánico

6.- Cálculo Hidráulico en Régimen Permanente (ajuste fino)

7.- Estudio de Transitorios. Diseño de Dispositivos Antiariete

8.- Verificación Estructural de tuberías instaladas en zanja

9.- Elaboración de documentación del proyecto

10.- Cómputo y Presupuesto de la Obra

1.- Definición de Caudales. Caudal de Diseño

2.- Armado Modelo de Cálculo Hidráulico

Pv

Wc

pi + ∆∆∆∆p

Tuberías EnterradasSOLICITACIONES SOBRE LA TUBERÍA

Presión InternaEn régimen Permanente

Sobrepresión por Golpe de Ariete

Coeficientes de seguridad del proveedor

Cargas ExternasCarga Relleno

Carga Tránsito

Presión Externa por presencia de agua

Cargas Estáticas

Deflexión - Pandeo

Concepto de “Rigidez Anular”

Concepto de “Clase”

p . Di . 1 = 2 . T

T = σ . e . 1

e = ( p . Di ) / ( 2 . σ )

i

adm

D

.e.Clase

σ=2

CLASEPresión de Trabajo que deberá soportar en forma permanente la

tubería a lo largo de toda su vida útil

«Clase»

TTp

Di

υσ

=σ uadm

«Clase»

F

∆∆∆∆y

y

FPS

∆=

Pipe Stiffness (ASTM 4212):

Rigidez Anular - Concepto

PSSNRS .149,08 ==

Ring Stiffness:3

.

mr

IERS =

Rigidez Anular – Otras Definiciones

Nominal Stiffness: 3

.

mD

IESN =

(ISO 9969 - STIS)

Relación entre RS, SN y PS

PSSN .02,0≈⇒

UNIFICACIÓN DE CRITERIOS ⇒⇒⇒⇒ IRAM 13439

3

.

mD

IESN =

Rigidez en Tubos de Material Homogéneo y Pared Lisa

Dm = Dint + 2ei

2

ee i =

12

3eI=

( )3int

3

12

.

eD

eESN

+=

Optimización de la Rigidez

3).2(

.

ii eD

IESN

+=

Eje Neutro

ei

NORMA NACIONAL (2012)IRAM 13414

Tuberías de Pared Perfilada

Momento de Inercia:

dA.yIA

x ∫= 2

∫

∫=

A

Ai

dA

dA.y

e

Distancia de Inercia:

dA

y

Eje Neutro

Eje de Referencia

e i

Optimización de la Rigidez

Tuberías de Pared Perfilada

CONTENIDO


2. ProductosTuberías Rígidas y Flexibles

Tubo Flexible Tubo Rígido

Tuberías Rígidas y Flexibles

Tubo Rígido o Flexible Función de la relación de rigidez tubo – relleno

Tubo Rígido

� Más rígido que el relleno de contención de la zanja

� Soporta la mayor parte de las cargas, transmitiéndolas en forma directa a la cama de asiento

� Presentan fisuras para ovalizaciones superiores al 2%

� Falla por rotura

Tubo Flexible

� Menos rígido que el relleno de contención de la zanja

� Se deforma ante la aplicación de la carga.

� Alivia la carga sobre las paredes laterales de la zanja.

� Fuerte interacción tubo-zanja

� Se le permiten ovalizaciones de un 5% a un 12.5 %

� Falla por colapso de forma

22

Plano crítico

∆ 's +∆s

Plano de igual

asentamiento

∆s +∆D ∆ 's +∆s

pD

∆s

∆ 's

∆ 's

∆s

pD

Superficie del relleno

He

Ho

Ho - He

Ho

Peso que incide sobre

el caño por "arrastre"

de sus fuerzas de

fricción

∆s +∆D

Parte del peso del

prisma es

soportado por la

fricción

He

Superficie del relleno

Plano de igual

asentamiento

Ho - He

Tuberías Rígidas y Flexibles

Tubería Flexible Tubería Rígida

23

SOPORTE LATERAL

SOPORTE

LATERAL

Necesidad de Soporte en Tuberías Flexibles

¿Por qué Tubos Flexibles?

La deflexión es controlada por el asentamiento del suelo. Luego de este asentamiento, ni las cargas del relleno ni las cargas de tránsito afectarán más a la tubería.

Gracias a su gran capacidad de deformación, el tubo puede acompañar a los movimientos del terreno, evitando que se generen tensiones excesivas en la pared del mismo

En materiales viscoelasticos, una vez en equilibrio con el relleno de la zanja, las tensiones presentes en la pared del tubo se relajarán a niveles muy bajos.

Los tubos flexibles « avisan » con su deformación cuando hay defectos en la instalación, inmediatamente después de ésta.

En el caso de los materiales termoplásticos (que conforman la mayor parte de la oferta de tuberías flexibles), se deformarán cuando la instalación no se realice de manera adecuada, pero muy raramente fallarán o presentarán roturas.

CONTENIDO


2. Productos

Verificación Estructural de Tuberías

40º 40º

40º 40º

α

P

P

Pv = P/2R1

Ph = Ax . e/2

Pv =2 =P 1Pv

2R . sen α sen α

• Verificación a la Deflexión

• Verificación al pandeo

• Verificación a las Tensiones Combinadas

Estado de Cargas

TUBERIAS FLEXIBLES

( )100.

'E.061,0r

I.E

pWc.D.K

D

y

3m

vLx

+

+=

∆

•∆y/D: Deflexión vertical porcentual, en %

•Kx: Coeficiente de Apoyo, que es adimensional. Este será una constante que dependerá del ángulo de apoyo con que se instale el tubo sobre la cama de asiento.

•DL: Factor de Deflexión Retrasada (tiene en cuenta deflexiones residuales a largo plazo)

•E: Módulo de Elasticidad Circunferencial del material de la tubería, en kPa.

•I : Momento de Inercia de la pared de la tubería, en mm4/mm

•rm: Radio medio de la tubería. rm = r + e’

•r : Radio interior de la tubería, en mm

•e’ : Distancia de Inercia de la pared de la tubería, en mm

•E’ : Módulo resistente del suelo de relleno, en kPa.

Fc

Frc Frs

Teoria Spangler-Iowa

DEFLEXIÓN

Tipo de E' (kPa)

Suelo Sin

Compactar

Dens.Proctor

<85%

Dens.Proctor

85-95%

Dens.Proctor

>95%

Suelos finos altamente compresibles

(CH, MH, OL, OH, PT) o suelos en el

límite (CH/MH) o cualquier

combinación que incluya estos

símbolos

Consultar

especialista

Consultar

especialista

Consultar

especialista

Consultar

especialista

Suelos finos sin o con plasticidad media

(CL, ML, ML-CL) o suelos en el límite

(ML/CL) o cualquier combinación que

incluya estos símbolos, con <30% de

partículas granulares

340 1400 2800 6900

Suelos finos sin o con plasticidad media

(CL, ML, ML-CL) o suelos en el límite

(ML/CL) o cualquier combinación que

incluya estos símbolos, con >30% de

partículas granulares

690 2800 6900 13800

Suelos granulares con finos (GM, GC,

SM, SC, GC-GM, GC/SC) o cualquier

combinación que incluya estos

símbolos, conteniendo > 12% de finos

690 2800 6900 13800

Suelos granulares con poco o sin

contenido de finos (GW,GP,SW,SP,GW-

GC, SP-SM) o cualquier combinación

que incluya estos símbolos,

conteniendo 12% de finos o menos

1400 6900 13800 20700

Piedra partida con menos de 15% de

arena, un máximo de 25% que pase el

tamiz de 3/8 y un máximo de 5% de

finos

6900 20700 20700 20700

Ángulo de Apoyo Kx

0 0,11

30 0,108

45 0,105

60 0,102

90 0,096

120 0,09

180 0,083

Teoria Spangler-Iowa

DEFLEXIÓN

•Tapada: 4,00 mts

•Ángulo Apoyo: 120º

•Suelo Natural: CL (2-4 golpes de ensayo SPT).

•Suelo relleno: Arena bien graduada (SW), γs=1900 kg/m3, comp. en un 85% (E’=6900 kPa)

•Carga de Tránsito: AASHTO H20

Rigidez RS Deflexión Pa % 2 2,22 4 2,21 8 2,19 16 2,14 32 2,04

40 2,00

( )100.

'E.061,0r

I.E

pWc.D.K

D

y

3m

vLx

+

+=

∆Importancia relativa de las variables

DEFLEXIÓN

•Tapada: 4,00 mts

•Ángulo Apoyo: 120º

•Suelo Natural: CL (2-4 golpes de ensayo SPT).

• Carga de Tránsito: AASHTO H20

• Rigidez Anular Tubo: RS = 8,0 kN/m2

% E'Compactación kPa

0 69085 280090 690095 13800

Deflexión%

15,044,211,760,89

0,002,00

4,006,008,0010,00

12,0014,0016,00

18,0020,00

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Módulo E' (kPa)

Def

lexi

ón A

nula

r (%

)

( )100.

'E.061,0r

I.E

pWc.D.K

D

y

3m

vLx

+

+=

∆Importancia relativa de las variables

DEFLEXIÓN

Estudios TEEPFA-APME (1996)

DEFLEXIÓN

0

20

40

60

80

100

Instalación Tapada Rigidez Tubo Material Tubo

Contr

ibuci

ón

Rel

ativ

a[%

]

Muy importante

Mayor tapada -> menordeflexión

0

20

40

60

80

100

Instalación Tapada Rigidez Tubo Material Tubo

Contr

ibuci

ón

Rel

ativ

a[%

]

Muy importante

Mayor tapada -> menordeflexión

Estudios TEEPFA-APME (1996)

DEFLEXIÓN

5,0

3wa D

IEEBR32

FS

1q

′′

=

hh0parah

h33,01R w

ww ≤≤−=

)28,3.H.(065,0e.41

1'B

−+=

Pandeo

OTRAS VERIFICACIONES

cepiT σ+σ=σ

piσ es la tensión debida a la presión interna:

ceσ es la tensión debida a la deflexiónresultantes de las cargas externas

e2

dppi =σ

D

e

E

yE6Ecece

∆=ε=σ

D

e

E

yE6

e2

DpT

∆+=σ

5,1adm

T

σ≤σ

Tensiones Combinadas

OTRAS VERIFICACIONES

r

11

IE

M

ds

d−

ρ==

θ

Momentos Ovalizantes y Tensiones

TUBERIAS RIGIDAS

minrR σ≥σ

υ

σ=σ R

adm

υσ

=σσ Radmp

Ensayo de las Tres Aristas

TUBERIAS RIGIDAS

CONTENIDO


2. ProductosDiseño de la Zanja e Instalación de Tuberías

1

23

4

5

6

7

8

9

10

11

13

a

b

c

DE

1. Superficie Terreno Natural2. Borde inferior de la ruta o riel de construcción, si existe3. Pared de Zanja4. Relleno principal5. Cubierta para compactación sobre el tubo6. Relleno principal7. Cama de asiento superior8. Cama de asiento inferior9. Fondo de Zanja10.Tapada11.Espesor Cama de Asiento12.Espesor del relleno de contención13. Profundidad total de la zanjaa. Espesor de la cama de asiento inferior (ver

Cama de Asiento Tipo 1)

b. Espesor de la cama de asiento superior

(mínimo 100 mm. + 1/10 DE en mm.)

c. Espesor de la cubierta para compactación del

relleno superior sobre el tubo.

DE Diámetro externo de la tubería

Conformación de la Zanja

INSTALACION DE TUBERÍAS

12

• Tratar de no alterar el material del fondo de zanja para no afectar su capacidad portante.

• Remover el afloramiento de rocas, terrones de suelo, suelo congelado, suciedad u otros materiales no aptos.

• Alisar el fondo de manera de ofrecer una superficie plana y lisa.

• Remover cualquier cantidad localizada de material blando debajo del fondo de la zanja y reemplazarlo con material adecuado. Si se encuentran áreas más extensas con este material, deberá re-evaluarse el cálculo estructural de las tuberías para esta nueva situación.

• Cuando el material de fondo de zanja sea inestable o presente muy baja capacidad portante, deberán tomarse precauciones especiales (reemplazo de los suelos con arena, grava o materiales cementicios o soporte de las tuberías mediante estructuras fundadas en pilotes).

• En condiciones de congelamiento, el fondo de zanja deberá protegerse, de manera tal que ninguna capa congelada entre en contacto con la tubería.

Preparación del Fondo de Zanja


La excavación de la zanja, la colocación de las tuberías y del relleno deben hacerse en condición seca.

• Durante el proceso de depresión del nivel de agua, deberán tomarse precauciones para:

-Evitar la pérdida de material fino

- Evitar efectos desestabilizantes en la estabilidad de los suelos y estructuras cercanas.

• Una vez finalizado el proceso, sellar adecuadamente todos los drenes temporarios dispuestos para la tarea.

Remoción del Agua


• Material granular (preferentemente arena bien graduada, con partículas de tamaño no mayor a 8 mm y un contenido de finos inferior al 9%)

• Capa libre de piedras, material congelado, humus o terrones de limo o arcilla, residuos de plantas, suciedad o cualquier tipo de material punzante.

• Bien compactada, y conformada de manera de brindar una superficie de apoyo firme, lisa y uniforme para el tubo.

• Ancho, a menos que se especifique lo contrario, igual al ancho del fondo de la zanja. En el caso de tuberías instaladas en terraplén, este ancho será igual a 4 veces el diámetro externo (DE) de la tubería.

• Conformada siguiendo la pendiente longitudinal especificada para cada proyecto.

Propiedades de la Cama de Asiento


• Tener especial cuidado de rellenar adecuadamente los espacios por debajo de la tubería, de manera de no dejar “huecos”

• En los casos de tubos con sistema de unión espiga-enchufe, se deberán realizar huecos en la cama de asiento para enterrar más las campanas, de manera que todo el fuste del caño apoye sobre el

material de asiento

Propiedades de la Cama de Asiento


• Tipo de material y densidad Proctor conforme con las especificaciones del proyectista, en función del cálculo estructural realizado para las tuberías.

• Especialmente recomendado el uso de suelos granulares (gravas, arenas) preferentemente bien graduados.

• No deberá tener terrones de suelo de tamaño superior a 2 veces el tamaño máximo de las partículas.

• No deberá contener material congelado.

• No deberá contener material orgánico.

• No deberá contener desperdicios (raices de vegetación, gomas, botellas, metales, etc).

Relleno de Contención


MATERIAL DE RELLENO = SUELO SELECCIONADO



• Colocar el suelo a ambos lados de la tubería en capas simultáneas, compactándolo con precisión, hasta alcanzar los niveles especificados en el proyecto, cuidando que la tubería no se mueva.

• En la compactación deberá tenerse cuidado de no impactar sobre la tubería. Para esto, antes de compactar colocar una capa de suelo de al menos 150 mm sobre la tubería cuando se utilice un plato vibratorio de mano. En el caso de utilizar un compactor de impacto manual, el espesor de suelo sobre la tubería debería elevarse a 300 mm.

• El espesor de las capas en las que se colocará el relleno podrá variar entre los 100 mm y 300 mm, en función del tipo de material y de la metodología utilizada para efectuar la compactación.

• En el caso de utilizar suelos granulares (con menos de un 12% de finos), éstos son relativamente fáciles de usar, ya que muestran poca sensibilidad a la humedad. Por lo tanto, éstos podrán ser fácilmente compactados, en capas de 200 a 300 mm con platos vibradores.

• En el caso de utilizar suelos con mayor contenido de finos, durante la compactación deberá controlarse la humedad, de manera de lograr la densidad requerida con un esfuerzo de compactación razonable y un equipo sencillo. En este caso, puede lograrse la compactación utilizando un compactador de impacto en capas de 100 a 200 mm.



Método / Equipos de

Compactación

N° Pasadas Espesor Máximo de Capa después de la

compactación (Metros)

Espesor mínimo de

suelo por encima

del lomo del tubo,

antes de la

compactación

Comp.

Buena

(W)

Comp. Moderada

(M)

Suelo ATV

G1 (gravas)

Suelo ATV

G1 (arenas)

Suelo ATV

G2 y G3

Suelo ATV

G4

Apisonado a mano o a pie

Min. 15 kg 3 1 0,15 0,10 0,10 0,10 0,20

Apisonado por Vibración

Min. 70 kg 3 1 0,30 0,25 0,20 0,15 0,30

Placa Vibrante

Min. 50 kg

Min. 100 kg

Min. 200 kg

Min. 400 kg

Min. 600 kg

4

4

4

4

4

1

1

1

1

1

0,10

0,15

0,20

0,30

0,40

--

0,10

0,15

0,25

0,30

--

--

0,10

0,15

0,20

--

--

--

0,10

0,15

0,15

0,15

0,20

0,30

0,50

Rodillo Vidrador

Min. 15 kN/m

Min. 30 kN/m

Min. 45 kN/m

Min. 65 kN/m

6

6

6

6

2

2

2

2

0,35

0,60

1,00

1,50

0,25

0,50

0,75

1,10

0,20

0,30

0,40

0,60

--

--

--

--

0,60

1,20

1,80

2,40

Doble Rodillo Vidrador

Min. 5 kN/m

Min. 10 kN/m

Min. 20 kN/m

Min. 30 kN/m

6

6

6

6

2

2

2

2

0,15

0,25

0,35

0,50

0,10

0,20

0,30

0,40

--

0,15

0,20

0,30

--

--

--

--

0,20

0,45

0,60

0,85

Triple Rodillo Pesado

(sin vibracion)

Min. 50 kN/m

6 2 0,25 0,20 0,20 -- 1,00

• D15/d85 < 5 ; siendo D15 el diámetro de la malla del tamiz por el que pasa el 15% del material más grueso y d85 el diámetro de la malla del tamiz por el que pasa el 85% del material fino.

• D50/d50 < 25 ; siendo D50 el diámetro de la malla del tamiz por el que pasa el 50% del material más grueso y d50 el diámetro de la malla del tamiz por el que pasa el 50% del material fino. Esta condición puede no ser aplicada si el material más grueso está bien graduado.

En su defecto, uso de geotextil o filtro

Migración de Finos


• El relleno principal deberá colocarse de acuerdo con el diseño y especificaciones del proyecto, limitando los asentamientos en la superficie.

• Para este relleno, por lo general podrá re-utilizarse el suelo excavado para conformar la zanja.

• Una vez colocado, deberá prestarse especial atención a la remoción de los tablestacados (en caso de existir) y se deberá controlar que la deflexión anular vertical que sufrió la tubería no exceda el 3%.

Relleno Superior


CONTENIDO


2. Productos

Gracias por su Atención

Presentacion UNLP 20-03-13

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Transcript of Presentacion UNLP 20-03-13