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DISEÑO DE ANCLAJES PARA UN SIFÓN INVERTIDO
Elementos sustentantes de la tubería Los anclajes son obras especiales formadas esencialmente por bloques de hormigón destinados a fijar la conducción en aquellos puntos, en donde es posible un desplazamiento de la misma. APOYOS SIMPLES: Estos son bloques de hormigón, semejantes al que se muestra en la siguiente figura:
La superficie de apoyo del tubo es de 50 cm. La altura del apoyo será de 1.40 m, el espacio entre el tubo y el suelo será 0.40 m suficiente para cualquier trabajo de mantenimiento bajo el conducto. Para la distancia entre apoyos se elige el de 12 m. La tubería se colocará como se muestra a continuación, se debe cuidar que la soldadura no coincida con el apoyo de hormigón.
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Es de suma importancia dar a la superficie de contacto, entre el apoyo y tubería un acabado suficientemente liso para que pueda realizarse fácilmente el deslizamiento cuando se produzca los cambios de longitud por variaciones de temperatura. La superficie de la tubería que está en contacto con el apoyo abarcará un arco que subtienda un ángulo al centro de 120 , con lo cual se inmovilizará lateralmente la tubería:
ANCLAJES Los anclajes son utilizados fundamentalmente en los cambios de dirección horizontal y/o vertical. También en aquellos sitios en donde tiene una gran pendiente y longitud. Lo que hace que las fuerzas de fricción sean vencidas por las de desplazamiento. Se construyen de hormigón, pues son diseñados para trabajar a compresión y están destinados a fijar la conducción. Se 1)
distinguen dos tipos de anclajes: anclaje situado en un tramo recto de la tubería.
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2)
en los tramos en curvas o derivaciones, la energía del agua o las turbulencias tienden a desplazar el eje de la tubería, por lo que se debe contrarrestar estas fuerzas.
FORMULARIO
F 1 A H
F 2
Q
2
g A
… F 5 f Cos 1 0.5 P W F 9
2
Dext
2 int
D
4
FH W
F 6 f Cos 2 0.5 P W F 10
H 1
FV
0.3
2
Dext
2 int
D
4
W ' B A P
V tubo
H 2
2.2
si W es negativo entonces no se requiere de anclaje, => sustituir con un mojón (apoyo simple). VC
et
W
P
W ANCLAJE
2.2
1.25 agua H D 2 S
-
Dext
e0
W '
Dint
2
Dext
FV
2e
2
Dint
peso del tubo
P
Wagua -
peso del agua en el tubo
W agua
S VC
esfuerzo de trabajo del acero volumen de concreto En el anclaje se debe cumplir que la resultante pase por el tercio medio de la base y que el suelo soporte las fuerzas provocadas.
-
4
2
Dint 4
L
L tubo
agua
Toda fricción cambia de dirección el estado de carga, de expansión a contracción, así: F5, F6, F7 y F8. Analizar para el estado más crítico (normalmente a compresión). Datos mínimos necesarios para el cálculo de los anclajes: 1.2.3.4.5.6.7.8.9.-
Presión junta aguas arriba [H1] Presión junta aguas abajo [H2] Presión en el anclaje [H] Longitud a junta aguas arriba [L1] Longitud a junta aguas abajo [L2] Ángulo hacia aguas arriba [1] Ángulo hacia aguas abajo [2] Factor de fricción entre el hormigón y el tubo [ f ] ~ 0.5 Peso específico del tubo [ tubo 7.8 T/m3 para el acero
10.-
Peso específico del agua [
agua
1.0 T/m3
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11.-
Esfuerzo de trabajo del acero [S] ~12000 T/m2
Ejemplo: DISEÑO HIDRÁULICO DEL SIFÓN INVERTIDO # 3 DEL PROYECTO DE RIEGO "MALLA" El sifón # 3, del proyecto de riego "Malla", se encuentra en la Quebrada "Dispencilla", sector Sta. Rita, inicia en la abscisa 7+655.00 y tiene una longitud de 217.67 m, trabajará bajo una presión máxima de 21 m c.a. tomada desde la línea piezométrica hasta el punto más bajo del sifón.
deflexión ángulo con la horiz distancia L de tubo
6.930
23.910
-2.856
-22.467
-2.955
0.140
-3.110
-5.227
-7.807
7.416
-16.625
17.001
6.930
30.840
27.984
5.517
2.562
2.702
-0.408
-5.635
-13.442
-6.026
-22.651
-5.650
13.36
20.00
8.00
12.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00
17.23
13.46
23.29
9.06
12.06
20.02
20.02
20.00
20.10
20.56
20.11
21.67
17.31
suma 217.67 m
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TRANSICIÓN DE ENTRADA
LONGITUD DE TRANSICIÓN
…
ANCLAJES
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ALGORITMO INICIO PI=3.14159265358979 *** INGRESO DE DATOS *** "Caudal de diseño (m3/s) ...";Q "Diámetro de la tubería (m) ...";D "Peso Específico del material del tubo (acero ==> 7.8 T/m3)...";PEA 2 "Esfuerzo de trabajo del acero ( S==> 12000 T/m )...";S "Presión en la junta de aguas Arriba. (H en el gr fico) ...";H "Presión hidrostática en el anclaje. (H1 en el gr fico) ...";H1 "Presión en la junta de aguas Abajo. (H2 en el gr fico) ...";H2 "Longitud horizontal L1 (tubería de aguas ARRIBA) (m) ...";L1 "Longitud horizontal L2 (tubería de aguas ABAJO) (m) ...";L2 "Ángulo de la tubería aguas ARRIBA con la horizontal ...";BET1: BETA1 = BET1 * PI / 180 "Ángulo de la tubería aguas ABAJO con la horizontal ...";BET2: BETA2 = BET2* PI / 180 "B si la tubería de aguas ARRIBA baja o S si sube ...";BAJA1$ "B si la tubería de aguas ABAJO baja o S si sube ...";BAJA2$
… "Rozamiento ***
(anclaje vs tubo)
f ==> 0.5 ...";F
CALCULO DE FUERZAS ***
A = PI*D^2/4 : F1 = A*1.25*H1 V = Q/A : F2 = Q*V/9.81 EO = ((D/0.0254+20)/400)*.0254 : E = 1.25*H1*D/(2*S)+EO "El espesor mínimo que se requiere es ..."; E "Ingrese el espesor en metros con el que desea trabajar...";E DEX = D+E*2 WTUBO1 = PI/4*(DEX^2-D^2)*L1*PEA WAGUA1 = PI/4*D^2*L1 : WTUBO2 = PI/4*(DEX^2-D^2)*L2*PEA WAGUA2 = PI/4*D^2*L2 : F3 = W1 : F5 = F*COS (BETA1)/2*(WTUBO1+WAGUA1) F6 = F*COS(BETA2)/2*(WTUBO2+WAGUA2) F7 = 0.745*PI*(DEX)/12 : F9 = PI/4*(DEX^2-D^2)*H :
W1 = WTUBO1*SIN(BETA1) + WAGUA1*SIN(BETA1) W2 = WTUBO2*SIN(BETA2) + WAGUA2*SIN(BETA2) F4 = W2
F8 = F7 F10 = PI/4*(DEX^2-D^2)*H2
*** PRESENTACION DE LAS FUERZAS CALCULADAS *** F1; F2; F3; F4; F5; F6;
F7;
F8;
F9;
F10
*** ESTADO DE CARGA A EXPANSIÓN *** Este método no considera las F3, F4, F7 y F8 IF (BAJA1$="B") AND (BAJA2$="S") THEN SFH=(F1+F5-F9)*COS(BETA1)+(F10-F2-F6)*COS(BETA2)
:
SFV=(F1+F5-F9)*SIN(BETA1)+(F2+F6-F10)*SIN(BETA2)
IF (BAJA1$="B") AND (BAJA2$="B") THEN SFH=(F1+F5-F9)*COS(BETA1)+(-F10-F2+F6)*COS(BETA2)
:
SFV=(F1+F5-F9)*SIN(BETA1)+(-F2+F6-F10)*SIN(BETA2)
IF (BAJA1$="S") AND (BAJA2$="S") THEN SFH=(F1-F5+F9)*COS(BETA1)+(F10-F2-F6)*COS(BETA2)
:
SFV=(-F1+F5-F9)*SIN(BETA1)+(F2+F6-F10)*SIN(BETA2)
IF (BAJA1$="S") AND (BAJA2$="B") THEN SFH=(F1-F5+F9)*COS(BETA1)+(-F10-F2+F6)*COS(BETA2)
:
SFV=(-F1+F5-F9)*SIN(BETA1)+(-F2+F6-F10)*SIN(BETA2)
*** RESULTADOS DE LAS COMPONENTES DE LAS FUERZAS FINALES *** "Fuerza Horizontal FH = "; SFH "Fuerza Vertical FV = "; SFV IF BAJA1$="b" OR BAJA1$="B" THEN SFH=-SFH WD=-SFH/0.3-SFV "W = ";WD;" Tn" IF WD<0 THEN "No se requiere anclaje" VC = WD/2.2*1.2 3 "Volumen de Concreto Vc =";VC; m "Ingrese el valor de la BASE del anclaje (B => 3 m) ...";B
… "Ingrese el valor de la ALTURA del anclaje (h => 2.4) ...";T PROF=VC/B/T "Profundidad del anclaje ..."; PROF VT=PI/4*DEX^2*(B/2/COS(BETA1)+B/2/COS(BETA2)) "Volumen del tubo dentro del Anclaje Vt ...";VT WAN=2.2*(B*T*PROF-VT)+SFV "Peso del Anclaje Wancl = ";WAN : "suma de Fuerzas Horizontales
FEW=0.3*WAN
FH = ";SFH
"peso total del anclaje por ( f = 0.3 )... f * W = ";FEW IF ABS(SFH) < FEW THEN "Se cumple que
FH < f * W
"Comprobación de la capacidad portante del suelo": "al suelo se transmiten ";CPS; " T/m2" MA= WAN*B/2 + SFH*(.38+D/2) RM = MA/WAN: "La resultante pasa por "; RM; " m"
....
OK"
ELSE "cambie el diseño del anclaje......."
CPS=WAN/B/PROF
IF RM <= B/3 THEN "La resultante no se encuentra en el tercio medio de la base, deberediseñar está correcto ...... OK" FIN
”
APLIQUE En los cambios de dirección: 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10 y 11, del ejercicio propuesto.
ELSE "el diseño
