DISEÑO DE CAÑERIAS POR EL MÉTODO DE CARGA MAXIMA Criterios para el Diseño. La trayectoria se diseña en base al análisis anticolisión y de interferencia magnética que debe realizarse antes de iniciar la perforación, debido a que en la misma locación (ell pad! se encuentran " pozos ya perforados# $ direccionales y uno %ertical. &endrá dos componentes direccionales# el primero en forma de ') in%ertida entre *++ y ",$* pies (-D! y el segundo de radio largo a partir de $+,$* /asta 00010, pies (-D! con una longitud adicional /orizontal de apro2imadamente 0+++ pies. La 3resión -á2ima 4dmisible, es la correspondiente a la '3resión de prueba en zan5a) (en instalaciones medias de la 6ngenier7a anitaria 0." la clase!, la que, al ser una presión alcanzada para probar la bondad de la obra garantiza que los transitorios /asta ese %alor serán soportados por la tuber7a sin necesidad de dispositi%os especiales anti8ariete. De todo lo e2puesto pre%iamente se deduce que el concepto de 'Clase) de una tuber7a está restringido a las conducciones a presión y está fundamentado en la solicitación '3resión 6nterna), en régimen permanente o estático como caso particular. 3ero las tuber7as instaladas en zan5a están sometidas a las solicitaciones e2ternas actuantes debidas al relleno y al tránsito. 9%identemente, el material de relleno /abrá de e5ercer una acción o solicitación sobre la tuber7a que tenderá a deformarla (o%alizarla! en función de las caracter7sticas elásticas de la misma y del suelo de apoyo. :b%iamente la intensidad de la solicitación dependerá de las caracter7sticas del suelo del relleno y de apoyo y de la '6nteracción ;an5a8&uber7a) (Cobra especial sentido la consideración relati%a a la mayor o menor deformación de la tuber7a, seg
que en realidad nos posibilita la '3reselección' de la 'clase) de la tuber7a, deberá agregarse la %eri>cación de las solicitaciones e2ternas debidas a las cargas de relleno y tránsito, que incidirá sobre la conducción en función de las dimensiones y caracter7sticas de la zan5a, y de las propiedades mecánicas del suelo y del material constituyente de la tuber7a. 3or otra parte, desde que la tuber7a requiere ?egulación o que puede constituir una 6mpulsión, es e%idente que deberá ser e%aluado el siempre comple5o problema de los mo%imientos transitorios, más conocido por la denominación de '@olpe de 4riete). 3roblemática que se presenta en forma distinta en las tuber7as r7gidas o =e2ibles, pero que siempre es necesario tener en cuenta no sólo para e%aluar las sobrepresiones en el caso de las primeras y las depresiones para el caso de las segundas (que son susceptibles al colapso por '4plastamiento)! sino también para el dimensionado y ubicación de los accesorios que posibiliten acotar con%enientemente sus efectos. ?esumiendo los conceptos %ertidos diremos que una tuber7a enterrada y a presión se encuentra sometida a cuatro solicitaciones, a saber# a! Debida a la presión interna en régimen permanente y que en el proceso de 3reselección de>ne la 'Clase) de la tuber7a a %eri>car. b! Debida a la sobrepresión interna %ariable entre %alores positi%os y negati%os del régimen impermanente (transitorios o '@olpe de 4riete)!, cuya relación con la 'Clase) a tra%és del concepto de 3-4 (3resión -á2ima 4dmisible! fue estudiado pre%iamente. c! Debida a la carga del material de relleno. d! Debida a la carga dinámica de &ránsito. De acuerdo a lo e2puesto pre%iamente con la solicitación a! puede procederse a la '3reselección) de la tuber7a o determinación de la 'clase) de la misma, la que deberá ser posteriormente %eri>cada a las solicitaciones b!, c! y d!. Aota# Aótese que para el caso de tuber7as destinadas a drena5e (cloacas y plu%iales!, e%identemente no e2isten las solicitaciones a! y b!, por lo que su selección debe /acerse sobre la base de las solicitaciones c! y d! y pierde sentido,
consecuentemente, el concepto de 'clase) como criterio de preselección. La teor7a y la práctica enseñan que e2iste una importante 'interacción tuber7azan5a) por lo que el proyectista deberá e%aluar el con5unto de las solicitaciones en su diseño. 9n efecto la zan5a, en función de la granulometr7a de su lec/o, de las propiedades del suelo del fondo, de los laterales, del anc/o B y de sus propiedades mecánicas, e5ercerá acciones que pueden ayudar a la tuber7a a resistir las cargas en mayor o menor grado. 3or e5emplo, si se piensa en una tuber7a r7gida apoyada en una cama de ormigón abarcando un gran ángulo de apoyo, es e%idente que resistirá muc/a más carga que si está apoyada en suelo y con pequeño ángulo de apoyo. 9n este caso a igualdad de solicitación, la tuber7a del primer caso puede tener un espesor sensiblemente menor, puesto que es más 'ayudada) por la zan5a. 9s decir que ser7a económica la tuber7a pero costosa la obra. :tro e5emplo importante, y poco tenido en cuenta, que tiene a la 'clase) de la tuber7a como protagonista principal, es el caso de los materiales e2trusi%os (3C, polietileno de alta densidad y otros!, para los cuales el diámetro comercial, es el diámetro interno, por lo que al aumentar la clase (consecuentemente su espesor! disminuye su capacidad de transporte. De lo e2puesto se deduce un 'nue%o) análisis comparati%o a realizar entre las tuber7as de los materiales mencionados y otros que ofrece el mercado. 9n efecto, la %ariación de la presión interna en función de la topograf7a con seguridad /abrá de %ariar las EclasesE con el recorrido de la conducción. 3or consiguiente al ser requerida una clase mayor %ariará el diámetro interno, %ariará también el caudal a transportar y eso nos lle%ará a un aumento del diámetro comercial por sobre el preseleccionado en primera apro2imación. 9n este caso los
diámetros comerciales que prestan un ser%icio m7nimo equi%alente resultarán distintos con una e%idente in=uencia en el análisis de precios comparati%o con materiales no e2trusi%os.
3egamiento de tuber7a Cuando la tuber7a no se puede mo%er se dice que está pegada, problema que impide rotarla y circular =uido por el pozo. Las principales causas de pegamiento pueden ser clasi>cadas en tres categor7as# 9mpaquetamiento (3acF8off! 3ega diferencial. @eometr7a del pozo.
9mpaquetamiento :curre generalmente cuando pequeñas part7culas de la formación caen dentro del /ueco a la altura de los lastra8barrenas o de las /erramientas con diámetro cercano al del pozo, llenando el espacio anular alrededor de la sarta de perforación. 3ega Diferencial Cuando se perfora formaciones permeables se crea una costra o re%oque de lodo debido a que la presión /idrostática es mayor a la de la formación, siendo en consecuencia menor el diámetro del /ueco en esas zonas. 9ntonces la presión diferencial e2istente origina que la tuber7a se ad/iera a la pared del /ueco causando el pegamiento de la misma y di>cultando tanto el mo%imiento como la rotación de la sarta. 9l problema es mayor cuando son pozos des%iados o en una sarta mal diseñada o sin estabilizadores. @eometr7a del 3ozo La pega de tuber7a se puede dar tanto al ba5ar como al recuperar la sarta de perforación debido a que el ensambla5e de fondo es demasiado r7gido para aceptar los cambios de dirección en la geometr7a del pozo. ibraciones en la arta de 3erforación. e /a demostrado que la %ibración en la sarta produce desgaste y fallas en la tuber7a y en la broca. e reconoce tres tipos de %ibración# &orsional 42ial Lateral Con el propósito de obtener una distribución uniforme de la carga, se pueden fundir sobre el tubo y en las super>cies superior e inferior de los apoyos bandas longitudinales de mortero, de yeso u otros materiales, que una %ez
curadas no e2cedan de " mm de altura. 9l anc/o de las bandas de mortero no puede ser mayor de 1+ mmGm de diámetro del tubo y en ning
car si el tubo llegó al agrietamiento debe ser del tipo galga (/o5a metálica!, con las dimensiones indicadas en la Higura Los espec7menes o tubos en el momento del ensayo no deben presentar /umedad %isible ni /aber sido sometidos a temperaturas inferiores a $I C durante las $ /oras pre%ias a la realización del ensayo. 9l tubo que %a a ser ensayado se colocará sobre los apoyos inferiores teniendo cuidado de que descanse en la forma más uniforme posible sobre ellos y a lo largo de toda su longitud. e marca en el tubo el punto medio entre los dos apoyos inferiores y se establece el punto diametralmente opuesto. 9sto se /ace para cada e2tremo del tubo. e coloca la %iga superior (la que %a a transmitir la carga! en tal forma que coincida con las marcas citadas en el numeral ".* y se alinea simétricamente en la máquina de prueba. e procede a aplicar la carga a la %elocidad especi>cada en el numeral $.0 /asta que aparezca una grieta con un anc/o de +.*+ mm o /asta que se /aya alcanzado la carga de rotura especi>cada. i se e2igen ambos requisitos, es decir la grieta de +.*+ mm y la carga de rotura, no /abrá necesidad de mantener la %elocidad de aplicación de la carga a partir del momento en que se presente la grieta mencionada. La carga que produce en el tubo una grieta de +.*+ mm de anc/o en una longitud m7nima de *+ cm, es la carga D que determina la resistencia del tubo al agrietamiento. e considera que la grieta tiene un anc/o de +.*+ mm cuando el calibrador penetre sin forzarlo 0." mm en inter%alos cortos y a lo largo de *+ cm.
i los equipos de ensayo presentan problemas mecánicos que ocasionen la falla del espécimen se debe descartar el resultado obtenido y tomar un nue%o espécimen. 3ara tubos de gres y de concreto simple, la resistencia ? en Filogramos por metro FgGm (ó Aeton por metro AGm! se encuentra di%idiendo la carga total sobre el tubo, por la longitud ensayada.
la resistencia má2ima o carga D en Filogramos por metro por cm de diámetro FgGmGcm (ó Aetons por metro por mm de diámetro AGmGmm!, se encuentra di%idiendo la carga total sobre el tubo, por la longitud ensayada y por el diámetro nominal del tubo. Longitud 9nsayada,L(m! Diámetro interno (mm!Los %alores m7nimos de resistencia a la rotura o carga D, que deben cumplir los tubos ensayados para ser aceptados para su uso, son los establecidos en las normas A&C $+0 para el caso de tubos de concreto reforzado y A&C 0+ para el caso de tubos de concreto simple. 3ara diseñar por tensión se debe considerar los siguientes criterios# ?esistencia a la &ensión 9s el má2imo %alor para que ceda por tensión el cuerpo de la tuber7a. e obtiene por medio de tablas. Hactor de eguridad por &ensión e aplica para disminuir la capacidad de la resistencia a la tensión de la tuber7a, de manera que se obtenga una carga permisible (má2ima!. 9l %alor generalmente es 0,0. Carga 3ermisible Carga má2ima que puede colocarse en la tuber7a, incluyendo las contingencias. Carga de &raba5o 9s la tensión má2ima esperada que puede ocurrir durante operaciones normales. -argen de obretensionamiento ':%erpull) 9s la capacidad adicional a la carga de traba5o (3J!, y que se utiliza para superar problemas como el arrastre esperado, posible atrapamiento y aplastamiento por cuñas. Los %alores t7picos de ':%erpull) están entre "+,+++ y 0"+,+++ lbs.
Criterios de Diseño 3resión de Colapso @enerada por la columna del lodo de perforación, que actere a la má2ima presión de formación que resulta al ocurrir un in=u5o del pozo. Higura *. 3resión de estallido &esnsión La mayor parte de la tensión a2ial pro%iene del mismo peso del re%estidor. 3ara el diseño se considera un factor de seguridad por tensión de 0,1. ". 3rocedimiento de Diseño de la &uber7a de ?e%estimiento 9n el cálculo de todas las secciones del re%estidor se considera un gradiente de formación de +,$1 psiGpie. Datos requeridos para cada sección# 3rofundidad inicial 3rofundidad de asentamiento Diámetro e2terno Densidad del lodo de perforación
Hactores de seguridad considerados en todas las secciones# 9stallido# 0,0+ Colapso# 0,0" &ensión# 0,1
3rocedimiento# 0. Cálculo de parámetros que inter%ienen en el diseño# 3resión de formación 3resión /idrostática 3resión de colapso 3resión de estallido Distancia del punto neutro . elección del re%estimiento con las caracter7sticas requeridas y cuya resistencia al colapso sea mayor que el %alor calculado. *. Cálculo y análisis de la resistencia permisible a la tensión. $. 4nálisis de la ?esistencia al 9stallido ". Determinar cantidad de tubos
