1. INTRODUCCION En las tuberías de conducción se presentan fuerzas de empuje que dependen de factores como la presión hidrostática interna, la sección de la tubería, el radio de curvatura o la cabeza de velocidad. Para contrarrestar estas fuerzas y evitar desplazamientos en las tuberías y accesorios con juntas no bridadas o soldadas, es necesario diseñar sistemas de anclaje con el objetivo de empotrar las tuberías y contrarrestar la tendencia a desacoplarse. 2. CONCEPTO Se trata de una obra civil formada por un macizo de concreto reforzado, que se construye en todos los puntos en los cuales se presenta un cambio de pendiente de la tubería. Estructura que restringe el movimiento axial de la tubería y transfiere cargas de tracción al terreno. También se construyen en los puntos en los que la tubería cambia de sección.
Figura 1: Esquema de un anclaje.
Figura 2: Perfil de ubicación de los bloques de anclaje y bloques de apoyo.
Nota: Los bloques de apoyo se utilizan para soportar adecuadamente la tubería de presión. Estos deben ser dimensionados de tal forma que sean de bajo costo y fácil construcción. El perfil de la tubería y el trazado, permiten determinar la ubicación de apoyos y estructuras que la sostienen y permiten el desplazamiento longitudinal por variación de la temperatura. La ubicación de los anclajes está determinada por las variaciones del terreno, estos están sometidos a esfuerzos por las cargas transmitidas por la tubería. El número de apoyos es un criterio técnico-económico determinado por el espesor del material de la tubería. El número de anclajes lo determinan las variaciones de la pendiente.
FOTOGRAFIAS DE DETALLE DE BLOQUES DE ANCLAJE
3. ANCLAJES EN PENDIENTES FUERTES Cuando existen pendientes fuertes se pueden presentar deslizamientos del terreno, provocando el arrastre de la tubería. En la mayoría de los casos se debe compactar muy bien en capas de 10 cm, hasta la cota rasante del terreno. Si por alguna razón se construye en una zona de posible riesgo o terreno inestable, se deben construir bloques de anclaje, de manera que queden apoyados en el terreno firme. Estos bloques de anclaje se deben construir cada 12 metros en promedio, sin embargo, es recomendable contar con el concepto de un especialista.
4. TIPOS DE
FOTOGRAFIA DE TUBERÍA DE SANEAMIENTO EN ZONA ALTA DE GRAN PENDIENTE.
ANCLAJES 4.1. 4.2.
Abiertas con Tubería descubierta y con piezas de acero. Del tipo macizo (el hormigón cubre toda la tubería).
Figura 3: Anclajes para variar pendiente horizontal y vertical. 5. CONSTRUCCION DE LOS ANCLAJES PARA TUBERIAS Los bloques de anclaje o muertos deben ser construidos en concreto, ubicándolos entre el accesorio y la parte firme de la pared de la zanja. Para bloques de anclaje de tuberías con diámetros menores a 8” no es necesario utilizar formaletas especiales, basta con colocar la mezcla de manera adecuada, ubicando la base más ancha contra la pared de la zanja y que el bloque formado no llegue a cubrir las campanas o las uniones de los accesorios.
6. EVALUCACION DE EMPUJES HIDRAULICOS Siempre que sea posible se debe transmitir el empuje al terreno, ya sea de forma horizontal a la pared de la zanja o vertical al fondo de la misma, por medio de un bloque de concreto de un área de contacto sobre la cual se pueda hacer una correcta distribución de cargas. Los codos, tees, tapones, válvulas y demás accesorios se deben anclar y atracar en estructuras de concreto. Las reacciones resultantes se calculan para contrarrestar los efectos de las presiones estática y dinámica.
Figura 4: Anclajes de concreto en distintos tipos de tubería.
6.1.
CALCULO DEL ESFUERZO POR PRESIÓN ESTATICA Es el Empuje producido por la columna de agua en un punto determinado, como si aguas abajo del sitio de interés existiera una válvula y estuviera cerrada. En el Figura 5 se ilustra para diferentes accesorios los diagramas de fuerza debidos a la presión hidrostática. Del análisis de los diagramas de fuerza enseñados en el Figura 5, se tiene:
Figura 5: Diagramas de Fuerzas debidas a la presión hidrostática. El empuje hidrostático para cada uno de los accesorios está determinado por las siguientes expresiones:
6.1.1. Codos T 1 =2 P A sin
Donde:
( α2 )
T1 = Esfuerzo hidrostático (Kg). P = Presión media del agua = γ*H en (Ton/m 2). γ = Peso específico del agua (1000 kg/m 3). H = Altura de la columna de agua o diferencia de nivel entre el nivel de agua y el codo (altura estática), en metros (m). A = Área de la sección transversal del tubo (m 2). α = Ángulo de deflexión.
6.1.2. Tee, tapones y Yee Lateral T 1 =P A En el caso de las Tee el área es la correspondiente a la de la tubería que se deriva. En el caso de las Yee Lateral, el área es la correspondiente al área de la tubería de la derivación. 6.1.3. Reducciones T 1 =P ( A 1−A 2 )
Siendo A1 el área de mayor sección de la reducción y A2 el área de la menor sección de la reducción. 6.1.4. Yees Dobles T 1 =2 P A2 cos
( α2 )−P A
1
Se asume que las dos derivaciones tienen igual ángulo e igual diámetro.
6.2.
CALCULO DEL ESFUERZO POR PRESIÓN DINÁMICA
Es el Empuje producido por el cambio en la cantidad de movimiento al darse un cambio en la dirección de velocidad. El empuje hidrodinámico está determinado por la siguiente expresión: T2=
2γ A 2 α V sin g 2
()
Donde:
6.3.
T2 = Esfuerzo dinámico (Kg). γ = Peso específico del agua (1000 kg/m 3). A = Área de la sección transversal del tubo (m 2). V = Velocidad del fluido (m/s). g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2). α = Ángulo de deflexión.
EMPUJE HIDRAULICO TOTAL El empuje total es la suma del empuje hidrostático más el empuje hidrodinámico. En el caso de los codos se tiene: E=T 1 +T 2 =2 γ A sin
( )( α 2
H+
V2 g
)
Nota: Para velocidades del flujo menores que 4 m/s, el empuje hidrodinámico es pequeño comparado con el empuje hidrostático y generalmente es despreciado. 7.
COEFICIENTE DE FRICCION PARA CALCULO DEL PESO MAXIMO DE CONDUCCION Existen casos como el de tuberías no enterradas en que es necesario no recurrir a ella, en vez del área del bloque, tendremos que verificar el peso del bloque de anclaje, la expresión general de este peso será: P≥
EH ± EV tan φ max
Donde: EH = Es la componente horizontal del empuje. EV = Es la componente vertical del empuje. tan φ max = Es el coeficiente de fricción.
7.1. TABLA DEL COEFICIENTE DE FRICCION PARA DISTINTOS TERRENOS. Tabla n°1: Tabla de determinación de coeficiente de fricción de acuerdo al tipo de terreno.
TIPO DE TERRENO
tan φ max
Arena y cantera sin limos y sin arcilla Arena arcillosa Arcilla dura Arcilla húmeda
0.50 0.40 0.35 0.30
Fuente: MANUAL DE HIDRAULICA (J. M. ACEVEDO NETO, GUILLERMO ACOSTA ALVARES).
8.
BIBLIOGRAGIA MANUAL DE HIDRAULICA (J. M. ACEVEDO NETO, GUILLERMO ACOSTA ALVARES). CRITERIOS DE DISEÑO DE ANCLAJES, APOYOS Y SOPORTES EN REDES DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO (Empresas Municipales de Cali,30 de Abril del 2014).
