Steel Pipelines Crossing Railroads and Highways API RECOMMENDED RECOMMENDED PRACTICE 1102 SEVENTH EDITION, DECEMBER 2007 ERRATA, NOVEMBER 2008 ERRATA 2, MAY 2010
CRUCE DE TUBERÍAS DE ACERO FERROCARRILES Y CARRETERAS PRÁCTICA RECOMENDADA API 1102 SÉPTIMA EDICIÓN, DICIEMBRE DE 2007 ERRATA, NOVIEMBRE 2008 ERRATA 2, MAYO 2010
CRUCE DE TUBERÍAS DE ACERO FERROCARRILES Y CARRETERAS PRÁCTICA RECOMENDADA API 1102 SÉPTIMA EDICIÓN, DICIEMBRE DE 2007 ERRATA, NOVIEMBRE 2008 ERRATA 2, MAYO 2010
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PREFACIO La necesidad de una práctica recomendada por la industria para abordar la instalación de cruces de tuberías bajo ferrocarriles fue primero reconocido por la publicación del Código 26 del Instituto Americano del Petróleo (API) en 1934. Este código representaba un entendimiento entre las industrias de ductos y ferrocarriles con respecto a la instalación del diámetro relativamente pequeño líneas entonces predominantes. El rápido crecimiento de los sistemas de tuberías después de 1946 utilizando tuberías de gran diámetro condujo a la reevaluación y revisión de API Código 26 para incluir los criterios de diseño de la tubería. Se realizaron una serie de cambios entre 1949 y 1952, que culminaron en el establecimiento en 1952 de la práctica recomendada 1102. El alcance de la práctica recomendada 1102 (1952) incluidos los cruces de carreteras en anticipación de los ahorros de costos que se derivarían del uso de cubiertas de pared delgada en conjunción con la construcción pendiente del sistema de autopistas interestatales de defensa. La Práctica recomendada 1102 (1968) incorporó el conocimiento adquirido a partir de datos conocidos sobre tuberías de transporte sin carcasa y el diseño de la carcasa y del rendimiento de las tuberías de transporte sin carcasa bajo cargas muertas y vivas, así como bajo presiones internas. Se realizó un extenso análisis computarizado usando Spangler's Iowa Formula [1] para determinar la tensión en tuberías de transporte sin carcasa y el grosor de la pared de tuberías de revestimiento en los casos en que se requieren tuberías revestidas una instalación. El rendimiento de los tubos transportadores en cruces y cubiertas no embalados instalados desde 1934, y operados de conformidad con API Code 26 y Recommended Practice 1102, ha sido excelente. No hay ocurrencia conocida en el industria petrolera de una falla estructural debido a cargas terrestres y de vida impuestas sobre una tubería o una tubería de ferrocarril o carretera. La compañía de ductos informa al Departamento de Transporte de los EE. UU. De conformidad con el Código 49 de las Regulaciones Federales La Parte 195 corrobora este registro. El excelente registro de rendimiento de los tubos y las cubiertas de los transportadores sin carcasa puede deberse en parte al proceso de diseño utilizado para determinar el espesor de pared requerido. Mediciones de las carcasas instaladas y las tuberías de los portadores usando Práctica recomendada anterior Los criterios de diseño 1102 demuestran que los métodos de diseño anteriores son conservadores. En 1985, el Gas Research Institute (GRI) comenzó a financiar un proyecto de investigación en la Universidad de Cornell para desarrollar un Metodología mejorada para el diseño de tuberías de transporte sin caja cruzando bajo ferrocarriles y carreteras. Los el alcance de la investigación incluyó revisiones de vanguardia de las prácticas de cruce de ferrocarril y carretera y los registros de rendimiento [2, 3]. Modelado tridimensional de elementos finitos de tuberías de transporte sin caja debajo de ferrocarriles y carreteras, y extensas pruebas de campo en tuberías instrumentadas a gran escala.
Los resultados de esta investigación son la base de la nueva Metodología para el diseño de tuberías de transporte sin embalar dada en esta edición de la Práctica Recomendada 1102. El resumen GRI informe, Resumen Técnico y Base de Datos para Lineamientos para Tuberías Cruzando Ferrocarriles y Autopistas por Ingraffea et al. [4], incluye los resultados del modelado numérico, las derivaciones completas de las curvas de diseño utilizadas en este práctica recomendada, y la base de datos de las mediciones de campo realizadas en las tuberías de prueba experimentales. Esta práctica recomendada contiene valores tabulares para el grosor de la pared de las envolturas donde se requieren en una instalación. Los valores de carga que se emplearon son Cooper E-80 con 175% de impacto para ferrocarriles y 10,000 lbs. (44.5 kN) por rueda tándem con un 150% de impacto en las carreteras. Debe tenerse debidamente en cuenta el hecho de que las cargas externas en tuberías flexibles puede causar fallas por pandeo. El pandeo ocurre cuando el diámetro vertical ha sido sometido a un 18% de 22% de deflexión. El fallo al pandeo no provoca la ruptura de la pared de la tubería, aunque el metal puede estar estresado lejos más allá de su límite elástico. La práctica recomendada 1102 (1993) reconoce este rendimiento de una instalación adecuada tubería de revestimiento flexible, a diferencia de las estructuras rígidas de pared pesada, y ha basado sus criterios de diseño en un máximo deflexión vertical del 3% del diámetro vertical. Medida de la tubería de revestimiento instalada real usando Recomendado Los criterios de diseño de la práctica 1102 (1981) demuestran que la fórmula de Iowa es muy conservadora, y en la mayoría de los casos, las medidas de deflexión vertical a largo plazo han sido del 0,65% o menos del diámetro vertical. La práctica recomendada 1102 ha sido revisada y mejorada repetidamente utilizando las últimas investigaciones y experiencia en medir el rendimiento real de las tuberías sin carcasa cargadas externamente en diversas condiciones ambientales y utilizando nuevos materiales y técnicas de construcción desarrolladas desde la última vez que se revisó la práctica recomendada. Los La práctica recomendada actual 1102 (2007) es la séptima edición y refleja los criterios de diseño más recientes y tecnología. La séptima edición de la Práctica recomendada 1102 (2007) ha sido revisada por las operaciones de la tubería API Comité Técnico que utiliza los amplios conocimientos y experiencias de ingenieros calificados responsables del diseño taconstrucción, operación y mantenimiento de los oleoductos de la nación. API apreciativamente reconoce su contribuciones. Nada de lo contenido en ninguna publicación API se debe interpretar como la concesión de ningún derecho, por implicación o de otro tipo, para el fabricación, venta o uso de cualquier método, aparato o producto cubierto por patente de letras. Tampoco nada contenido en la publicación se interpretará como asegurando a cualquier persona contra la responsabilidad por infracción de patentes de letras. Este documento fue producido bajo procedimientos de estandarización API que aseguran la notificación apropiada y participación en el proceso de desarrollo y se designa como un estándar API. Preguntas sobre el interpretación del contenido de esta publicación o comentarios y preguntas sobre los procedimientos según los cuales esta publicación fue desarrollada debe ser dirigida por escrito al Director de Estándares, American Petroleum Institute, 1220 L Street, N.W., Washington, D.C.
20005. Solicitudes de permiso para reproducir o traducir todo o cualquier parte del material publicado en este documento también debe dirigirse al director.
Contents
Tables
O LE O DUC T OS D E A C E R O C R UZA N DO F E R R O C A R R I L E S Y C A R R E T E R A S
1 Alcance 1.1 General Esta práctica recomendada, Steel Pipelines Crossing Railroads and Highways, da énfasis principal a las disposiciones para la seguridad pública. Cubre el diseño, la instalación, la inspección y las pruebas necesarias para garantizar pasos seguros de acero tuberías bajo ferrocarriles y carreteras. Las disposiciones se aplican al diseño y construcción de tuberías de acero soldadas bajo ferrocarriles y carreteras. Las disposiciones de esta práctica están formuladas para proteger las instalaciones atravesadas por el tubería, así como para proporcionar un diseño adecuado para la instalación y operación segura de la tubería.
1.2 Aplicación Las disposiciones de este documento deberían ser aplicables a la construcción de tuberías que cruzan bajo ferrocarriles y carreteras y para el ajuste de las tuberías existentes cruzadas por la construcción de ferrocarriles o carreteras. Esta práctica no debe ser aplicado retroactivamente. Tampoco se debe aplicar a las tuberías bajo contrato para la construcción en o antes de la vigencia fecha de esta edición. Tampoco se debe aplicar a cruces direccionalmente perforados ni a tuberías instaladas en servicios públicos túneles
1.3 Tipo de tubería Esta práctica se aplica a las tuberías de acero soldadas.
1.4 Disposiciones para la seguridad pública Las disposiciones dan énfasis principal a la seguridad pública. Las disposiciones establecidas en esta práctica prevén adecuadamente seguridad bajo condiciones normalmente encontradas en la industria de la tubería. Requisitos para anormal o inusual las condiciones no se discuten específicamente, ni se proporcionan todos los detalles de ingeniería y construcción. El aplicable regulaciones de instituciones federales [5, 6], estatales, municipales y reguladoras que tienen jurisdicción sobre la instalación que se cruzado se observará durante el diseño y la construcción de la tubería.
1.5 Aprobación para cruces Antes de la construcción de un cruce de tubería, se deben hacer arreglos con el agente autorizado de la instalación ser cruzado
2 Símbolos, Ecuaciones y Definiciones 2.1 Símbolos Ap Área de contacto para la aplicación de carga de ruedas, en in.2 o m2. Bd Aburrido diámetro de cruce, en pulgadas o mm. Be Sea factor de entierro para el esfuerzo circunferencial de la carga de tierra. D Diámetro externo de la tubería, en pulgadas o mm. E Factor de unión longitudinal. E' Módulo de reacción del suelo, en kips / in.2 o MPa. Ee Factor de excavación para el estrés circunferencial de la carga de tierra. Er Módulo de suelo resiliente, en kips / in.2 o MPa. El módulo de acero de Es Young, en psi o kPa. F Factor de diseño elegido de acuerdo con la práctica estándar o el requisito del código. Factor de impacto Fi. Factor de Geometría GHh para el estrés circunferencial cíclico de la carga vehicular de la carretera. Factor Geometría GHr para el estrés circunferencial cíclico de la carga ferroviaria. GLh Factor de geometría para el estrés longitudinal cíclico de la carga vehicular de la carretera. GLr Factor de geometría para la tensión longitudinal cíclica de la carga del carril. H Profundidad hasta la parte superior de la tubería, en ft o m. HVL Líquido altamente volátil. KHe Factor de rigidez para el estrés circunferencial de la carga de tierra. Factor de rigidez KHh para la tensión circunferencial cíclica de la carga vehicular de la carretera. Factor de rigidez KHr para la tensión circunferencial cíclica de la carga del carril. KLh Factor de rigidez para el esfuerzo longitudinal cíclico de la carga vehicular de la carretera.
KLr Factor de rigidez para la tensión longitudinal cíclica de la carga del carril. L Factor de configuración del eje de la autopista. LG Distancia de la soldadura circunferencial desde la línea central de la pista, en ft o m. MAOP Presión de funcionamiento máxima permitida para gases, en psi o kPa. MOP Presión operativa máxima para líquidos, en psi o kPa. NH Doble factor de seguimiento para el estrés cíclico circunferencial. NL Doble factor de seguimiento para la tensión longitudinal cíclica. Nt Número de pistas en el cruce del ferrocarril P Carga de rueda. en lb o kN. Ps Carga de la rueda del eje simple, en lb o kN. Carga de la rueda del eje en tándem Pt, en lb o kN. p Presión interna de la tubería, en psi o kPa. Factor de tipo de pavimento R Highway. Factor de reducción de tensión longitudinal RF para la fatiga. Esfuerzo efectivo total de Seff, en psi o kPa. SFG Resistencia a la fatiga de la soldadura circunferencial, en psi o kPa. SFL Resistencia a la fatiga de la soldadura longitudinal en psi o kPa. SHe Estrés circunferencial de la carga de tierra, en psi o kPa. SHi Esfuerzo circunferencial por la presión interna calculada utilizando el diámetro promedio, en psi o kPa. SHi (Barlow) Estrés circunferencial de la presión interna calculada con la fórmula de Barlow, en psi o kPa. S1, S2, S3 Principales tensiones en tubería, en psi o kPa: S1 = tensión circunferencial máxima; S2 = longitud máxima estrés; S3 = tensión radial máxima. SMYS Fuerza de fluencia mínima especificada, en psi o kPa. T Factor de reducción de temperatura. T1, T2 Temperaturas (° F o ° C). tw Grosor de la pared de la tubería, en pulgadas o mm.
w Presión superficial de diseño aplicado, en psi o kPa. αT Coeficiente de expansión térmica, por ° F o por ° C. γ Peso unitario del suelo, en lb / in.3 o kN / m3. ΔSH Esfuerzo circunferencial cíclico, en psi o kPa. ΔSHh Esfuerzo circunferencial cíclico de la carga vehicular de la carretera, en psi o
kPa. ΔSHr Esfuerzo circunferencial cíclico de la carga del carril en psi o kPa. ΔSL Esfuerzo longitudinal cíclico, en psi o kPa. ΔSLh Esfuerzo longitudinal cíclico de la carga vehicular de la carretera, en psi o kPa. ΔSLr Esfuerzo longitudinal cíclico de la carga del carril, en psi o kPa.
la relación de acero de Poisson.
2.3 Definiciones Las siguientes definiciones de términos se aplican a esta práctica:
2.3.1 Tubería de transporte Una tubería de acero para transportar gas o líquidos.
2.3.2 Tubería revestida o tubería revestida Una tubería de transporte dentro de una carcasa que cruza debajo de una vía férrea o autopista.
2.3.3 Caja Un conducto a través del cual se puede colocar el tubo transportador.
2.3.4 Carcasa flexible Carcasa que puede sufrir deformación permanente o cambio de forma sin fractura de la pared. NOTA La tubería de acero es un ejemplo de una carcasa flexible.
2.3.5 Pavimento flexible Una superficie de carretera hecha de materiales asfálticos viscosos.
2.3.6 Soldadura circunferencial Una soldadura circunferencial a tope completa que une dos secciones adyacentes de tubería.
2.3.7 Líquido altamente volátil (HVL) Un líquido peligroso que formará una nube de vapor cuando se libera a la atmósfera y que tiene una presión de vapor Superior a 40 psia (276 kPa) a 100 ° F (37.8 ° C).
2.3.8 Autopista Cualquier camino o entrada que se usa con frecuencia como vía pública y está sujeto al tráfico vehicular autopropulsado.
2.3.9 Soldadura longitudinal Una soldadura de ranura de penetración completa que se extiende longitudinalmente a lo largo del tubo durante la fabricación del tubo.
2.3.10 Presión máxima de operación permitida (MAOP) o presión máxima de operación (MOP)
La presión máxima a la cual una tubería o segmento de una tubería puede operarse con los límites determinados por códigos y regulaciones de diseño aplicables.
2.3.11 Moldeo percusivo Un método de construcción en el que se usa un dispositivo para avanzar un agujero a medida que las secciones de tubería se conectan simultáneamente en colocar detrás del instrumento que avanza.
2.3.12 Pilar con jadeo aburrido Un método de construcción para cruces de tuberías en el que la excavación se realiza mediante un sinfín continuo como secciones de tubería son soldadas y luego conectadas simultáneamente detrás de la parte delantera de la barrena que avanza.
2.3.13 Prueba de presión Una prueba continua e interrumpida de la duración y presión de tiempo especificada de los sistemas de tubería o tubería completados, o segmentos de los mismos, que los califica para la operación.
2.3.14 Ferrocarril Rieles fijado a lazos colocados en una plataforma que proporciona una pista para material rodante arrastrado por locomotoras o propulsado por auto contenido motores.
2.3.15 Pavimento rígido Superficie de la carretera o subsuelo hecho de hormigón de cemento Portland.
2.3.16 Carcasa dividida Una carcasa hecha de una tubería que se corta longitudinalmente y se vuelve a soldar alrededor de la tubería transportadora.
2.3.17 Construcción sin zanjeo Cualquier método de construcción, que no sea direccional, para instalar tuberías por excavación subterránea sin el uso de apertura de zanjas.
2.3.18 Tubería no cubierta o tubería sin carcasa Tubo portador sin una carcasa que cruza debajo de una vía férrea o carretera.
3 DISPOSICIONES PARA LA SEGURIDAD 3.1 Las regulaciones aplicables de los cuerpos reguladores federales, estatales, municipales u otros que tienen jurisdicción sobre el la tubería o la instalación que se va a cruzar se debe observar durante la instalación de un cruce. 3.2 Según corresponda a los peligros involucrados, los guardias (vigilar a las personas) deberían ser publicados; señales de advertencia, luces y se deben colocar bengalas; y se deben proporcionar y mantener pasarelas, cercas y barricadas temporales. 3.3 El permiso debe obtenerse de un agente autorizado de la compañía ferroviaria antes de que cualquier equipo sea transportado a través de una vía férrea en cualquier lugar que no sea una vía pública o privada. 3.4 El movimiento de vehículos, equipo, material y personal a través de una carretera debe cumplir estrictamente con los requisitos de la autoridad jurisdiccional apropiada. Los procedimientos de precaución y preparatorios deben utilizado, como la colocación de banderas para dirigir el tráfico y el movimiento del equipo y proteger la carretera de la superficie o daño estructural Las superficies de la carretera deben mantenerse libres de suciedad, rocas, lodo, aceite u otros desechos que presenten una condición insegura. 3.5 El equipo utilizado y los procedimientos seguidos al construir un cruce no deben causar daños a, o hacer inseguro para operar, cualquier estructura o instalación interceptada por o adyacente al cruce. 3.6 El funcionamiento de las zanjas de drenaje de ferrocarriles y autopistas debería mantenerse para evitar inundaciones o erosión del camino o propiedades adyacentes. 4 CRUCES SIN EMBALAR 4.1 Tipo de cruce La decisión de utilizar un cruce sin embalar debe basarse en una consideración cuidadosa de las tensiones impuestas en tuberías sin carcasa, frente a las posibles dificultades asociadas con la protección de tuberías en caja de la corrosión. Esta la sección se centra específicamente en el diseño de tuberías de transporte sin carcasa para acomodar de forma segura las tensiones y deformaciones impuestas en los cruces de ferrocarriles y carreteras. Las disposiciones se aplican al diseño y construcción de tuberías de acero soldadas bajo ferrocarriles y carreteras.
4.2 General 4.2.1 El tubo portador debe ser lo más recto posible y debe tener un soporte de suelo uniforme para toda la longitud del cruce. 4.2.2 El tubo portador debe instalarse de forma que se minimice el vacío entre la tubería y el suelo adyacente. 4.2.3 El tubo portador se soldará de acuerdo con las últimas ediciones aprobadas del Estándar API 1104, Soldadura de tuberías e instalaciones relacionadas [7], y ASME B31.4 o B31.8 [8, 9], según corresponda. 4.3 Ubicación y alineación 4.3.1 El ángulo de intersección entre el cruce de un oleoducto y el ferrocarril o carretera que se cruzará debe ser igual a cerca de 90 grados como sea posible. En ningún caso debe ser inferior a 30 grados. 4.3.2 Deberían evitarse los cruces en terreno húmedo o rocoso, y donde se requieran cortes profundos, cuando sea posible. 4.3.3 Las separaciones verticales y horizontales entre la tubería y una estructura o instalación en su lugar deben ser suficientes para permitir el mantenimiento de la tubería y la estructura o instalación. 4.4 Cubierta 4.4.1 Cruces de ferrocarril La tubería transportadora debajo de los ferrocarriles se debe instalar con un mínimo de cobertura, medida desde la parte superior de la tubería hasta la base del riel, de la siguiente manera (ver Figura 1):
Ubicación mínima de cobertura a) Bajo la estructura de la pista propiamente dicha. 6 pies (1.8 m) b) Debajo de todas las demás superficies dentro del derecho de paso o desde el fondo de las zanjas. 3 pies (0.9 m) c) Para tuberías que transportan HVL, desde el fondo de zanjas. 4 pies (1.2 m)
4.4.2 Cruces de Autopistas La tubería transportadora debajo de las carreteras debe instalarse con una cobertura mínima, medida desde la parte superior de la tubería hasta la parte superior. de la superficie, de la siguiente manera (ver Figura 1).
Ubicación mínima de cobertura a) Debajo de la superficie de la autopista propiamente dicha. 4 pies (1.2 m) b) Debajo de todas las otras superficies dentro del derecho de vía. 3 pies (0.9 m) c) Para tuberías que transportan HVL, desde el fondo de zanjas. 4 pies (1.2 m)
4.4.3 Protección mecánica Si no se puede proporcionar la cobertura mínima establecida en 4.4.1 y 4.4.2, se debe instalar protección mecánica.
4.5 Diseño Para garantizar un funcionamiento seguro, las tensiones que afectan a la tubería no cubierta se deben tener en cuenta de forma integral, incluyendo tensiones circunferenciales y longitudinales. El procedimiento de diseño recomendado se muestra esquemáticamente en la Figura 2. Consiste en los siguientes pasos: a) Comience con el grosor de la pared para la tubería de diámetro dado que se aproxima al cruce. Determine la tubería, el suelo, construcción y características operacionales. b) Use la fórmula de Barlow para calcular la tensión circunferencial debido a la presión interna, SHi (Barlow). Comprobar SHi (Barlow) contra el valor máximo permitido. c) Calcule la tensión circunferencial debida a la carga de tierra, SHe. d) Calcule la carga viva externa, w, y determine el factor de impacto apropiado, Fi. e) Calcule la tensión circunf erencial cíclica, ΔSH, y la tensión longitudinal cíclica, ΔSL debido a la carga viva. f) Calcule la tensión circunferencial debida a la presión interna, SHi. g) Controle el estrés efectivo, Seff de la siguiente manera: 1) Calcule las tensiones principales, S1 en la dirección circunferencial, S2 en la dirección longitudinal, y S3, en el dirección radial. 2) Calcular el estrés efectivo, Seff. 3) Verifique comparando Seff contra el estrés permisible, SMYS × F. h) Verifique las soldaduras por fatiga de la siguiente manera: 1) Verifique con la fatiga de la soldadura comparando ΔSL con el límite de
fatiga de la soldadura circunferencial, SFG × F. 2) Verifique la fatiga longitudinal de soldadura comparando, ΔSH contra el
límite longitudinal de fatiga de soldadura, SFL × F. i) Si falla alguna verificación, modifique las condiciones de diseño en el Elemento a adecuadamente y repita los pasos en los Elementos b a h. Los métodos recomendados para realizar los pasos en los Elementos b a h, anteriores, se describen en 4.6 a 4.8. En 4.6 hasta 4.8, varias figuras dan curvas de diseño para propiedades de materiales específicos o condiciones geométricas. Interpolaciones entre las curvas de diseño se puede hacer. No se recomiendan extrapolaciones más allá de los límites de la curva de diseño.
4.6 Cargas 4.6.1 General 4.6.1.1 Una tubería de transporte en un cruce sin embalar estará sujeta tanto a la carga interna de la presurización como a la externa cargas de las fuerzas de tierra (carga muerta) y del tráfico de trenes o carreteras (carga viva). Se debe aplicar un factor de impacto a la carga en vivo, los métodos recomendados para calcular estas cargas y factores de impacto se describen a continuación subsecciones. 4.6.1.2 Otras cargas pueden estar presentes como resultado de fluctuaciones de temperatura causadas por cambios en la temporada; tensión longitudinal debido a los efectos finales; fluctuaciones asociadas con las condiciones de operación de la tubería, superficie inusual cargas asociadas con equipos especializados; y deformaciones del terreno que surgen de diversas fuentes, tales como suelos reducidos e hinchados, heladas, inestabilidad local, voladuras cercanas y socavación por excavaciones adyacentes.
Se pueden incluir los esfuerzos de tubería inducidos por las fluctuaciones de temperatura. Todas las otras cargas son el resultado de condiciones especiales. Las cargas de esta naturaleza deben evaluarse en función de cada sitio y, por lo tanto, están fuera del alcance de este práctica recomendada. Ingraffea et al. [4] describen cómo las tensiones de la tubería pueden verse influenciadas por curvas longitudinales y tees en la vecindad del cruce, y dan ecuaciones para evaluar tales efectos.
4.6.2 Cargas externas 4.6.2.1 Carga de tierra La carga de la tierra es la fuerza resultante del peso del suelo que se encuentra sobre la tubería. La tierra la carga se calcula de acuerdo con los procedimientos ampliamente adoptados en la práctica para conductos de zanjas [10]. Tales procedimientos se han utilizado en el diseño de tuberías durante muchos años y se han incluido en las especificaciones adoptadas por varios organizaciones profesionales [11, 12, 13].
4.6.2.2 Carga en vivo 4.6.2.2.1 Cruce de ferrocarril Se supone que la tubería está sujeta a la carga de un solo tren como se aplicaría en cualquiera de las pistas que se muestran en Figura 1. Para la carga simultánea de ambas pistas, factores de incremento de tensión para el ciclo cíclico longitudinal y cíclico tensión circunferencial se utilizan. Se supone que el cruce está orientado a 90 grados con respecto al ferrocarril y es un cruce tipo terraplén como se ilustra en la Figura 1. Este tipo de orientación generalmente se prefiere en los nuevos la construcción de tuberías y es probable que resulte en tensiones de tuberías mayores que las asociadas con las tuberías que cruzan a ángulos oblicuos al ferrocarril.
4.6.2.2.2 Cruce de carretera Se supone que la tubería está sujeta a las cargas de dos camiones que viajan en carriles adyacentes, de modo que hay dos conjuntos de ejes en tándem o individuales en línea uno con el otro. Se supone que el cruce está orientado a 90 grados con respecto a la carretera y es un cruce tipo terraplén, como se muestra en la Figura 1. Este tipo de orientación generalmente se prefiere en la construcción de nuevas tuberías y es probable que resulte en tensiones de tuberías mayores que las asociadas con tuberías que cruzan en ángulos oblicuos a la carretera.
4.6.3 Carga interna La carga interna se produce por presión interna, p, en libras por pulgada cuadrada (psi) o kilopascales (kPa). Los presión máxima de operación permitida, MAOP o presión de operación máxima, MOP se debe utilizar en el diseño.
4.7 Destaca 4.7.1 General Para obtener información detallada sobre los métodos utilizados para desarrollar los enfoques de diseño y las curvas de diseño para determinar tensiones, ver Ingraffea et al. [4].
4.7.2 Tensiones debidas a cargas externas La carga externa en el tubo portador producirá tensiones circunferenciales y longitudinales. Recomendado los procedimientos para calcular cada componente de estas tensiones siguen. Se supone que todas las cargas externas son transportado verticalmente a través de un arco de 90 grados centrado en la corona de la tubería y resistido por una reacción vertical distribuida a través de un arco de 90 grados centrado en la tubería invertida.
4.7.2.1 Tensiones debido a la carga de la Tierra La tensión circunferencial en la tubería invertida causada por la carga de tierra. SHe (psi o kPa), se determina de la siguiente manera:
(1) Dónde KHe es el factor de rigidez para el estrés circunferencial de la carga de tierra. Be es el factor de enterramiento para la carga de tierra. Ee es el factor de excavación para la carga de tierra. γ es el peso unitario del suelo, en lb / in.3 o kN / m3.
D es el diámetro exterior de la tubería, en pulgadas o m. Se recomienda que γ se tome como 120 lb / ft3 (18.9 kN / m3) (equivalente a 0.069 lb /
in.3) para la mayoría de los tipos de suelos a menos que un mayor valor se justifica sobre la base de datos de campo o de laboratorio. El factor de rigidez de carga de tierra, KHe, explica la interacción entre el suelo y la tubería y depende de la tubería relación espesor de pared a diámetro, tw / D, y módulo de reacción del suelo, E '. La Figura 3 muestra KHe trazada para varios E ', como función de tw / D. Los valores de E 'apropiados para la construcción del barreno con barrena pueden variar de 0.2 a 2.0 kips / in.2 (1.4 a 13.8 mPa). Se recomienda que E 'se elija como 0.5 kips / in.2 (3.4 mPa), a menos que se juzgue un valor más alto apropiado por el diseñador. La Tabla A-1 en el Anexo A proporciona valores típicos para E’.
El factor de enterramiento, Be, se presenta como una función de la relación entre la profundidad de la tubería y el diámetro perforado, H / Bd para varios suelos
condiciones en la Figura 4. Si el diámetro perforado es desconocido o incierto en el momento del diseño, se recomienda que Bd tomarse como D + 2 pulg. (51 mm). Para construcciones con zanjas y nuevas estructuras construidas sobre tuberías existentes, Bd = D se puede suponer, reconociendo que la compactación del suelo en la zanja conduciría a valores de E 'más altos que los de instalaciones taladradas de barrena. El factor de excavación, Ee, se presenta como una función de la relación del diámetro perforado al diámetro del tubo, Bd / D en la Figura 5. Si el diámetro aburrido es desconocido o incierto en el momento del diseño, se debe suponer que Ee es igual a 1.0. Para zanjas construcción y nuevas estructuras construidas sobre ductos existentes, Ee se puede suponer igual a 1.0.
4.7.2.2 Tensiones debido a la carga en vivo 4.7.2.2.1 Carga viva de superficie La carga viva y externa del riel es la carga vehicular, w, aplicada en la superficie del cruce. Se recomienda que se utilizará una carga Cooper E-80 de w = 13,9 psi (96 kPa), a menos que se sepa que las cargas son mayores. Esta es la carga resultante de la distribución uniforme de cuatro ejes de 80 kip (356 kN) sobre un área de 20 pies por 8 pies (6,1 m por 2,4 m). La carga de carretera externa en vivo, w, se debe a la carga de rueda, P, aplicada en la superficie de la carretera. Para diseño, solo la carga de uno de los juegos de ruedas necesita ser considerada. La carga de la rueda de diseño debe ser la máxima carga de la rueda del eje simple de un camión, Ps, o la carga máxima de la rueda del juego de eje tándem de un camión, Pt. Figura 6 muestra los métodos por los que las cargas axiales se convierten en cargas de rueda única equivalentes Ps y Pt. Por ejemplo, un un camión con una sola carga por eje de 24 kips (106.8 kN) tendría una carga de rueda única de diseño de Ps = 12 kips (53.4 kN) y un camión con una carga en el eje en tándem de 40 kips (177,9 kN) tendría una carga en tándem de diseño de Pt = 10 kips (44.5 kN). La carga máxima de la rueda de eje único recomendada para el diseño es Ps = 12 kips (53.4 kN). El máximo la carga de la rueda del eje tándem recomendada para el diseño es Pt = 10 kips (44.5 kN). La decisión de si solo o la carga en tándem del eje es más crítica depende del diámetro del tubo portador, D; la profundidad del entierro, H; y si el
NOTA Vea la Tabla A-1 para descripciones de suelos.
la superficie de la carretera tiene un pavimento flexible, no tiene pavimento o tiene un pavimento rígido. Para las cargas de diseño recomendadas de Ps = 12 kips (53.4 kN) y Pt = 10 kips (44.5 kN), los casos de configuración crítica del eje para los diferentes pavimentos tipos, profundidades de enterramiento y diámetros de tubería se dan en la Tabla 1. La presión superficial de diseño aplicada, w (lb / in.2 o kN), se determina de la siguiente manera:
(2) Dónde
P es la carga de rueda única de diseño, Ps o la carga de rueda tándem de diseño, Pt, en libras (kN). Ap es el área de contacto sobre la cual se aplica la carga de la rueda; Ap se toma como 144 in.2 (0.093 m2). Para las cargas de diseño recomendadas de Ps = 12 kips = 12,000 lbs (53.4 kN) y Pt = 10 kips = 10,000 lbs (44.5 kN) el las presiones superficiales de diseño aplicado son las siguientes:
a) Carga de un solo eje: w = 83.3 psi (574 kPa). b) Carga en tándem del eje: w = 69.4 psi (479 kPa). Para cargas de ruedas de diseño diferentes de los máximos recomendados, consulte el Anexo A.
4.7.2.2.2 Factor de impacto Se recomienda que la carga viva se incremente por un factor de impacto, Fi, que es una función de la profundidad del enterramiento, H, de la tubería de transporte en el cruce. El factor de impacto para los cruces ferroviarios y de carreteras se muestra gráficamente en la Figura 7. Los factores de impacto son 1.75 para los ferrocarriles y 1.5 para las carreteras, cada una disminuyendo en 0.03 por pie (0.1 por m) de profundidad por debajo de 5 pies (1.5 m) hasta que el factor de impacto sea igual a 1.0.
4.7.2.2.3 Tensiones cíclicas del ferrocarril 4.7.2.2.3.1 La tensión circunferencial cíclica debida a la carga del carril, ΔSHr, (psi o kPa), puede calcularse de la siguiente manera: (3)
Dónde KHr es el factor de rigidez del ferrocarril para el estrés circunferencial cíclico. GHr es el factor de geometría del ferrocarril para el estrés cíclico circunferencial. NH es el factor de vía simple o doble del ferrocarril para el estrés cíclico circunferencial. Fi es el factor de impacto. w es la presión superficial de diseño aplicada, en psi o kPa. El factor de rigidez del ferrocarril, KHr, se presenta como una función del espesor de la pared de la tubería para relación de diámetro, tw / D y suelo módulo elástico, Er, en la Figura 8. La Tabla A-2 en el Anexo A proporciona los valores típicos para Er.
El factor de geometría del ferrocarril, GHr, se presenta como una función del diámetro del tubo, D, y la profundidad del enterramiento, H, en la Figura 9. El factor de seguimiento único para el estrés circunferencial cíclico es, NH = 1.00. El factor NH para doble vía se muestra en Figura 10.
4.7.2.2.3.2 La tensión longitudinal cíclica debida a la carga del carril, ΔS Lr (psi o kPa) puede calcularse de la siguiente manera:
(4)
Dónde
KLr es el factor de rigidez del ferrocarril para el estrés longitudinal cíclico. GLr es el factor de geometría del ferrocarril para el estrés longitudinal cíclico. NL es el factor de vía simple o doble del ferrocarril para el estrés longitudinal cíclico. Fi es el factor de impacto. w es la presión superficial de diseño aplicada, en psi o kPa. El factor de rigidez del ferrocarril, KLr, se presenta como una función de tw / D y Er en la Figura 11. El factor de geometría del ferrocarril, GLr, se presenta como una función de D y H en la Figura 12. El factor de seguimiento único para la tensión longitudinal cíclica es NL = 1.00. El factor NL para doble vía se muestra en la Figura 13.
4.7.2.2.4 Tensiones cíclicas de la carretera 4.7.2.2.4.1 La tensión circunferencial cíclica debida a la carga vehicular de la carretera, ΔSHh (psi o kPa), puede calcularse de la siguiente:
(5)
Dónde
KHh es el factor de rigidez de la carretera para el estrés circunferencial cíclico. GHh es el factor de geometría de la carretera para el estrés circunferencial cíclico. R es el factor de tipo de pavimento de la carretera. L es el factor de configuración del eje de la carretera. Fi es el factor de impacto. w es la presión superficial de diseño aplicada, en psi o kPa.
El factor de tipo de pavimento de carretera, R, y el factor de configuración de eje, L, dependen de la profundidad del entierro, H; diámetro de la tubería, R E; y diseñar la configuración del eje (simple o en tándem). La decisión sobre la configuración del eje de diseño ha sido descrito en 4.7.2.2.1. La Tabla 2 presenta los factores R y L para varios H, D, tipos de pavimentos y configuraciones de ejes. El factor de rigidez de la autopista, K Hh se presenta como una función de tw / D y Er en la figura 14.
El factor de geometría de la carretera, G, se presenta como una función de D y H en la Figura 15. 4.7.2.2.4.2 El esfuerzo longitudinal cíclico debido a la carga vehicular de la carretera, ΔSLh (psi o kPa), puede calcularse a partir de el seguimiento: (6) Dónde
KLh es el factor de rigidez de la carretera para el estrés longitudinal cíclico. GLh es el factor de geometría de la carretera para el estrés longitudinal cíclico. R es el factor de tipo de pavimento de carretera. L es el factor de configuración del eje de la carretera. Fi es el factor de impacto. w es la presión superficial de diseño aplicada, en psi o kPa. El factor de tipo de pavimento, R, y el factor de configuración del eje, L, son los mismos que se dan en la Tabla 2.
El factor de rigidez de la carretera, KLh, se presenta como una función de tw / D y Er en la Figura 16. El factor de geometría de carretera, GLh, se presenta como una función de D y H en la Figura 17.
4.7.3 Tensiones debido a la carga interna La tensión circunferencial debida a la presión interna, SHi (psi o kPa), puede calcularse a partir de lo siguiente:
(7) Dónde
p es la presión interna, tomada como MAOP o MOP, en psi o kPa. D es el diámetro exterior de la tubería, en pulg. O mm. tw es el grosor de la pared, en pulg. o mm.
