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• Jenny López Mego

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APOYOS Y ANCLAJES Apoyos y anclajes. Las tuberías que se encuentran a cielo abierto requierende estructuras de concreto para sostenerse y apoyarse según la pendiente del terreno. El perfil de latubería 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 esta determinada por las variaciones del terreno, estos están sometidos a esfuerzos por lascargas transmitidas por la tubería. El número de apoyos es un criterio técnico-económicodeterminado por el espesor del material de la tubería. El número de anclajes lodeterminan las variaciones de la pendiente. 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.

Las tuberías forzadas en acero se conciben como una serie de tramos rectos, simplemente apoyadosen unos pilares y anclados sólidamente en cada una de sus extremidades, que en general coincidencon cambios de dirección.Entre cada dos anclajes consecutivos se intercala una junta de dilatación(figura 1).

Existen tres tipos de anclajes :-Anclaje para variar pendiente longitudinal .-Anclaje para variar pendiente longitudinal y transversal .-Anclaje para variar pendiente transversal.

Bloques de apoyo Se utilizan para sostener adecuadamente la tubería de presión.Encima de el esta montada una placa metálica de baja fricción con la cual se desliza la tubería depresión, montada sobre una silla metálica de baja fricción. (Figura 2)Con estas condiciones los esfuerzos mecánicos transmitidos son menores.Una altura minima para facilitar el escurrimiento de aguas de lluvia es:

1.1.-Esfuerzos: Fuerzas por el peso de la tubería y el peso del agua: Peso del agua:

Peso del tubo:

Donde: ya es el peso específico del agua. yt es el peso específico del material del tubo.

Fuerza por el peso del apoyo:

Fuerza por fricción entre la tubería y el apoyo:

El apoyo ofrece una resistencia al deslizamiento de la tubería y es mayor que la fuerza de fricción, lacual se toma igual a:

Fuerza por fricción entre el apoyo y el suelo:

1.2.-Estabilidad: La condiciones de estabilidad que debe satisfacer el apoyo para evitar queSe corra o voltee son las siguientes:* La resultante de todas las fuerzas debe pasar dentro del tercio medio de laBase para evitar el vuelco.* Las fuerzas de fricción entre el bloque y el suelo deben ser superiores alEmpuje horizontal para evitar el deslizamiento.* La presión transmitida por el bloque al suelo debe ser menor que laCapacidad portante de este para evitar que se entierre.Considerando los momentos desde el punto O se tiene (figura 3):

Anclajes

Los anclajes son bloques de hormigón que impiden el movimiento de la tubería.Son de dos tipos:-Abiertas con tubería descubierta y sujeto con piezas de acero.-De tipo macizo, el

hormigón cubre toda la tubería. 2.1.-Esfuerzos:

Donde: Lsi es la longitud medio entre el anclaje y el apoyo próximo.D es el diámetro de la tubería.e es el espesor de la tubería.i subíndice es igual a 1 cuando corresponde a aguas arriba del anclaje o esIgual a 2 si corresponde a aguas abajo. La fuerza ejercida por el peso del bloque:

Fuerzas que influyen sobre el anclaje:

2.2.-Fuerzas resultantes: Las fuerzas resultantes que actúan sobre un anclaje son

2.3.-Estabilidad: El anclaje y el apoyo deben ser estables al deslizamiento y al vuelco. para q el anclaje no se entierre, el terreno debe tener una capacidad portante superior aLa presión que se ejerce en el.- para que el anclaje no se voltee, la suma de las fuerzas deben pasar por un tercioMedio De la base con relación a sus dimisiones.

Esta condición se cumple cuando la relación entre los momentos Mxc y Mxb con la componente vertical Fyv es igual a:

Donde la suma de los momentos es igual a

Diseño de Anclajes

Básicamente esta referido al diseño de los anclajes para cada cambio de dirección (codos) que se presente en la línea de impulsión y en los accesorios como tees, yees, reducciones, válvulas, etc.

Para esto debemos calcular las fuerzas que intervienen predominantemente en dichos componentes siendo la fuerza resultante R en kg debido al empuje por presión de agua (Presión estática mas sobrepresión por golpe de ariete) las más significativa y que para fines prácticos se utiliza en el dimensionamiento del anclaje:

Donde:

D : Area de la sección de la tubería (m).

ᵧ

: Peso especifico del agua (kg/m3).

Hp : Carga de prueba hidráulica en el accesorio (m).

H : Carga nominal de trabajo en el accesorio (m).

Luego con R calculamos el área de la superficie de contacto del bloque de anclaje mediante la siguiente expresión:

Donde:

σadm : Tensión admisible del terreno que tiene contacto con el área de la base del bloque y que puede ser horizontal a la pared de la excavación, o verticalmente al fondo de la excavación según el cambio de dirección (kg/cm2).

AB : Area de contacto del bloque con mayor capacidad de distribución del empuje transmitido al sistema anclaje-suelo (cm2).

Ya con el área calculada podemos asumir las dimensiones mínimas de la sección de contacto (LxW). La tercera dimensión (N) se obtiene de acuerdo al cambio de dirección horizontal o vertical de la superficie de contacto, ya que esta condicionada al ancho de la zanja y/o al diámetro del tubo.

En forma practica se puede determinar las dimensiones del bloque de anclaje vertical como una función del diámetro nominal del tubo (DN).

Debiéndose comprobarse posteriormente si se cumple la condición de mayor área efectiva :

Por último, el anclaje puede adoptar diversas formas de acuerdo al accesorio y al cambio de dirección, estando muchos de ellos normalizados para obras de abastecimiento de agua potable y alcantarillado.

La forma mas común es la de un tronco piramidal que consta de 4 dimensiones características (L, W , T y F).

Las 2 primeras (L y W) son establecidas por las formulas descritas para el área de la base del bloque, mientras que las 2 últimas se obtienen en función del diámetro Nominal (DN) y la tercera dimensión (N).

ANCLAJES Y APOYOS PARA TUBERIAS DE PRESION

-CALCULO DE LOS APOYOS - Espaciamiento de apoyos El espaciamiento entre apoyos se calcula con la siguiente expresión:

S

G * L * Cos

9.42 * e * D -Fuerzas que intervienen en los apoyos

G = Peso del tubo mas peso del agua por unidad de longitud. Esta fuerza tiene dos componentes Gx y Gy F2= Fuerza de fricción entre tubo y apoyo originado por Gy

- Fuerzas que intervienen para el cálculo F1= Gy = Componente del peso del tubo con agua por unidad de longitud perpendicular al tubo. F2 =

Fuerza de fricción entre apoyo y tubo.

F1= G x L x Cos α

F2= μ . F1

Para asegurar la estabilidad del apoyo se deben cumplir tres condiciones:

1° ∑ Fx < μ x ∑ Fv

2° δbase < δadm. del terreno

3° El δ base mínimo debe ser positivo; en caso contrario significará que se produce el volteo del apoyo.

- CALCULO DE ANCLAJES.Las fuerzas que actúan sobre los anclajes son: a) Componente del peso de la tubería con agua perpendicular a ella (F1).F1= (Gt + Gw) x L1 x Cos α

b) Fuerza de fricción entre la tubería y los apoyos (F2).F2 = ± μ (Gt + Gw). L2. Cos α

c) Fuerza en los cambios de dirección debido a la presión hidrostática (F3) F3 = 1.6 x 10³ x H x D² x Sen (ß- α )/2

d) Componente del peso de la tubería paralela a ella (F4).F4 = Gt x L4 x Sen. α

e) Fuerza debida a cambios de temperatura en la tubería (F5) F5 = 31 x D x t x E x a x ΔT

f) Fuerza de fricción en la junta de dilatación (F6).F6 = 3.1 x D x C

g) Fuerza debida a la presión hidrostática dentro de las juntas de expansión (F7) F7 = 3.1 x H x D x t h) Fuerza debida al cambio de dirección de la cantidad de movimiento (F8) F8 = 250 x (Q/D)² x Sen. (ß-α)/2

ANCLAJES Y APOYOS

- APOYOS

s.1) ESPACIAMIENTO ENTRE APOYOS.- Los resultados obtenidos se presentan en el siguiente cuadro:

TRAMO



L(m)

Cc-1

39 33'9"

19.68

1-2

22 10'57"

17.96

2-3

37 17'24"

19.37

3-4

24 45'52"

18.13

De los resultados del cuadro anterior vamos a considerar por seguridad el 50% de la menor distancia. Por lo tanto la longitud entre apoyos para todos los tramos será L = 10 m..

s.2) DISEÑO DE APOYOS.- El diseño lo realizamos en el tramo mas crítico (tramo 1-2), para lo cual previamente predimensionamos los apoyos, para luego verificar aplicando las Condiciones de Equilibrio: *Primera Condición. Fx  µT *  Fy Luego reemplazando tenemos: 0.556 < 0.568 O.K

*Segunda Condición.-

 basemax  adm suelo  basemax  0.41Kg / cm

2

Luego:

 basemax  0.41kg / cm   admsuelo  1.03kg / cm

*Tercera Condición:

 basemin

0

Reemplazando valores tenemos:

 basemin  0.103kg / cm2

0

- DISEÑO DE ANCLAJE. Debido a la topografía del terreno, la tubería ha tenido cambios de dirección verticales, en los cuales se construirán anclajes, esto con la finalidad de evitar que el codo se levante por acción de la presión resultante que tiende a cerrar el ángulo, además Los anclajes serán del tipo macizo ya que la tubería estará embebida en forma total por el concreto del anclaje. Los datos referidos a los anclajes, juntas de dilatación y apoyos se detallan en el siguiente cuadro:

El procedimiento de cálculo se realizó en forma similar al de los apoyos y el análisis se realizó para el anclaje 2 por ser el mas crítico.

A continuación se muestran un cuadro resumen con las fuerzas que intervienen en los anclajes así como los resultados de la verificación de estabilidad de los anclajes.