CRITERIOS DE DISEO Y CRITERIOS DE DISEO Y DIMENSIONAMIENTO DEDIMENSIONAMIENTO DEACCESORIOS DE SEGURIDADACCESORIOS DE SEGURIDADBloques de anclaje en vlvulas y accesorios

Ing. Esmelin Pinto Villanueva

Bloques de anclaje en vlvulas y Bloques de anclaje en vlvulas y accesoriosaccesorios Los esfuerzos originados en la lnea de tubera, cuando cambia de

direccin, en la reduccin de dimetro, en los extremos cerrados, en las vlvulas y en los tramos de gran inclinacin, deben ser absorbidos por anclajes.

Los anclajes pueden ser de concreto simple o armado.

Fig. N 01 Anclajes de Concreto para Accesorios

1. Calculo del esfuerzo o empuje1. Calculo del esfuerzo o empuje

Para calcular el empuje F, que ejerce la presin del agua Pi, sobre el rea A de la seccin de la tubera o sobre un extremo cerrado (Tapn) de la tubera, es mediante la Frmula:

Donde: F = Esfuerzo o empuje en Kg. A = seccin del tubo en m2. Pi = presin interna mxima en la tubera en m.c.a. en Kg./cm2 D = Dimetro exterior del tubo en cm.

Para el clculo real de Empuje, deber asumir el dimetro externo del tubo.

)2(4

:),1(4Re

)1(,

2

2

PiDF

tieneseenDAemplazando

PiAF

EjemploEjemplo Calcular el empuje F que ejerce la presin del agua Pi = 5 Kg./cm2 (50

m.c.a.) sobre el extremo de una tubera de PVC de 150 mm (6) de dimetro nominal, el dimetro externo es 168 mm. (16.8 cm.)

Solucin: Aplicando la Frmula (2)

Para el caso de curvas horizontales los esfuerzos (N) que se producen en los accesorios, tal como los codos, se obtienen con la siguiente frmula, donde el ngulo es el correspondiente del codo que se emplea.

Donde: N = Empuje en el codo en Kg. F = Esfuerzo en Kg. Obtenido en la Frmula (2) = Angulo del codo o de otro accesorio que se emplea.

KgcmKgcmPiDF 108,18.107,154

)8.16(14.34

222

)3(2

2 SenFN

Ejemplo Ejemplo

Determinar el empuje N, que se produce en el codo de 90, de una tubera de PVC, de 150 mm (6) de dimetro nominal, con un dimetro externo de 168 mm y una presin interna del agua Pi = 5 Kg./cm2 (50 m.c.a).

Solucin Aplicando la Frmula (3), se tiene:

KgNemplazando

SenSenSen

PiDFformulalaconobtenidoKgFDonde

SenFN

.567,17071.0108,12:Re

7071.045290

2

4),2(,108,1:

22

2

2. Dimensiones y forma de los bloques de 2. Dimensiones y forma de los bloques de Anclaje.Anclaje.

El diseo y clculo de los bloques de anclaje, es un trabajo que debe realizarse durante la ejecucin de la obra.

Cuando se utiliza accesorios de PVC, es conveniente que tengan la mayor parte de su pared externa en contacto con el concreto del bloque de anclaje de esta forma no solo transmite el empuje si no tambin sirva de restriccin l movimiento del accesorio.

Fig. N 02 Tipos de localizacin de bloques de Anclaje

El conducto no debe envolver totalmente el accesorio de PVC, con los cambios de presin interna ocurren variaciones en el dimetro, que no se deben impedir, pues causaran esfuerzos cortantes innecesarios en la pared del tubo.

Es recomendable cuando se utiliza PVC, colocar papel impregnado con asfalto o una geo membrana de polietileno grueso entre la tubera o accesorio de PVC y el concreto del bloque de anclaje, para impedir la abrasin.

Fig. N 02 Tipos de localizacin de bloques de Anclaje

2.1 Calculo del rea del bloque de anclaje 2.1 Calculo del rea del bloque de anclaje requerido.requerido.

El rea o superficie de contacto del bloque, deber dimensionarse con la finalidad que el esfuerzo o carga unitaria que se transmite al terreno no supere la capacidad de resistencia admisible del suelo, donde se trabajan las zanjas e instalaciones de la red de tuberas.

El rea de contacto del bloque de concreto, permite la distribucin de las cargas adecuadamente en el fondo de la zanja, ya sea en forma horizontal a la pared de la zanja, o verticalmente al fondo de la excavacin.

El rea de contacto del bloque de anclaje con el terreno, se determina con la siguiente Frmula.

Donde: A = rea de contacto del bloque de anclaje en cm2 N = F = Esfuerzo o empuje en el accesorio en Kg. = Resistencia admisible del terreno.

)4(.adm

FA

En la tabla siguiente (Tabla N 1), se da los valores de resistencias admisibles de diversos tipos de terreno.

TABLA N 1

* Para suelos fangosos o pantanosos, el empuje se resiste por medio de pilotes o tirantes anclados a una base slida.

Tipo de Terreno Resistencia Vertical del terrenoKg./cm2

Resistencia horizontal AdmisibleKg./cm2

Suelo Fangoso * 0 0Arcilla blanda 1.0 0.5Arena 2.0 1.0Arena y grava 3.0 1.5Arena y grava cimentadacon arcilla

4.0 2.0

Arena gruesamedianamentecompactada

2.0 1.0

Arena fina compacta 2.0 1.0Suelo duro (esquistopizarra, roca)

10.0 5.0

2.2 Diseos del bloque de anclaje con 2.2 Diseos del bloque de anclaje con apoyo sobre el terreno natural.apoyo sobre el terreno natural.

El diseo de los bloques de anclaje se inicia de la siguiente forma:

1 Clculo del empuje F del agua, que ejerce sobre la seccin de una tubera o los esfuerzos N que se producen en los accesorios.

Para el primer caso se aplica la Frmula (2) y para le segundo caso, la Frmula (3).

2 Clculo del rea del bloque de anclaje Considerando el empuje F o N, calculados con las frmulas indicadas

anteriormente, se dimensiona el rea o superficies de contacto del bloque de anclaje con el terreno, aplicando la Frmula (4).

En la Figura, se indica la forma de los bloques de concreto para accesorios (codo de 90, 45, Tapn, tee, cruz, vlvula, etc.)

Fig. N 03 Bloques de Concreto para Anclajes de Accesorios

Ejemplo.Ejemplo. Disear un bloque de concreto para anclar un codo de 90 de una lnea de

tubera de PVC de 150 mm de dimetro nominal, dimetro externo de 168 mm, que transporta agua a una presin de 50 m.c.a. El terreno donde se ejecuta la obra de instalacin de la tubera es de arena y grava = 1.5 Kg./cm2

Solucin 1 Clculo del empuje F que ejerce la presin del agua Pi. Con la Frmula (2)

Calculo del empuje N que ejerce sobre el codo de 90, mediante la Frmula (3).

KgPiDF 108,154

8.1614.34

22

KgSenFN 567,17071.0108,122

2

2 Clculo del rea del contacto del bloque. Dividiendo el empuje total entre la resistencia unitaria del terreno

tenemos:

La superficie del bloque puede dimensionarse con valores:

Puede usarse otras medidas, que tengan un rea de contacto superior a 0.12 m2

222 1045.010455.1

567.1 mcmcmKg

KgNA

2112.045.025.045.025.0

mLhALymh

2.3 Diseo del bloque de anclaje por 2.3 Diseo del bloque de anclaje por friccinfriccin

En el caso anterior, no ha sido considerado la reaccin por friccin. Cuando las tuberas no estn enterradas, en lugar de calcular el rea de contacto del bloque de anclaje con el terreno, se tiene que calcular el peso del bloque de concreto. La frmula general para calcular el peso del bloque es la siguiente:

Donde: Eh = componente horizontal del empuje Ev = componente vertical del empuje Tg mx.= es el coeficiente de friccin

)5(max

EvTg

EhP

Cuando la fuerza de empuje forme un ngulo con la horizontal, la componente horizontal ser Eh = E cos y la componente vertical Ev=E sen . (Fig N 4)

En la Tabla N 2, se indica el tipo de terreno y el valor de Tgmx.

maxTg

Tipo de terreno Tg mx.ArenaArena arcillosaArcilla duraArcilla hmeda

0.500.400.350.30

Ejemplo Ejemplo Calcular un bloque de concreto para resistir el empuje de 4,000 Kg. que

hace un ngulo de 106 con la horizontal. El terreno es arenoso.

Solucin Calcular el peso del bloque, con la Frmula (5).

De la tabla N 2, el valor de Tg mx. el valor para la arena es igual a 0.50

El bloque de concreto (peso especfico del concreto = 2,400 Kg./m3) tendr un volumen de 3.55 m3 , se toma un volumen de 4.00 m3.

EvTg

EhP max

KgPtoPor

KgsenEsenEEvdevalorElKgEEEhdevalorEl

520,868050.0920,3tan

68017.0000,410920,398.0000,410coscos