DISEÑO DETUBERIA FORZADA Y ANCLAJES

1. Introducción:

Las tuberías que se encuentran a cielo abierto requieren de estructuras de concreto para sostenerse y apoyarse según la pendiente del terreno. 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 esta 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.

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 apoyados en unos pilares y anclados sólidamente en cada una de sus extremidades, que en general coinciden con cambios de dirección. Entre cada dos anclajes consecutivos se intercala una junta de dilatación

2. Objetivos: Diseñar de la manera más eficiente los anclajes para una tubería forzada

3. Justificación:El presente informe se realizó con la finalidad de poder diseñar los anclajes , ya q sabemos es necesario tener elementos q sostengan las tuberías

4. Resumen:El presente trabajo e basa en la investigación pura y a la indagación de esto elementos estructural, el trabajo esta dividido en un marco teórico (la teoría de lo que viene a ser un anclaje) y el diseño neto de dicho elemento. Todo basado en la conducción e tubería forzada utilizada en centrales hidroeléctricas.

5. Marco Teórico:

5.1. Tubería forzada: Una tubería forzada es la tubería que lleva el agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la turbina.e utiliza tuberías forzadas cuando el declive es mayor al 5%, si no se usan canales. En las instalaciones hidroeléctricas, las tuberías de presión, tienen por objeto conducir el agua desde un nivel superior a un inferior, para transformar la energía potencial en energía mecánica

Características:- Impermeabilidad.

- Resistencia de corrosión del agua.

- Resistencia a sobrepresiones por golpe de ariete.

- Facilidad de unión.

5.2. EMPUJES En muchas situaciones, en las redes de abastecimiento de agua a presión aparecen fuerzas no equilibradas tanto de origen tanto hidrostático como hidrodinámico, haciendo necesaria la disposición de sistemas de anclaje que impidan la separación de las juntas. La presencia de estas fuerzas no equilibradas se traduce en empujes sobre los componentes afectados, tanto en conducciones aéreas como enterradas. La magnitud de los empujes de origen hidrodinámico es, generalmente, muy inferior a los valores derivados de las presiones hidrostáticas, por lo que suelen ser ignorados en el diseño de los anclajes. La presión hidrostática, como su nombre indica, es debida al peso del fluido en reposo en la tubería. Las componentes radiales de dicha presión se contrarrestan a través de la tensión circunferencial de la pared de la tubería, mientras que las componentes axiales actuando en un plano perpendicular a la conducción, se equilibran por la misma fuerza actuando en el lado contrario del plano.

Sin embargo, en el caso, por ejemplo, de un codo, las componentes axiales a cada lado del elemento, no se equilibran, dando lugar al vector suma resultante, T, denominado normalmente empuje. La necesidad de estos sistemas de anclaje se plantea fundamentalmente en aquellas situaciones en las que se produce un cambio de dirección o de sección de la conducción. En estos puntos, los empujes pueden ocasionar el desplazamiento de las tuberías, comprometiendo de este modo la funcionalidad de la red y causando daños estructurales en dicho sistema y en su entorno. En este sentido, en el diseño de las redes de abastecimiento, debe prestarse especial atención al anclaje de la tubería en los siguientes casos: • Codos horizontales • Codos verticales • Derivaciones (“T”, “Y”…etc.) • Conos de reducción (disminución del diámetro)

• Válvulas (seccionamiento y regulación) • Extremos finales • Tramos de pendientes elevadas

Cuando los tramos de una tubería se encuentran apoyados sobre un terreno en pendiente, la componente del peso propio de la tubería en la dirección de su trazado, (ver Fig 4), favorece el deslizamiento de la misma, circunstancia que aumenta en función del ángulo de inclinación de dicha pendiente.

5.3. Apoyos: Es un resorte para evitar flexiones de la tubería. Por lo general , son de concreto con mental antifricción debido a la dilatación de la tubería

APOYO EN UNA TUBERIA DE ACERO

5.4. Anclajes: En los cambios desección y de perfil de la tubería, contra pesan esfuerzos en las tuberías de presión. Antes y después de cada anclaje, debe existir una junta de dilatación o explosión que absorba y evite deformaciones en la tuberías.

El anclaje de las instalaciones en pendiente puede realizarse de dos maneras diferentes: • Anclaje de tubo a tubo. Consiste en disponer un anclaje detrás del enchufe de cada tubo, siendo la unión entre tubos mediante juntas automáticas o mecánicas sin acerrojar. Esta configuración debe permitir la posible absorción de dilataciones térmicas que puedan producirse.

• Anclaje de todo el tramo: en pendiente a partir de tuberías cuyas uniones son acerrojadas, se procede a: o Anclar el tramo mediante un macizo de anclaje en el punto más alto, En caso de que la longitud máxima del tramo a anclar fuera superior a la admisible por la longitud de acerrojamiento, deberán realizarse varios tramos independientes, anclando cada uno de ellos en su cabecera mediante macizo de anclaje. o Garantizar la actuación de una longitud de acerrojado, L, mínima en un tramo horizontal superior de la conducción. En este caso, la tracción existente es resistida por rozamiento. La actuación consiste en “colgar” la totalidad del tramo en pendiente por medio de un macizo de anclaje o a través del tramo complementario. Por tanto, como posibles soluciones al anclaje de tuberías en pendiente se proponen macizos de anclaje de hormigón armado como el representado esquemáticamente.

5.5. SISTEMAS DE ANCLAJE En el caso de tuberías aéreas, los empujes suelen ser resistidos por los propios soportes diseñados para elevar la conducción, elementos que,

en este caso, se emplearían con la doble función de apoyo y macizo de anclaje. Para las tuberías enterradas, se van a considerar dos tipologías en cuanto a los sistemas de anclaje habitualmente empleados: • Macizos de anclaje. • Uniones auto trabadas o acerrojadas

- Macizos de anclajeSe trata de grandes dados de hormigón cuyo peso “P” inclina el empuje “T” hacia el terreno (Fig 6a). Se calculan las dimensiones necesarias del dado para: • Situar la reacción R dentro de la superficie del macizo (comprobación al vuelco), (Fig 6b). • Comprobar que el ángulo “φ” de la reacción es menor que el de rozamiento entre el macizo y el terreno (comprobación de deslizamiento), (Fig 6c). • Comprobar que el suelo es capaz de desarrollar la reacción “R” sin romper (comprobación de tensiones en el terreno), (Fig 6d).

- Uniones auto trabadas o acerrojadasLos empujes “T” se compensan a través de las propias tuberías sin necesidad de otra acción exterior. Es necesario comprobar que tanto las

paredes de las tuberías como, especialmente, las uniones resisten estos empujes.

Estas uniones se caracterizan por su capacidad para resistir tracciones longitudinales. Se trata de un sistema cuyas aplicaciones más usuales son las siguientes: • Como alternativa a los macizos de anclaje, especialmente cuando existen condicionantes de espacio (por ejemplo en zonas urbanas), en terrenos poco estables o para agilizar la instalación de la tubería. • En caso de pendientes elevadas. • Situaciones especiales. Paso bajo ríos en los que la tubería apoya directamente sobre el fondo del cauce y se pueden producir movimientos de dicho fondo, o cuando la tubería se monta fuera de su ubicación definitiva y una vez conectada se traslada…etc.

6. Diseño 6.1. Canal de conducción:

Q= 1.8m/s3Z=0B=1.5Longitud total =645.9 mn= 0.015s=0.002

6.2. Cámara de cargaVt=(0.693*Qd2)/(A*i*g)Vt=(0.693*1.82)/(1.14*0.002*9.81)Vt=102.6m3