Diseño

Diseño
Diseño
C O NS I D E R A CI O N E S G E N E R A L E S
Los principios de diseño para la tubería flexible se basan en las siguientes características:
1. En tuberías flexibles enterradas, el esfuerzo de flexión de la carga de zanja es reducida por la reacción
lateral del suelo desarrollada cuando el tubo se deflexiona bajo la carga de zanja y los lados de la
tubería empujan contra el relleno lateral.
2. La tubería flexible, inicialmente deflexiona por cargas de zanja, es re-redondeada por la presión interna,
lo cual reduce la tensión de carga de zanja. Por lo tanto, cuando un tubo flexible se sujeta
a carga de zanja externa y a presión interna en combinación, las tensiones de carga de zanja y presión
interna no se suman, y el tubo puede ser diseñado para la tensión que requiere el mayor espesor de
diseño. Esto es contrario al diseño de tubería rígida en la cual el caso simultáneo de presión interna y
carga externa tienen que examinarse.
3. Tubería flexible generalmente se requiere para llevar cargas más pequeñas de tierra que una tubería
más rígida, porque el tubo flexible, al deflexionarse bajo de la carga de tierra, transfiere una parte de
esta carga al relleno lateral y altera las fuerzas de fricción en el relleno de tal forma que se reduce la
carga de tierra en un valor menor que la impuesta en un tubo más rígido.
D I S E N O PA R A P R E S I O N I N T E R I O R Ecuación para diseño
t1 =
p • (D - t 1 ) • SF
20 R m
Donde:t1 = espesor nominal de la pared del tubo en milímetros
p = presión interna en bares
D = diámetro exterior de tubo en milímetros
Rm = resistencia última mínima a la tracción del material en megapascales (420 MPa)
SF = factor de seguridad de diseño (3.0 para la presión de operación permisible y 2.5 para la
presión máxima de funcionamiento admisible – incluyendo golpe ariete)
D I S E N O PA R A L A D E F O R M A C I O N M AX I M A Ecuación para diseño
R f • (D - t)
∆ Deformación = 10 0 SF • E • t • D
f
Donde: ∆ Flexión = máxima deflexión diametral de tubería permisible debido a flexión en porcentaje de
diámetro exterior
Rf = límite elástico de flexión de tubería de hierro dúctil en megapascales (Rf = 500 MPa)
SF = factor de seguridad de diseño (1.5 contra-límite elástico)
E = módulo de elasticidad del hierro dúctil en megapascales (170,000 MPa)
Df = factor de deformación para tubería de hierro dúctil (3.5)
t1 = espesor nominal de la pared del tubo en milímetros
D I S E N O PA R A D E F L E X I O N Ecuación para diseño t = (D-t)
3
0.15 • K x • q
ƥE
0.0009E’
E
Donde: ∆ = deflexión de diámetro de tubo en porcentaje del diámetro exterior
(Deflexión de diseño = 4% o ∆ de deformación, lo que sea menor)
Kx = coeficiente de deflexión
q = presión vertical debido a todas las cargas externas en megapascales
E = módulo de elasticidad del hierro dúctil en megapascales (170,000 MPa)
E’ = módulo de reacción de suelo en megapascales
Tablas para presión de operación admisible y profundidades de diseño de cubierta para zanjas y suelos
típicos se indican en las siguientes páginas. Consulte ISO 10803 para más detalles.
ACIPCO
7
Manual de Tubería Internacional
ISO 2531:2009 introduce un nuevo sistema de clasificación de tuberías y accesorios basado en las presiones
donde el espesor mínimo de la pared es determinado por la presión de operación permisible.
C l a s i f i c a c i o n e s d e P re s i ó n
Clasificaciones de tubería se basan en la presión de operación permisible (PFA) en bar, precedidos por la letra "C".
Definiciones:
Presión de Operación Permisible (PFA) = C, en bar
La presión interna máxima, excluyendo golpe ariete, que un componente puede soportar con seguridad en
servicio permanente.
Presión Máxima de Operación Permisible (PMA) = 1.20 x PFA, en bar
La presión interna máxima, incluyendo golpe ariete, que un componente puede soportar con seguridad en servicio.
Presión de Prueba en Sitio Permisible (PEA) = (1.20 x PFA) + 5, en bar
La presión máxima de prueba hidrostática que un componente recién instalado puede soportar durante un
tiempo relativamente corto, cuando instalado sobre el suelo o colocado y rellenado bajo tierra, para medir la
integridad de la instalación.
La presión permisible dentro de un sistema de tubería debe limitarse a la clasificación de presión más baja de
todos los componentes dentro del sistema.
E s p e s o r d e P a re d :
El espesor mínimo de pared para tuberías, e min., no podrá ser inferior a 3.0 mm y se determinará mediante la
ecuación:
e min
PFA x SF x DE
= 20 R + (PFA x SF)
m
Donde:
emin
es el espesor de pared de tubería mínimo, milímetros;
PFA
es la presión de operación permitida, en bar;
SF
es el factor de seguridad para la PFA (= 3);
DE
es el diámetro exterior nominal del tubo en milímetros;
Rm
es la resistencia a la tracción mínima de hierro dúctil, en megapascales (Rm = 420 MPa);
Nota: La ecuación anterior se deriva de la ecuación de Barlow, es decir, la tensión del aro σ = PD/2t
Para tuberías fundidas por centrifugación, el espesor de pared mínimo, emin, no podrá ser inferior a 3,0 mm.
El espesor nominal de pared, enom, es igual al espesor de pared mínimo, emin, más (1,3 + 0,001 DN).
** Lo anterior está tomado de ISO 2531:2009. Favor de consultar la norma para más información específica.
ACIPCO
8
Manual de Tubería Internacional
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
CLASES ISO
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
ESPESOR NOMINAL (mm)
C25
C30
6.0
6.0
6.3
6.0
6.5
6.1
6.9
6.5
7.5
7.6
8.7
8.8
9.9
9.6
11.1
10.6
12.3
11.6
13.4
13.6
15.8
15.7
18.2
16.7
19.4
17.7
20.6
C20
7.3
8.1
8.9
9.8
11.4
13.1
13.9
14.8
C40
6.0
6.0
6.0
6.0
6.2
7.1
7.8
8.6
9.3
10.9
12.4
14.0
15.5
17.1
20.2
-
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
CLASES ISO
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
ACIPCO
ESPESOR NOMINAL (mm)
K8
7.6
8.0
8.8
9.6
10.4
11.2
12.0
13.6
15.2
16.0
16.8
K7
7.7
8.4
9.1
9.8
10.5
11.9
13.3
14.0
14.7
9
K9
6.1
6.3
6.4
6.8
7.2
7.7
8.1
8.6
9.0
9.9
10.8
11.7
12.6
13.5
15.3
17.1
18.0
18.9
Manual de Tubería Internacional
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
PRESION MAXIMA DE OPERACION PERMISIBLE (BAR)
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
C20
24
24
24
24
24
24
24
24
PRESION DE OPERACION PERMISIBLE
C25
C30
C40
48
48
48
48
36
48
30
36
48
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
36
48
48
48
48
48
48
48
48
48
-
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
PRESION MAXIMA DE OPERACION PERMISIBLE (BAR)
Las presiones de operación para
diámetros 100 mm - 400 mm
son basados en una prueba de
fábrica de 1.5 veces la presión
de operación permisible. Consulte
con A C I P C O si se requieren
presiones más altas.
ACIPCO
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
K7
26
24
23
23
22
21
20
20
20
PRESION DE OPERACION PERMISIBLE
K8
K9
33
33
33
33
33
33
33
35
40
33
38
31
36
29
34
28
32
27
31
26
30
25
29
24
28
24
27
24
27
10
Manual de Tubería Internacional
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
PRESION MINIMA DE PRUEBA EN FABRICA (BAR)
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
C20
45
45
45
45
40
40
40
40
C25
45
45
45
45
45
45
45
45
45
40
40
40
40
C30
50
45
45
45
45
45
45
45
45
45
40
40
40
40
C40
50
50
50
50
50
45
45
45
45
45
45
45
45
45
40
-
TUBERIA DE HIERRO DUCTIL
PRESION MINIMA DE PRUEBA EN FABRICA (BAR)
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
1600
ACIPCO
K7
-
K8
-
55
51
49
47
45
40
40
40
40
71
68
62
59
56
53
52
40
40
40
40
11
K9
50
50
50
50
50
50
50
80
76
70
60
60
60
58
40
40
40
40
Manual de Tubería Internacional
ZAN J A TI PI C A
Tubería colocada en zanja de fondo plano. Si se encuentran piedra o lajas, una capa de tierra suelta debe ser utilizada como cama. Se recomiendan huecos para alojar las campanas.
ZANJA TIPO 1 Relleno -- A volteo, por lo general 70% - 80%
de densidad standard Proctor dependiendo del tipo de suelo y
el contenido de humedad, ángulo de cama de 30 °.
ZANJA TIPO 2 Relleno -- ligeramente consolidada,
> 75% de densidad standard Proctor, ángulo de cama de 45 °.
ZANJA TIPO 3 Relleno -- compactación ligera,
> 80% de densidad standard Proctor, ángulo de cama de 60 °.
ZANJA TIPO 4 Relleno -- compactación del medio,
> 85% de densidad standard Proctor, ángulo de cama de 90 °.
ZANJA TIPO 5 Relleno -- alta compactación,
> 90% de densidad standard Proctor, ángulo de cama de 150 °.
C LA SI F IC A C I Ó N D E S U E L OS
Los siguientes ASTM D2487/US Bureau of Reclamation Soil Groups clasifican los diferentes suelos de relleno, es
decir, suelos que se utilizan para colocación en la zanja que rodea el tubo, compactados o sin compactar, para
prestar apoyo para la tubería. Estos grupos clasifican suelos naturales, así como materiales manufacturados. Los
grupos se utilizan también para la clasificación de materiales de la pared de la zanja no perturbados.
G R U P O A -- Piedra angular graduada (6 mm - 40 mm), incluyendo un número de materiales de relleno que
tienen importancia regional como la piedra triturada, la grava triturada, y la concha machacada.
G R U P O B (GW, GP, SW, SP) -- Suelos de grano grueso con pocos finos o ninguno, sin partículas mayores a
40 mm, incluyendo un número de materiales de relleno que tienen importancia regional que tienen granos
redondeados, como la gravilla.
G R U P O C (GM, GC, SM, SC, CL, ML, ML-CL, CL-CH, ML-MH) -- Suelos de grano grueso con finos y suelos de
grano fino con mediana a ninguna plasticidad, con más de 25% de partículas gruesos, límite líquido (LL) menor
al 50% .*
G R U P O D (CL, ML, ML-CL, CL-CH, ML-MH) -- Suelos de grano fino con mediana a ninguna plasticidad, con
menos del 25% partículas gruesas, límite líquido (LL) menor al 50%.*
G R U P O E (CL,MH, CH, MH) -- Suelos de grano fino con medio a alta plasticidad, límite líquido (LL) mayor al 50%.
G R U P O F (PT) -- Suelos orgánicos.
* El diseñador debe determinar el porcentaje de partículas ásperas para determinar con precisión el grupo
de suelo.
ACIPCO
12
Manual de Tubería Internacional
PROFUNDIDADES MAXIMAS RECOMENDADAS DE CUBIERTA (m)
TIPO DE SUELO C, CAMA EN 100mm DE MATERIALES SUELTOS, RURAL/ACCESO/PRINCIPAL
DN
100
150
200
250
300
300
350
350
350
400
400
400
450
450
450
500
500
500
600
600
600
700
700
700
700
800
800
800
800
900
900
900
900
1000
1000
1000
1000
1200
1200
1200
1200
1400
1400
1400
1500
1500
1500
1600
1600
1600
ACIPCO
CLASE
C40
C40
C40
C40
C30
C40
C25
C30
C40
C25
C30
C40
C25
C30
C40
C25
C30
C40
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C40
C20
C25
C30
C20
C25
C30
C20
C25
C30
ZANJA TIPO II
31/31/31
16/16/16
10/10/10
9.9/9.9/9.7
4.9/4.8/4.5
8.9/8.8/8.7
3.6/3.4/2.8
6.5/6.4/6.2
9.3/9.2/9.1
3.4/3.2/2.6
5.3/5.2/5.0
9.0/8.9/8.8
3.5/3.4/2.8
4.9/4.8/4.4
9.1/9.0/8.9
3.4/3.2/2.6
4.9/4.8/4.5
8.9/8.9/8.7
3.6/3.4/2.9
5.0/4.9/4.6
9.0/9.0/8.8
2.6/2.4/*
3.9/3.8/3.4
5.2/5.1/4.8
8.8/8.8/8.7
2.7/2.5/*
3.8/3.7/3.3
5.3/5.3/5.0
8.7/8.7/8.6
2.6/2.4/*
3.7/3.6/3.2
5.3/5.2/5.0
8.6/8.6/8.5
2.6/2.5/*
3.7/3.6/3.2
5.7/5.0/4.8
8.6/8.6/8.5
2.6/2.4/*
3.6/3.5/3.1
5.0/5.0/4.7
8.4/8.4/8.3
2.6/2.4/*
3.6/3.5/3.1
5.0/4.9/4.7
2.6/2.4/*
3.6/3.5/3.1
5.0/4.9/4.7
2.6/2.4/*
3.6/3.5/3.1
4.9/4.9/4.6
13
ZANJA TIPO III
33/33/33
17/17/17
11/11/11
10/10/10
5.6/5.5/5.2
9.6/9.6/9.4
4.2/4.0/3.6
7.1/7.1/6.9
10.0/10.0/9.8
4.0/3.8/3.4
5.9/5.9/5.6
9.7/9.7/9.5
4.2/4.0/3.6
5.5/5.4/5.2
9.9/9.8/9.7
4.0/3.9/3.5
5.6/5.5/5.2
9.7/9.7/9.5
4.3/4.2/3.8
5.7/5.6/5.4
9.8/9.8/9.6
3.3/3.2/2.6
4.6/4.5/4.2
5.9/5.8/5.7
9.6/9.6/9.4
3.4/3.3/2.8
4.5/4.5/4.1
6.1/6.1/5.8
9.5/9.5/9.3
3.4/3.3/2.7
4.4/4.4/4.1
6.0/6.0/5.8
9.5/9.4/9.3
3.4/3.3/2.8
4.4/4.3/4.0
5.9/5.8/5.6
9.4/9.4/9.2
3.3/3.2/2.7
4.4/4.3/4.0
5.8/5.7/5.5
9.2/9.2/9.1
3.3/3.2/2.8
4.3/4.3/4.0
5.7/5.7/5.5
3.3/3.2/2.8
4.3/4.2/4.0
5.7/5.7/5.5
3.3/3.2/2.8
4.3/4.2/4.0
5.7/5.6/5.5
Manual de Tubería Internacional
PROFUNDIDADES MAXIMAS RECOMENDADAS DE CUBIERTA (m)
(CAMINOS DE ACCESO, TIPO DE SUELO C, CAMA EN 100 mm DE MATERIALES SUELTOS)
DN
(mm)
100
150
200
250
300
350
400
450
450
500
500
600
600
600
700
700
700
800
800
800
900
900
900
1000
1000
1000
1200
1200
1200
1400
1400
1400
1500
1500
1500
1600
1600
1600
ACIPCO
CLASE
K9
K9
K9
K9
K9
K9
K9
K8
K9
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
ZANJA TIPO II
40
18
12
9.9
8.4
7.4
6.7
4.9
6.3
4.6
5.9
3
4.4
5.4
2.7
3.9
5.1
2.5
3.5
4.9
2.4
3.3
4.5
2.3
3.1
4.2
2.1
2.9
3.9
2
2.7
3.6
2
2.7
3.5
2
2.6
3.4
14
ZANJA TIPO III
40
19
13
10
9.4
8.6
8
6.4
7.9
6.3
7.3
4.9
6.2
7
4.6
5.7
6.7
4.4
5.4
6.6
4.3
5.2
6.3
4.2
5
6
4.1
4.7
5.7
4
4.6
5.4
4
4.5
5.3
3.9
4.5
5.2
Manual de Tubería Internacional
PROFUNDIDADES MAXIMAS RECOMENDADAS DE CUBIERTA (m)
(CAMINOS PRINCIPALES, TIPO DE SUELO C, CAMA EN 100 mm DE MATERIALES SUELTOS)
DN
(mm)
CLASE
900
1000
1000
1000
1200
1200
1200
1400
1400
1400
1500
1500
1500
1600
1600
1600
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
100
150
200
250
300
350
400
450
450
500
500
600
600
600
700
700
700
800
800
800
900
900
K9
K9
K9
K9
K9
K9
K9
K8
K9
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
K9
K7
K8
ZANJA TIPO II
40
18
12
9.7
8.2
7.2
6.5
4.6
6
4
5.6
2.3
4
5.1
*
3.5
4.8
*
3.1
4.6
*
2.8
4.2
*
2.6
3.9
*
2.3
3.5
*
2.1
3.2
*
2.1
3.1
*
2
3.1
ZANJA TIPO III
40
19
13
10
9.3
8.4
7.8
6.2
7.4
6.1
7.1
4.6
5.9
6.8
4.3
5.5
6.5
4.1
5.1
6.4
4
4.9
6.1
3.9
4.7
5.8
3.7
4.5
5.4
3.7
4.3
5.2
3.7
4.3
5.1
3.6
4.2
5
* Zanja Tipo III debe ser utilizada para esta condición.
ACIPCO
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Manual de Tubería Internacional