Anclajes para uniones de accesorios en canalizaciones de fundición dúctil
Si bien, tal y como se ha indicado, las uniones enchufadas se han impuesto como solución más usada en la instalación de tuberías de fundición dúctil, estas presentan una contraprestación que debe ser atendida durante la configuración del proyecto y su ejecución. Y es que las uniones enchufadas tradicionales no están diseñadas, ni concebidas, para poder asumir esfuerzos de tracción, que provocan el desenchufado de la unión.
Este tipo de esfuerzos están presentes en todos los elementos de la red que modifiquen la dirección o las condiciones del fluido. Hablamos de todos los accesorios, codos, conos, tes, derivaciones, desagües, válvulas, etc.
Es requerido, por tanto, el estudio de dichos empujes en cada uno de estos elementos. Debiéndose diseñar una solución de anclaje que imposibilite, por una parte, el desenchufado de la tubería, y por otra, los movimientos en la canalización que este empuje generaría. El presente texto tiene por cometido exponer las dos tipologías de soluciones de anclaje que suelen utilizarse para la instalación de tuberías de fundición dúctil con uniones enchufadas, los anclajes mediante macizo de hormigón y los anclajes mediante longitud de tubería acerrojada.
Cálculo de empujes
Antes de proceder al diseño y cálculo del tipo de anclaje, es necesario cuantificar el esfuerzo generado en el accesorio o pieza que estudiamos.
El empuje hidráulico resultará de la aplicación de la siguiente expresión:
F= K·P·S
Donde:
- K = Coeficiente de geometría
- K=1, en válvulas, bridas ciegas, tés y conos
- K= 1,414 en codos de 1/4 (90º)
- K= 0,765 en codos de 1/8 (45º)
- K= 0,390 para codos de 1/16 (22º30')
- K= 0,196 para codos de 1/32 (11º15')
- P = Presión a la que somete el cálculo
- S= Sección interna real del elemento. (En el caso de un cono, se trata de la diferencia entre las secciones mayor y menor del mismo; y en el caso de una te, de la sección de la derivación)
Es este empuje el que deberá ser contrarrestado por el anclaje a dimensionar.
Anclajes mediante macizos de hormigón
Esta tipología se presenta como la solución tradicional. Y es ampliamente conocida por estudios de ingenierías, instaladores, empresas de agua, etc.
Su principio de funcionamiento es sencillo y se basa en la disposición de un macizo de hormigón en contacto con el accesorio. Este macizo será dimensionado para tener un volumen y dimensiones que eviten cualquier movimiento provocado por el empuje del accesorio en cuestión. La determinación de estos macizos se reduce al cálculo del volumen de hormigón, y sus dimensiones, imponiendo para ello todas las fuerzas, actuantes en el mismo, generen un equilibrio estático en el conjunto.
W: Peso de tierras sobre macizo de anclaje (si lo hubiere).
B: Empuje de pasivo del terreno sobre el macizo (si hubiere apoyo sobre este).
f: Fricción del macizo con el terreno.
F: Empuje hidráulico en el accesorio/válvula.
Anclajes mediante longitudes acerrojadas
En el desarrollo de las uniones enchufadas, una de las principales líneas de innovación ha sido el desarrollo de las uniones acerrojadas que tienen, entre otros objetivos, la eliminación de los macizos de hormigón que acabamos de exponer.
La característica distintiva de las uniones acerrojadas es su capacidad para hacer frente a esfuerzos de tracción sin desenchufarse, imposibilitando la fuga de aquellos elementos en los que se genere un empuje hidráulico, tal y como hemos visto en los puntos anteriores.
Además, el acerrojado de tubería permite disponer de los rozamientos generados entre el tubo y el terreno, como elemento de anclaje.
La unión de estos dos principios es la base para la sustitución de los tradicionales macizos de anclaje de hormigón por anclaje mediante la disposición de una longitud acerrojada en el tramo colindante al accesorio (L).
El cálculo de este tipo de anclaje requiere, por tanto, de una imposición de equilibrio entre el empuje hidráulico generado por el accesorio, y las fuerzas de rozamiento existentes entre el tubo y el terreno. Siendo los factores determinantes del rozamiento entre tubo y terreno:
We: Peso lineal del terreno.
Wp: Peso lineal del tubo en vacío.
Ww: Peso lineal del agua.
Para el cálculo de fricción y la posterior obtención de la longitud de tramo acerrojado requerida, pueden utilizarse las expresiones propias del Método de Alabama, método de cálculo propuesto por la DIPRA ('Ductil Iron Pipe Research Asociation').
A modo de ejemplo, se presenta la expresión de cálculo de las longitudes acerrojadas para anclajes de codos horizontales.
Donde:
- L: Longitud a acerrojar
- P: Presión de ensayo en obra
- S: Sección transversal
- q: Ángulo de desviación del codo
- θ: Ángulo de rozamiento interno del terreno
- c: Coeficiente de seguridad
- Fn: Esfuerzo de rozamiento para cada metro de tubo
- Fn = K·f(2·We+Wp+Ww), con,
- K: coeficiente de reparto de presiones (entre 1,1 y 1,5)
- f: coeficiente de rozamiento tubo/terreno
Herramientas para el cálculo
Entre los servicios que ofrece el Departamento Técnico de Saint-Gobain PAM España se encuentra el cálculo y dimensionamientos de las tipologías de anclaje presentadas en este texto. Para solicitar este tipo de cálculos, se ha habilitado la plataforma ‘Cálculos Técnicos’ en www.pamline.es, diseñada a modo de cuestionario para facilitar la introducción de los datos requeridos para este cálculo, sin necesidad de registro.
De esta manera, Saint-Gobain PAM España da un paso más en su digitalización centrándonos, como siempre, en satisfacer las necesidades de nuestro cliente.
