DISEÑO MECANICO DE LA TUBERIA ENTERRADA

1.- DISEÑO MECANICO DE LA TUBERIA ENTERRADA 1.1.- introducción El estado de Tabasco es una de las entidades federativas más afectadas por los fenómenos meteorológicos dentro del territorio nacional, debido principalmente a la morfología plana característica de la región, a las abundantes lluvias provocadas por fenómenos meteorológicos y a los caudales que escurren normalmente de la sierra del estado de Chiapas y de la república de Guatemala. El desbordamiento de los ríos debido a eventos extraordinarios, afectan a centros de población, tierras productivas para cultivo y ganadería, ocasionando pérdidas materiales que frenan y limitan el desarrollo y potencial económico de la región. El fenómeno natural ocurrido en el año 2007, produjo avenidas considerables y desbordamientos de los ríos ocasionando severos daños a las estructuras existentes en el lugar. La comisión nacional del Agua ha encargado a la empresa INGENIERÍA PROYECTOS

Y CONSTRUCCIONES LOES, S.A. DE C.V. el proyecto denominado “PROYECTO EJECUTIVO DEL BORDO DE PROTECCIÓN DE LA COLONIA PUEBLO NUEVO, MUNICIPIO DE TACOTALPA, ESTADO DE TABASCO”.

Esta consiste en realizar el estudio y proyecto ejecutivo de la obra de protección, con fines de brindar seguridad a esta infraestructura y así, garantizar que la obra al ser concluida tenga un funcionamiento satisfactorio para el propósito que fue diseñada.

1.2.- Criterios de diseño para una tubería enterrada En el presente informe describe el procedimiento para el cálculo de cruce de una tubería ASTM A53 que se utilizara para bombear el agua alojada en el talud de aguas arriba del bordo. Esta estructura entrara en funcionamiento cuando los niveles del agua superen la altura de la alcantarilla localizada en el sitio del proyecto. El procedimiento de cálculo está basado en el Manual de Diseño de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de La Comisión Nacional de Agua (CONAGUA) para el

diseño de tuberías enterradas, en el cual se cubren líneas de conducción de acero destinadas a la conducción de aguas potables y residuales. La presente memoria de calcula consiste en determinar el espesor de la tubería para resistir las cargas a las que estará sometida durante su vida útil.

1.3.- Datos de diseño A continuación se presentan los datos generales de diseño requeridos para el cálculo mecánico de la tubería enterrada utilizada en el proyecto. CÁLCULO MA CA NICO DE LA TUBERIA Datos de Diseño ESPECIFICACIONES DE LA TUBERIA

TUBERIA DE ACERO AL CARBON ASTM-A53 GR.A

ESFUERZO DE FLUENCIA

Mpa

fy

241

ESFUERZO DE ROTURA A LA TENSION

Mpa

ften

331

DIAMETRO DE LA TUBERIA

mm

di

300

LONGITUD DE LA TUBERIA ENTERRADA

m

L

15

ALTURA DEL RELLENO

m

hr

0.9

PESO VOLUMETRICO DEL TERRAPLEN

kg/m3

ɣ

2200.0

GASTO DE DISEÑO

m3/s

Q

0.5

Figura 1.-Datos de diseño para el cálculo mecánico de la tubería enterrada.

1.4.- Ubicación La ubicación de la tubería en general se encontrará en el cadenamiento 1+900 del trazo del proyecto con coordenadas, en el cual la cual cruzará el terraplén proyectado a una profundidad de 0.90 metros y de una longitud de 15 metros. A continuación se presenta la estructura proyectada para el desalojo de las excedencias de agua del lugar: Figura 2.- Localización de la estructura que servirá para desalojar el agua proveniente de los drenes hacia el rio.

1.5.- Acciones Las acciones a consideras para el dimensionamiento mecánico de las tuberías para la obra de desagüe, bajo la hipótesis de una tubería en terraplén y trabajando a presión, son las que se anuncian a continuación:

1. Presión normal 2. Carga muerta por peso del relleno

1.6.-Presión normal La presión normal se determina aplicando la ecuación de la energía a partir del nivel de salida de la bomba al centro de la descarga de la tubería, por lo que se tiene

Figura 3.- Dimensionamiento de la tubería y condiciones iniciales para el análisis mecánico.

Dónde: Z1, Z2, carga de posición P1/Υ, P2/Υ Carga de presión hf, Pérdidas por fricción hk, Pérdidas locales Por definición el primer término del lado izquierdo es la carga Hidráulica disponible y por ser la descarga libre, la presión en ambos casos es la atmosférica y se considera igual a cero, así también Z2 se considera cero, ya que es el origen del plano de referencia, por lo que se tiene finalmente la ecuación siguiente:

Dónde: H2, carga hidráulica disponible (m)

, Carga de velocidad, (m) hf, Pérdidas por fricción en la tubería, (m) hk, Pérdidas locales (m) Los resultados obtenidos, son los siguientes:

Calculo de la Pr esión Int er na LONGITUD DE LA TUBERIA GASTO DE DISEÑO DIAMETRO DE LA TUBERIA

m m3/s m

VELOCIDAD DEL FLUJO

m/s

ACELERACION DE LA GRAVEDAD

m/s2 m.c.a.

Lt Q de

23.00 0.15 0.313 1.95

g

9.81

m

hvel = V2 /2g ɛ

VISCOSIDAD CINEMATICA REYNOLDS

m2/s -

ν

0.00025 8.031000E-06

Re = V*D/ν

76050.815

COEFICIENTE DE FRICCION

-

PERDIDAS POR FRICCION

m

hf = f*(L/D)*(V2/2*g)

0.319

COEFICIENTE DE PERDIDA EN CODO DE 45°

-

K45°

0.320

PERDIDAS LOCALES CARGA CONSIDERADA

m

hloc = k45°* hvel H1

0.062

m

CARGA DISPONIBLE

m

H = H1 - Hf - Hloc

1.669

presión interna

kg/ cm2

P2 = H/ 10

0.167

CARGA POR VELOCIDAD RUGOSIDAD ABSOLUTA

0.19

0.022

2.050

Figura 4.- Cálculo de Presión interna de la tubería de la tubería de 12 pulgadas.

1.7.-Carga muerta por peso del relleno. Los parámetros que determinan la carga de diseño y/o revisión bajo este criterio, es función de las características geométricas de la tubería, profundidad y ancho de la zanja, existiendo dos casos, tuberías en zanja y tuberías en terraplén. Una tubería en terraplén se define como aquella que se deposita en una superficie firme cubierta por un montículo de tierra.

Para el caso que aquí nos ocupa se determinará la carga como si estuviera en terraplén y la carga por unidad de longitud se calcula como sigue:

Dónde:

Wc, Es la carga vertical sobre la tubería, por unidad de longitud (N/m) ɣm, Peso específico del terraplén, (N/m3) hr, Altura del relleno medida a partir del lomo de la tubería, (m) de, Diámetro exterior de la tubería, (m) Los resultados se muestran a continuación:

Car ga muer t a debido al peso del Relleno PESO VOLUMETRICO DEL MATERIAL DIAMETRO INTERIOR DE LA TUBERIA ESPESOR DE LA TUBERIA DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA ALTURA DE RELLENO

N/m3 mm mm m m

ɣ di tc de = (di + 2*tc)/1000 hr

21582.00 300 6.35 0.313 0.90

Carga Vertical Sobre l a Tuberia

N/ m

Wc = ɣ*de*hr

6073.82

Figura 5.- Cálculo de la carga muerta debido al peso del relleno.

1.8 Carga viva por tránsito de Vehículos en la Superficie. Para la determinación de la carga sobre la tubería, causada por la circulación de vehículos en la superficie, se consideran cargas puntuales que se transmiten a la tubería, dependiendo de la profundidad h. De acuerdo a los valores propuestos por la AASHTO, de la Tabla 5.3 (Del libro: Diseño, Selección e Instalación de tuberías de acero), considerando una altura de 0.90 m, se obtiene una carga de 28733 Pa.

Figura 6.- Efecto de carga viva de acuerdo a la AASHTO

Los resultados se muestran a continuación: Car ga viva por t r ansit o de vehículos en la super f icie ALTURA DE RELLENO

m

hr

0.90

EFECTO DE CARGA VIVA DE ACUERDO A LA AASHTO POR UN VEHICULO HS-20

Pa

PH

28733.00

DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA

m

de

0.31

Carga por unidad de l ongitud

N/ m

WL=PH *de

8984.81

Figura 7.- Cálculo de carga viva por tránsito de vehículos en la superficie.

1.9.- Carga viva por maquinaria y equipo. La carga viva por maquinaria y equipo pesado se tomara en cuenta ya que se supondrá que la maquinaria pasará en el momento de la compactación del terraplén. Se evaluara la carga sobre la tubería transmitida por el paso de un cargador EUCLID, el cual tiene una carga puntual de 188.288 N, por un par de llantas en un área de 1.10 metros por 0.61 metros. Para obtener el coeficiente de influencia para áreas regulares, primeramente se calcularán los coeficientes m y n el cual se obtendrá dividiendo el área en 4 partes iguales y posteriormente dividiéndola entre la profundidad del relleno como se indica en la tabla de cálculos. La tabla 5.2 (Del libro: Diseño, Selección e Instalación de tuberías de acero), muestra el coeficiente de influencia para áreas regulares.

Figura 8.- Coeficiente de Influencia para áreas regulares.

A continuación se muestran los resultados del cálculo de la carga viva por maquinaria y equipo.

Car ga v iv a por Maquinar ia y Equipo DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA CARGA PUNTUAL POR UN CARGADOR EUCLID .

m

de

0.31

N

Pp

188.29

ANCHO DE LA LLANTA

m

Bllanta

0.61

LARGO DE LA LLANTA

m

Allanta

1.10

CARGA POR UNIDAD DE AREA EN LA SUPERFICIE

Pa

Ps = Pp/(Allanta *Bllanta )

280.61

LONGITUD DEL RECTANGULO DIVIDIDO EN 4 AREAS IGUALES

m

A = Allanta /2

0.55

ANCHO DEL RECTANGULO DIVIDIDO EN 4 AREAS IGUALES

m

B = Bllanta /2

0.305

ALTURA DE RELLENO COEFICIENTE (m) COEFICIENTE (n)

m -

hr m = A/hr n = B/hr

0.900 0.611 0.339

COEFICIENTE DE INFLUENCIA PARA AREAS REGULARES.

-

CT

0.063

PRESION DE LA TUBERIA

Pa

PH = 4*CT*Ps

70.713

Carga por Unidad de Longitud

N/ m

WL = PH *de

22.11

Figura 9.- Cálculo de la carga viva por maquinaria y equipo.

1.10.- Revisión del Espesor En este apartado tiene como objeto llevar a cabo la revisión del espesor bajo los siguientes criterios:



Por presión interna



Espesor mínimo por manejo



Deflexión vertical



Análisis por pandeo

1.10.1.-Presión interna El espesor de pared de la tubería por requerimiento de presión interna se calculará, utilizando la siguiente expresión:

Dónde: t, Es el espesor de la tubería calculada (mm) tc, Es el espesor de la tubería considerando corrosión (mm). P1, Es la presión de diseño (N/mm2). di ,Es el diámetro interior del tubo (mm). fy, esfuerzo de fluencia del material (N/mm2).

Los resultados obtenidos se muestran a continuación:

Revisión del espesor por pr esión int er na DIAMETRO INTERIOR DE LA TUBERIA

mm

di

300.00

PRESION DEL TRAMO SEÑALADO

MPa

P1

0.0164

ESFUERZO DE DISEÑO

-

k

0.50

ESFUERZO DE FLUENCIA DEL MATERIAL

MPa

fy

241.00

ESFUERZO PERMISIBLE

MPa

S = k*fy

120.50

ESPESOR DE LA TUBERIA CALCULADA

mm

0.0204

6.35

mm

Espesor Comercial

tc pul g

1/ 4

Como 0.020 < 6.35 Es adecuado para soportar la presión interna Figura 10.- Cálculo del espesor por presión interna.

Al llevar a cabo la revisión del espesor bajo la acción de la presión interna, se determina que el espesor propuesto es adecuado. 1.10.2.- Espesor mínimo por manejo. De acuerdo a la A.W.W.A, se debe llevar una revisión bajo este criterio, y recomienda los siguientes espesores mínimos de pared por manejo: a) Para diámetros de 1,370 mm y menores

b) Para diámetros mayores de 1,370 mm

Dónde: di, es el diámetro nominal de la tubería (mm) tm, es el espesor mínimo de pared por manejo (mm) De acuerdo a los datos de diseño, en caso que aquí analizamos, cae dentro del punto “a”, los resultados obtenidos son los siguientes:

Revisión del espesor mínimo de manejo DIAMETRO DE LA TUBERIA

mm

di

300

Espesor Comercial

mm

tc

6.35

Espesor M inimo de M anejo

mm

tm = di/288

1.04

Como 6.35 > 1.04 Por lo que pasa por espesor de manejo

Figura 11.- calculo por el espesor mínimo de manejo.

1.10.3.- Revisión por deflexión vertical. La deflexión vertical por el relleno en una tubería, se calculará por medio de la ecuación siguiente:

Dónde: Δc, Es la deflexión de la tubería (mm) D1, Es el factor de retardo, puede tomarse un valor comprendido entre 1.25 y 1.50 K, Es la constante de apoyo, un valor de 0.1 puede tomarse como práctico recomendado Wc, Es la carga por unidad de longitud de la tubería (N/mm) r, Es el radio del tubo (mm) E es el módulo de elasticidad del material de la tubería (N/mm2) I es el momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud para tubo liso vale 3

4

t /12 (mm ) E’ es el módulo de reacción del material, para roca (N/mm2)

Los resultados obtenidos son los que se muestran a continuación:

Revision por Def lex ión Ver t ical FACTOR DE RETARDO CONSTANTE DE APOYO CARGA POR UNIDAD DE LONGITUD DEL TUBO DIAMETRO INTERIOR DE LA TUBERIA RADIO DEL TUBO MODULO DE ELASTICIDAD DEL MATERIAL DE LA TUBERIA ESPESOR DE LA TUBERIA

-

D1 K

1.25 0.10

N/mm

Wc = (Wc+WL)/1000

15.06

mm mm

di r = di/2

300 150

MPa

E

205940

mm

tc

6.35

MOMENTO DE INERCIA DE LA PARED DEL TUBO POR UNIDAD DE LONGITUD

mm4/mm

MODULO DE REACCION DEL SUELO

PSI MPa

Defl exion de l a Tuberia

mm

21.3

I

1000.0 6.89

E'

1.09

Figura 12.- Calculo de la tubería por deflexión vertical.

1.10.4.- Análisis por pandeo. Bajo la hipótesis del diseño de una tubería en terraplén, esta puede colapsarse o pandearse como resultados de una inestabilidad elástica provocada por las cargas aplicadas al tubo. Para determinar la carga por pandeo, se aplica el siguiente modelo:

𝑃𝑤

𝛾𝑤

𝑤

𝑅𝑤

𝑊𝑐 𝑑𝑒

𝑊𝐿 𝑑𝑒

Dónde: PV, Es la presión de vacío interna = presión atmosférica – presión absoluta interior del tubo (N/mm2). hW, Es la altura nivel de aguas freáticas al lomo de la tubería (m)

γW , Es la densidad del agua (N/mm3) RW ,Es el factor de flotación = 1–0.33*(hw/hr) Hr, Es la altura del relleno a lomo de la tubería (m) WC,Es la carga vertical del suelo por unidad de longitud (N/mm) WL, Es la carga viva sobre la tubería (N/mm) de, Es el diámetro exterior del tubo (mm) qa, Es la carga de pandeo permisible (N/mm)

Si el nivel de aguas freáticas está por debajo del nivel de la tubería, el término hW, Se hace cero y el factor de flotación RW, Es igual a la unidad.

Los resultados obtenidos se presentan a continuación:

Revisión por pandeo debido a Car gas Ex t er nas PRESION DE VACIO INTERNO ALTURA DEL NIVEL DE AGUAS FREATICAS DENSIDAD DEL AGUA ALTURA DEL RELLENO A LOMO DE LA TUBERIA FACTOR DE FLOTACION CARGA VERTICAL DEL SUELO POR UNIDAD DE LONGITUD. CARGA VIVA SOBRE LA TUBERIA DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA

Carga de Pandeo Permisibl e

MPa

Pv

0.00

mm

hw

0.00

N/mm3

Ƴw

9.81E-06

mm

hr

900

-

Rw = 1-(hw/hr)

1.00

N/mm

Wc

15.06

N/mm mm

WL de

0.02 313

0.048

M Pa

Figura 13.- Análisis por pandeo de la tubería debido a cargas externas.

1.10.5.- Límites de aceptación. En este apartado se evalúan los límites permisibles, valores que se comparan con los valores determinados en los apartados anteriores y finalmente se determina si el espesor propuesto es adecuado para resistir las acciones a las que estará sometida la tubería durante su vida útil. 1.10.5.1.-Deflexión permisible. La deflexión permisible de la tubería es del 5% del diámetro para evitar el colapso de la misma (el cual ocurre cuando se tiene un pandeo del 10 al 20 %), los valores obtenidos son los siguientes: Cr it er ios y límit es de acept ación Defl exion de l a Tuberia

mm

DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA

mm

Δc de

defl exion permisibl e

mm

Δcp = 5%*de

1.09 313

15.64

Como 1.09 < 15.64 No se tienen problemas por Deflexion Vertical

Figura 14.- Cálculo de la deflexión permisible.

1.10.5.2-.Carga de pandeo permisible La carga de pandeo permisible qa, se determina mediante la siguiente expresión:

Dónde:

F·S es el factor de seguridad, que estará en función de la relación hr/de: = 2.5 para hr/de > = 2 es igual a 3.0 para hr/de < 2 hr, es la altura del relleno al lomo de la tubería (m) de, Es el diámetro exterior de la tubería (m) RW, Es el factor de flotación = 1-0.33 (hW/hr) hW Es la altura desde el nivel de aguas freáticas al lomo de la tubería (m) B’, Es el coeficiente empírico (adimensional) E’, Es el módulo de reacción del suelo (Mpa). I Es el momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud t3b/12 (cm4)

Los resultados se muestran a continuación:

Car ga de Pandeo Per misible ALTURA DEL RELLENO A LOMO DE LA TUBERIA

m

hr

0.90

DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA FACTOR DE SEGURIAD

m -

de F.S. = hr/de

0.313 2.50

mm

hw

0.00

-

Rw = 1-(hw/hr)

1.00

ALTURA DEL NIVEL DE AGUAS FREATICAS FACTOR DE FLOTACION

0.2325

COEFICIENTE EMPIRICO

-

MODULO DE REACCION DEL SUELO MODULO DE ELASTICIDAD DEL MATERIAL DE LA TUBERIA ESPESOR DE LA TUBERIA

MPa

E'

6.89

MPa

E

2.06E+05

mm

tc

6.35

MOMENTO DE INERCIA DE LA PARED DEL TUBO POR UNIDAD DE LONGITUD

mm4/mm

carga de pandeo permisibl e qa

M Pa

1.086

carga de pandeo permisibl e cal cul ada

M Pa

0.048

I

21.3

Como 0.048 < 1.086 No se presentan problemas de pandeo

Figura 15.- Límites de aceptación para la carga por pandeo permisible.

De los resultados obtenidos, del espesor propuesto tc = 6.35 mm, se concluye que es adecuado para soportar las diferentes cargas a las que estará sometida la tubería durante su vida útil. 1.11.- Revisión por sismo. Las tuberías, enterradas o superficiales, se ven afectadas por las fuerzas de inercia producidas por las aceleraciones sísmicas, cuyo efecto se trasmite por las fuerzas de arrastre del terreno, al imprimirle esfuerzos y deformaciones locales, además de desplazamientos y curvaturas. Por lo anterior es necesario llevar a cabo una revisión del espesor propuesto de la tubería y verificar que pasa los límites permisibles de aceptación, los resultados obtenidos bajo este criterio son los que se presentan a continuación: 1.11.1.- Cálculo de la Deformación axial. Para el cálculo de la deformación axial se calculará con la siguiente formula:

ɛ’, es la deformación unitaria. Vmax, es la velocidad máxima del terreno (m/s). Amax, es la aceleración del terreno (m/s2). Vs, es la velocidad aparente de propagación de las ondas de cortante (m/s). de, es el diámetro exterior de la tubería (m). Las curvaturas y deformaciones máximas permisibles debidas a cualquier solicitación sísmica, serán los siguientes:

Dónde: re, es el radio exterior de la sección transversal. Los resultados se muestran a continuación:

Rev isión de Esf uerzos por sismos Calculo de la Def or macion en Dir ección A x ial VELOCIDADDEMAXIMA DEL TERRENO VELOCIDAD PROPAGACION DE LAS ONDAS DE CORTE

m/s mm/s

Vmax V's

0.08 150.00

VELOCIDAD APARENTE DE PROPAGACION DEL SISMO EN DIRECCION HORIZONTAL

m/s

Vs = V's/0.7

214.29

DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA FACTOR DE GRUPO PARA TUBERIAS ACELERACION DE LA GRAVEDAD ACELERACION MAXIMA DEL TERRENO

m m/s -

de Fg g a0

0.313 1.50 9.81 0.08

ACELERACION MAXIMA CALCULADA

m/s2

A'max = Fg*a0*g

1.177 0.0004

Deformacion Unitaria en Direccion Axial

-

Deformacion M axima Permisibl e

-

0.0004 ɛ'

0.0060

Como 0.0004 < 0.0060 Esta dentro del rango de la deformacion maxima permisible

Figura 16.- Cálculo de la deformación axial.

La deformación máxima permisible es mucho mayor que la calculada por lo cual pasa por este parámetro. 1.11.2.- Cálculo de los esfuerzos máximos de flexión y axial. En el caso de los esfuerzos máximos de flexión y axial se calcularan considerando que las ondas sísmicas que se propagan en el medio serán de cortante, y se calcularán como sigue:

Dónde: E es el módulo de elasticidad del tubo (N/mm2) σamax, es el esfuerzo axial máximo debido a ondas de compresión (N/mm2). σfmax, es el esfuerzo de flexión máximo (N/mm2). Vmax, es la velocidad máxima del terreno (m/s).

Amax, es la aceleración del terreno (m/s2). Vs, es la velocidad aparente de propagación de las ondas de cortante (m/s). de, es el diámetro exterior de la tubería (m). Los resultados se muestran a continuación: Calculo de los Esf uer zos max imos de Flex ión y ax ial MODULO DE ELASTICIDAD DEL MATERIAL DE LA TUBERIA

Mpa

E

205940

VELOCIDAD MAXIMA DEL TERRENO

m/s

Vmax

0.08

VELOCIDAD APARENTE DE PROPAGACION DEL SISMO EN DIRECCION HORIZONTAL

m/s

Vs

214.29

ACELERACION MAXIMA CALCULADA ESPESOR DE LA TUBERIA CALCULADA

m/s2 m

A'max de

1.177 0.313

Esfuerzo máximo de fl exión

M Pa

38.92

Esfuerzo maximo Axial

M pa

0.83

Figura 17.- Cálculo de los esfuerzos máximos de flexión y axial.

1.11.3.- Cálculo de esfuerzo longitudinal debido a la presión interna. El esfuerzo longitudinal ocasionado por la presión interna entre dos apoyos que restringen el movimiento axial es igual a:

Dónde: SL, es el esfuerzo longitudinal por presión interna (N/mm2). µ, es el coeficiente de Poisson para el acero (0.3 adim.). Pi, es la presión interna (N/mm2). de, es el diámetro exterior de la tubería (mm). t, es el espesor de la tubería en (mm).

A continuación se muestra la tabla de resultados:

prpesión er na álculo dde e esf e s f uer ue rzzo o longit lo ng itudinal ud ina debido l d e b id oa ala la re s i óint n int e rna CCálculo DIAMETRO EXTERIOR DE LA TUBERIA RELACION DE POISSON DEL ACERO PRESION MAXIMA DE OPERACIÓN ESPESOR DE LA TUBERIA

m MPa mm

Esfuerzo l ongitudinal por Presión I nterna

M Pa

de µ Pi tc

0.313 0.30 0.0164 6.35

0.12

Figura 18.- Cálculo de esfuerzo longitudinal debido a la presión interna.

1.11.4.- suma del esfuerzo actuante de la carga por sismo. A continuación se suman los datos calculados anteriormente y se comparan con el esfuerzo permisible del material de la tubería, por el cual se obtienen los siguientes resultados: Suma de Esf uer zo A ct uant e en Car ga de Sismo 38.92

MPa

σamax σfmax

MPa

SL

0.12

ESFUERZO DE FLUENCIA DEL MATERIAL

MPa

fy

241.00

Suma de Esfuerzo Actuante en Carga de Sismo

M Pa

ST = σamax + σfmax + SL

39.87

Esfuerzo permisibl e

M Pa

SP = 80%*fy

192.80

ESFUERZO MAXIMO DE FLEXION

MPa

ESFUERZO MAXIMO AXIAL ESFUERZO LONGITUDINAL POR PRESION INTERNA

0.83

Como 39.87 < 192.80 Esta dentro del rango del esfuerzo permisible

Figura 19.- Cálculo de esfuerzo actuante en cargas de sismo.

1.12.- Conclusiones. Del análisis mecánico realizado para determinar el espesor probable de la tubería de acero, se concluye que un espesor de 6.5 mm es suficiente para soportar las cargas bajo las cuales estará sometida la tubería durante su vida útil.

Cárcamo de bombeo Un cárcamo de bombeo o pozo de succión, es una estructura vertical a superficie libre en donde descarga el conducto de la toma y donde se instalan las bombas para elevar el agua al nivel deseado. Generalmente consiste en un depósito enterrado construido de concreto o mampostería cuyas dimensiones están en función del tamaño del equipo que se vaya a instalar y del procedimiento empleado en su construcción. Además en su diseño se toma en cuenta la facilidad que se debe tener para su inspección y limpieza periódicas.

A continuación se describen a manera de resumen las partes constitutivas del cárcamo de bombeo del proyecto en cuestión:

-

Canal de llamada. El canal de llamada tiene como objetivo encausar el agua proveniente de los drenes hacia la parte donde estará colocado la campana de succión.

-

Rejillas primarias: Se colocará una rejilla para evitar la entrada de solidos acarreados por el agua. Consta de barras con una separación considerable, ya que su función es retener a los objetos de tamaño grande.

-

Desarenador: El desarenador o trampa de arena es una cavidad en el fondo, y al final de la zona de transición o al inicio de una zona de filtrado, que retiene a los sedimentos arrastrados para evitar su llegada a la bomba.

-

Rejillas secundarias: Estos elementos Se usaran con el fin de retener elementos que alcancen a pasar en la rejilla primaria.

-

Cámara de bombeo: Es la zona inmediata a la bomba, que encauza el flujo exclusivamente a las bombas. En esta zona el flujo de entrada debe ser ordenado, para ello es necesario que el flujo llegue con poca velocidad.

Figura 20.- Partes que conforman el cárcamo de bombeo proyectado.

Dimensionamiento del cárcamo. En el diseño y dimensionamiento del cárcamo de bombeo en cuestión, no incluye la memoria de cálculo; ya que se realizaron en base a las recomendaciones originadas en la práctica (recomendaciones tomadas del libro de la CNA, Diseño de instalaciones mecánicas). Y tales apoyos son válidos para los casos de configuraciones sencillas y en condiciones hidráulicas simples. También se puede destacar que debido a que no se cuenta con datos de gasto que escurre en los drenes se considera acertada la propuesta proyectada. A continuación se muestran las dimensiones y elevaciones consideradas en la proyección del cárcamo de bombeo.

Figura 21.- Elevaciones y dimensiones del cárcamo de bombeo.

A continuación se presenta la planta general del cárcamo de bombeo proyectado.

Figura 22.- Planta general del cárcamo de bombeo proyectado.