Anclajes NS-060-v.0.1 (1).pdf

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NS-060Versin: 0.1

CRITERIOS DE DISEO DE ANCLAJES EN REDES DEACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO

Tema: DISEO ACUEDUCTOComit: Subcomit 2.1 de Diseo - Acueducto; Subcomit 3.1 Diseo - AlcantarilladoAntecedentes: DE AZEVEDO NETTO,J. M., ACOSTA, Guillermo. Manual de Hidrulica, CORCHO ROMERO, Freddy Hernn, DUQUE SERNA, Jos

Ignacio. Acueductos. Teora y diseoVigente desde: 20/03/2002

0. TABLA DE CONTENIDO

1. ALCANCE2. DOCUMENTOS RELACIONADOS3. TERMINOLOGA4. REQUISITOS4.1 GENERALIDADES4.2 DISEO DE ANCLAJES DE CONCRETO4.2.1 Evaluacin de Empujes Hidrulicos4.2.2 Tipos de Anclajes en Redes de Acueducto4.2.2.1Anclajes en curva horizontal4.2.2.2Anclajes en curva vertical inferior4.2.2.3Anclajes en curva vertical superior4.2.3 Anclajes en Curvas Largas4.2.4 Juntas Soldadas4.2.5 Tipos de Anclaje en Redes de Alcantarillado4.2.5.1Anclaje para colocacin area4.2.5.2Anclaje para colocacin enterrada

1. ALCANCE

Esta norma establece criterios de diseo de anclajes en redes de acueducto y alcantarillado diseados yconstruidos por y/o para la EAAB-ESP.

2. DOCUMENTOS RELACIONADOS

AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION. Base Science Concept and Aplicationns - Thrust Control.1980. p.465-475 (AWWA).AMERON. Concrete Cylinder Pipe - Design Manual 303. U.S.A.,1988.

AROCHA, Simn. Abastecimientos de Agua - Teora y Diseo.


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CORCHO ROMERO, Freddy Hernn, DUQUE SERNA, Jos Ignacio. Acueductos. Teora y diseo. Medelln:Universidad de Medelln, Departamento de Publicaciones, 1993. p. 271-276

DE AZEVEDO NETTO, J. M., ACOSTA, Guillermo. Manual de Hidrulica. Mxico: Editora Edgard BlueherLtda, 1973. p. 231-235

GARAVITO, Luis Felipe. Diseo de Acueductos y Alcantarillados. Bogot: Universidad Javeriana, 1970. p.76-79.

PONT-A-MOVSSON. Canalizaciones en Hierro Fundido Dctil. Paris, 1995. p.121-187.

3. TERMINOLOGA

Ver Normas de EAAB-ESP NT-002 Terminologa de acueducto, NT-003 Terminologa de alcantarillado

4. REQUISITOS

4.1 GENERALIDADES

En las redes de acueducto o alcantarillado pueden presentarse fuerzas no balanceadas de empuje hidrulico.En redes de acueducto (tuberas que trabajan a presin) estas fuerzas aparecen:En cada cambio de direccin (vertical , horizontal o compuesto)En cada cambio de dimetro (reducciones)En cada extremidad ( tapones)En redes de alcantarillado ( tuberas que trabajan sin presin ) las fuerzas de empuje aparecen en las zonasde alta pendiente, mayor a 20% para tubera en areo, y mayor a 25% para tubera enterrada.

Estos empujes dependen de:radio de curvatura de la tuberacabeza de velocidadrea de la seccin del tubopresin interna mxima de la tubera (presin de prueba)Los empujes mencionados deben equilibrarse con el fin de evitar colapsos o desprendimientos de accesoriosde la tubera por uno de los siguientes mtodos:

Para tuberas a superficie, la restriccin a empuje es provista por el peso muerto y la resistencia friccional, yse proveen de bloques de anclaje de concreto que incrementan el peso muerto o el rea de resistencia delsuelo.

Para tuberas enterradas, el empuje resultante de una deflexin angular puede ser resistido por su propiopeso y por el esfuerzo de friccin, en esta forma una restriccin adicional seria innecesaria.

Las reducciones y las Yes laterales son casos especiales donde el empuje longitudinal es resistidofrecuentemente por compresin o empuje de la tubera.


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Otra forma de resistir el empuje es utilizando juntas acerrojadas, bridadas o soldadas.

4.2 DISEO DE ANCLAJES DE CONCRETO

Los macizos de concreto se deben calcular para soportar esfuerzos debidos al empuje hidrulico, el cual sedebe a la presin hidrosttica e hidrodinmica.

Para el diseo de los anclajes se deben considerar adems los siguientes aspectos:configuracin de la tuberala resistencia y naturaleza del suelo ( efectos de frotamiento y la resistencia del terreno de apoyo)la presencia del nivel fretico.

4.2.1 Evaluacin de Empujes Hidrulicos

Empuje debido a la presin esttica

Empuje debido a la presin hidrosttica es producido por la columna de agua, como si aguas abajo del codoexistiera una vlvula y estuviera cerrada. (Ver Figura 1 )


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Esfuerzo hidrosttico:

2sen***2 APT =

Donde:Presin media del agua:

HP *=Seccin transversal del tubo:

4*

2jDA

pi=

D - Dimetro del tubo

- Peso especifico del agua;H - Altura de columna de agua o diferencia de nivel entre el agua a superficie y el codo (altura esttica);

Empuje debido a la presin dinmica

Empuje debido a la presin dinmica es producido por el cambio en la cantidad de movimiento al darse uncambio en la direccin de velocidad por la presencia del codo. (Ver Figuras 2 y 3)


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Esfuerzo hidrodinmico:

2sen****2 2 V

gAP =

, donde

V - Velocidad de la masa de agua en la seccin del tubo en m/seg

Empuje hidrulico total

El empuje total que acta sobre el codo es:

+=+=g

VHAPTE2

2sen***2

Nota: Para velocidades del flujo menores que 3.048 m/seg, el empuje hidrodinmico es pequeo comparadocon el empuje hidrosttico y generalmente es despreciado.Efecto de Subpresin por la presencia de aguas subterrneas

En caso de que el nivel fretico esta por encima de la cota superior de anclaje definida en el diseo, serecomienda tomar una de las siguientes medidas constructivas ( Ver norma EAAB-ESP NS-122 Aspectostcnicos para diseo y construccin de subdrenajes)Construccin filtros de subdrenajeAislamiento de anclajes utilizando geotextiles que no permiten el paso de agua

4.2.2 Tipos de Anclajes en Redes de Acueducto

4.2.2.1 Anclajes en curva horizontal

El empuje lo deben soportar la friccin del terreno, el peso del macizo de concreto y la presin del terrenosobre el anclaje en caso de que ste se halle enterrado. (Ver Figura 4)


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Para este caso la ecuacin de equilibrio esttico est dada por:

+= *** hLWE, donde

E - Empuje a resistir (kg)

+=+=g

VHAPTE2

2sen***2

W - Peso de anclaje (kg)

- Capacidad de soporte del terreno natural (kg/cm2)

- Capacidad de soporte del relleno ( 4/ = ) (kg/cm2)

- Coeficiente de friccin entre el suelo y el concreto

L - Ancho de anclaje (cm)

h - Altura de anclaje (cm)

Nota: Se recomienda usar los coeficientes de friccin entre el suelo y el concreto indicados en la Cuadro 1.

Cuadro 1. Valores del coeficiente de friccin

Contacto del concreto con

Arcilla hmeda 0.30Arcilla seca 0.50

Arena 0.40Grava 0.60

El dimensionamiento de anclaje se debe hacer por tanteo.

4.2.2.2 Anclajes en curva vertical inferior

En este caso el terreno natural debe resistir la suma del empuje dinmico ms el peso W del anclaje. (VerFigura 4)La ecuacin de equilibrio esttico sera:

WbLE = **

+=+=g

VHAPTE2

2sen***2

Igualando las dos ecuaciones se determinan L y b.

4.2.2.3 Anclajes en curva vertical superior


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En este caso el anclaje se disea con un peso igual al esfuerzo, y de tal manera que se garantice la uninentre codo y anclaje. (Ver Figura 4)La ecuacin de equilibrio esttico sera:

E=W

4.2.3 Anclajes en Curvas Largas

En curvas largas la defleccin angular se logra con las juntas de unin entre los tramos de las tuberas delongitud estndar.

En caso de que el empuje en juntas deflectadas con un gran radio horizontal curvo, es resistido por la friccinen el tubo en la parte superior y en la parte inferior (Ver Fig. 5 ). La friccin total desarrollada es igual alempuje y acta en direccin opuesta a este, de modo que una resistencia adicional no se requiere cuando secumple:


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( )WWWLT wpp 2** ++ , y por lo tanto se debe cumplir:

)2(* WWwWpTLp

++

, donde

2sen***2

2sen****2 APAHT ==

Lp - Longitud estndar de la tubera empleada, (m)

- Coeficiente de friccin (adimensional)Wp - Peso de la tubera (kg/m)Ww - Peso del agua en la tubera (kg/m)W - Carga de relleno (kg/m)

- defleccin del ngulo ( grados)

El valor de para un diseo conservador varia entre 0.3 para arcilla hmeda y 0.5 para grava.

La carga de relleno, Wi, puede ser valorada por la ecuacin de Marston:

cBwCiWi 2**=

o mas conservativamente se puede asumir como We igual al peso del prisma de suelo sobre la tubera:

HBcwWe **=

donde:

w - Peso unitario del relleno (kg/m3)

Bc - Dimetro exterior de la tubera (m)

H - Altura del relleno (m)

Ci - Coeficiente que se define por medio de las grficas en funcin de relacin H/B

En caso de que los empujes de tensin en juntas deflectadas sobre grandes radios verticales son resistidospor el peso muerto, (Ver Fig. 6) restricciones adicionales no se requieren cuando se cumple:


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( ) ( )2/cos** ++ WWWLT wpp, y por lo tanto se debe cumplir:

)2/cos(*)(*2 ++ WWwWpTLp

,donde

2sen***2

2sen****2 APAHT ==

Empujes de compresin en juntas deflectadas sobre grandes radios verticales son resistidos por elcomportamiento sobre el fondo de la tubera.

4.2.4 Juntas Soldadas

En los casos que describen a continuacin puede resultar ms conveniente el diseo con uniones soldadaspara resistir los empujes producidos en las tuberas a presin:Para tuberas con dimetros mayores a 24" porque los anclajes diseados de acuerdo a 4.2.2 resultan devolmenes muy grandesCuando existen limitaciones por el espacio disponibleCuando el mal comportamiento del suelo de fundacin imposibilita la construccin de los macizos deconcreto

La restriccin de empujes de juntas soldadas debe disearse siguiendo los siguientes pasos:1. Determinacin del empuje total a ser resistido;2. Calculo de la longitud de tubos soldados requeridos;3. Evaluacin de la longitud requerida de rea de acero y espesor del cilindro para cada seccin detubera que debe soldarse;4. Determinacin de espesor requerido de la campana para cada seccin de tubo que debe soldarse;5. Calculo de la soldadura en cada unin soldada;

Nota: En redes de acueducto con pendientes altas se deben construir anclajes adicionales como se indica enla Figura 8 de la presente norma.

4.2.5 Tipos de Anclaje en Redes de Alcantarillado

4.2.5.1 Anclaje para colocacin area

Se debe seguir las siguientes pautas: (Ver Figura 7)Se debe colocar un macizo detrs de cada enchufe de tuboLos enchufes deben dirigirse hacia arribaDebe dejarse una holgura de 10 mm entre la espiga y el fondo del enchufe


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4.2.5.2 Anclaje para colocacin enterrada

Debe anclarse tramo de tubera con Unin normal bien sea:(Ver Figura 7)Por un macizo de anclaje colocado en cabeza del tramo detrs de enchufe del primer tubo en la parte inicialPor una longitud de tubera L adicional instalada en parte despus del codo altimtrico.

El esfuerzo mximo axial es soportado por la primera junta colocada por debajo del bloque y es funcin de lapendiente y de longitud del tramo. Por lo tanto, la longitud mxima admisible debe definirse por la longitudmxima de la junta.Notas:

1. Si la longitud del tramo con pendiente es mayor que la del tramo admisible se recomienda realizar labajada en varios tramos independientes anclando cada uno en cabeza con anclaje de concreto.2. En tramos largos de alcantarillado (longitud mayor de 20 m) se deben contemplar los anclajes en lallegada y salida de pozo de inspeccin.


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