Aspectos técnicos en el diseño de una tubería

B) Diseño Estructural

La capacidad como estructura depende del diseño y de una adecuada instalación de la línea, en función de criterios de dise–o como son la fuerza especifica que aporta el tubo, tipo de instalación y el material utilizado en la instalación de la tubería.

La función que cumple el tubo dentro del sistema de la estructura, es la de soportar tanto el material de encamado como las cargas activas. Las cargas resultantes del material de encamado en el tubo corresponden al peso de volumen formado del material por encima del tubo, más o menos las fuerzas de fricción de acuerdo al tipo de instalación adecuada.

El comportamiento de la carga que soporta el tubo varía en función de la instalación del mismo.

Instalación de zanja

Este tipo de instalación es normalmente utilizado en la construcción de drenajes, se hace una zanja estrecha donde es instalado el tubo y se rellena con material compactando hasta lograr el nivel deseado por el constructor. Este material compactado interactúa con las paredes de la zanja generando fuerzas de fricción en sentido contrario, las cuales dependen del grado de compactación y ancho de la zanja. Conforme se incrementa el ancho de la zanja, incrementamos el volumen de material por encima del tubo y disminuyen las fuerzas de fricción, consiguiendo aumentar la carga sobre el tubo. En cambio, si manejamos una zanja estrecha las fuerzas de fricción aumentan reduciendo la carga sobre el tubo; Si las paredes de la zanja forman alguna pendiente, este cambio no es significativo sobre la carga en el tubo.

Instalación en terraplenado

Normalmente se utiliza en la construcción de vertientes pluviales, desagües de paso como son los de ríos, y en ocasiones en represas. El tubo es instalado en un encamado poco profundo y recubierto con capas de material con un alto grado de compactación; y la estructura del sistema se logra con la misma compactación. Cuando el tubo de concreto se instala de esta manera, las columnas adyacentes al tubo son mucho más anchas comparadas con el volumen de material que se encuentra sobre el tubo, donde las columnas adyacentes se deben de compactar más que el material sobre el tubo; por lo cual, si la compactación es pobre, se producen fuerzas de fricción hacia abajo incrementando la carga sobre la tubería y la carga resultante sobre el tubo es igual al peso del prisma sobre el tubo mas las fuerzas de fricción generadas en sentido de la carga. La magnitud y sentido de las fuerzas de fricción, dependen del grado de compactación del material de relleno a los costados del tubo. Una buena compactación del material de relleno nos proporciona menor carga sobre el tubo.

Cuando en este tipo de instalación se construye una sub-zanja, donde la profundidad de la misma sobre la parte superior del tubo es nula, la carga sobre el tubo es igual al peso del volumen de material sobre el tubo donde no se pueden generar fuerzas de fricción.

Cuando en una instalación de este tipo la sub-zanja es excavada con cierta profundidad se conoce como “proyección negativa” simulando las condiciones de la instalación en zanja. En este tipo de instalación, la carga sobre el tubo es igual al peso del volumen del material sobre el tubo en la sub-zanja, más el peso de volumen de material de relleno sobre la anterior, menos las fuerzas de fricción producidas en la sub-zanja. La magnitud de las fuerzas de fricción depende de la profundidad y el ancho de la sub-zanja.

Es posible simular una instalación de proyección negativa sin necesidad de excavar sobre el terreno. Puede realizarse de dos maneras: instalando la línea de tubería, excavar la zanja sobre el material compactado por encima del tubo y rellenar con un material con menos grado de compactación; de otra manera, sobre el terreno preparar el material compactado, realizar la zanja, instalar la tubería y finalmente rellenar con un material con un grado de compactación menor. De esta forma podemos incrementar las fuerzas de fricción disminuyendo la carga sobre el tubo. Esta instalación la conocemos como “Instalación de zanja inducida”

En la instalación tipo túnel, normalmente se utiliza cuando los métodos anteriores no son posibles debido a obstáculos en la superficie, instalaciones de poca profundidad o cuando existe la necesidad de realizar la instalación en terreno con material previamente compactado. La carga que se produce sobre la tubería depende de la cohesión del material sólido del terreno, del material de relleno por la periferia del tubo y por una buena o mala alineación con el tubo instalado anteriormente.

Cuando no existe la instalación adecuada, una vez terminada la obra pueden ocurrir daños sobre la construcción como son asentamiento del material de relleno, en caso de no tener adecuada compactación, al no seleccionar los materiales adecuados empleados en el tubo, pueden ocurrir fracturas y da–os a la tuber’a, ocasionando infiltraciones, exfiltraciones, asentamientos del material de relleno y deformaciones en la superficie del terreno. En estos el caso del tubo de concreto, su instalación no es tan estricta, ya que nos puede dar hasta un 85% de la fuerza resultante necesaria para soportar la carga sobre la instalación, sin embargo, en la tubería flexible que sólo nos proporciona un 15 % de la carga resultante en la instalación, la cual es estricta, y de cierto modo costosa debido a la selección de material en dise–o para obtener una excelente compactación. En caso de infiltraciones, pueden ocurrir asentamientos del material compactado el cual nos puede ocasionar en la tubería flexible pérdida de hermeticidad, flotaciones por fuerzas boyantes debido a que su gravedad especifica es menor que la del agua, y hasta se puede dar el caso de que se colapse.

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