114030607 cargas en el tubo de concreto
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Cargas en el tubo
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CARGAS EN EL TUBO DE CONCRETO
4.1 Antecedentes
Durante las primeras tres décadas del siglo 20, los
investigadores de la Universidad Estatal de Iowa
desarrollaron la teoría y las pruebas para estimar las
cargas en los tubos enterrados. El concepto original
fue publicado por Marston-Talbot y la teoría fue
desarrollada por Marston y Anderson, publicándose
en 1913. A. Marston fue seguido por M. G. Spangler
y W. J. Schlick, los cuales continuaron con las
investigaciones para evaluar las cargas de diseño.
En 1930, Marston publicó “La teoría de las Cagas
Externas en conductos cerrados a las luces de los últimos
experimentos”, que se usa hoy en día para la
determinación de las cargas en los tubos. Durante el
mismo periodo, la prueba de los tres apoyos se
desarrollo como un método para evaluar la fuerza de
rigidez del tubo.
En 1946, Spangler sintetizó los primeros trabajos
elaborados por la Universidad Estatal de Iowa. Su
resumen “Análisis de cargas y fuerzas de soporte y
principios del diseño de alcantarillas carreteras”, se
publicó en 1946 y es la referencia para determinar
las cargas en alcantarillas. En 1956, Erickson, los
Ingenieros de Puentes de la Agencia de Carreteras
Públicas de USA y sus asociaciones simplificaron las
ecuaciones de Marston, Schlick y Spangler en tablas
y gráficos que fueron publicados en “Los Criterios de
Cargas en el tubo
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Diseño e Instalación de Alcantarillas de Concreto
Reforzado”. Un proyecto de investigación principal fue
iniciado en 1970 en la Universidad Northwestern por
la ACPA. Este estudio, generó técnicas más precisas
para el diseño de tubos de concreto sometido a
cargas externas.
4.2 Cargas y fuerzas de soporte
Las fuerzas de soporte requeridas por un tubo de
concreto enterrado están determinadas por la carga
total que es impuesta al tubo. La magnitud de la
carga se ve afectada por la uniformidad y estabilidad
del soporte que proporciona el suelo, así como por
las condiciones derredor y sobre el propio tubo.
Las tuberías que se instalan en el subsuelo se
denominan “tuberías subterráneas” y se clasifican en
varios grupos y subgrupos considerando para tal fin,
las condiciones de instalación que generará la carga
en las paredes del tubo, como se muestran en la
figura 4.1,. Existen dos clases principales:
Instalación de tubería en zanja.
Instalación de tubería en terraplén.
La instalación de tubería en terraplén, se divide
además en: i). Instalación en proyección positiva, ii).
Instalación en proyección negativa e iii). Instalación
Cargas en el tubo
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en zanja inducida. Las características de cada uno
de los tipos de instalación descritos se indican en la
figura 4.2. Asimismo, existen tres clasificaciones
adicionales, las cuales son: i). Instalación en túnel, ii).
Instalación de tubería por hincado y iii). Instalación
de tubería múltiple.
Figura 4.1 Clasificación de las tuberías subterráneas por su tipo de instalación
Tuberías subterráneas
Zanja Terraplén
Proyección positiva
Zanja incompleta
Zanja completa
Proyección incompleta
Proyeción completa
Zanja inducida Proyección Negativa
Trinchera incompleta
Trinchera completa
Cargas en el tubo
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Terreno natural
Zanja
Terraplén en proyección negativa
Terreno natural
nivel superior de terraplén
Terrenonatural
Terraplén en proyección positivaTerraplén en proyección positiva
nivel superior de terraplén
Zanja inducida
Terrenonatural
nivel superior de terraplén
Figura 4.2 Características esenciales de los diferentes tipos de instalación
4.3 Cargas en el tubo
Cargas en el tubo
~ 33 ~
Tres tipos de cargas externas actuantes en la tubería
deben de ser consideradas, las cuales son:
1. Cargas de tierra,
2. Cargas vivas correspondientes a vehículos,
aviones y trenes,
3. Sobrecargas correspondientes a cargas de
volúmenes de tierra adicional o cargas
constructivas adicionales durante la instalación de
la tubería.
4.3.1 Cargas de tierra
La carga de tierra es el peso del material de relleno
que puede ser soportado por el tubo. El peso puede
variar dependiendo de las características del suelo.
Más aún, el peso puede variar dependiendo de las
condiciones de la instalación del tubo. Si se
consideran las dos clases principales de
construcción, la zanja y el terraplén, los métodos
para determinar las cargas de tierra sobre el lomo del
tubo proporcionan muy buenas aproximaciones.
4.4 Instalaciones en zanja
La instalación en zanja se realiza efectuando
excavaciones relativamente estrechas para
posteriormente ser cubierto el tubo con tierra de
relleno, la cual deberá de alcanzar la superficie del
terreno natural.
La teoría que se aplica para determinar la carga
sobre el tubo en una zanja se basa considerando
ciertas aplicaciones mecánicas, considerando para
Cargas en el tubo
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tal fin las propiedades del material que cubre al tubo.
Estas consideraciones son:
Las cargas de tierra en el tubo desarrolladas por la
colocación del relleno,
el resultado de las cargas de tierra en el tubo es
igual al peso de los materiales sobre la parte
superior del tubo menos las fuerzas de fricción en
las partes laterales de la excavación,
la cohesión será despreciable ya que con suelos
cohesivos, transcurre un tiempo considerable
antes de que la cohesión efectiva entre el material
de relleno y los costados de la excavación pueda
desarrollarse, asimismo, con suelos no cohesivos,
la cohesión efectiva nunca se desarrolla,
para un tubo rígido, los costados del relleno
pueden ser relativamente compresibles y el tubo
puede absorber una gran porción de la carga
desarrollada sobre el ancho total de la excavación,
para un tubo rígido, la presión lateral activa es
despreciable, dicha presión en determinado
momento puede aumentar la fuerza del tubo.
La carga del relleno en un tubo instalado en
condición de zanja se calcula con la ecuación
siguiente:
Cargas en el tubo
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Cd se denomina el coeficiente de carga y se define
como:
En el libro Manual de Diseño de la Tubería de
Concreto, editado por la ACPA, se muestran tablas
(tabla 13 a 42) y graficas (gráficas 147 a 162) donde
se puede obtener las cargas de relleno en libras por
pie lineal considerando diferentes alturas de relleno y
anchos de trinchera.
Es posible que en algunos casos se puedan conocer
las propiedades de los suelos, sin embargo, cuando
las propiedades del suelo son desconocidas se
podrán considerar valores de w = 120 lb/ft3 (1,922
kg/m3) y k´= 0.13, los cuales pueden generar
resultados bastante acertados.
4.5 Instalaciones en terraplén con proyección positiva
Este tipo de instalación se utiliza normalmente
cuando la alcantarilla es instalada en una corriente
relativamente plana o en el curso de un drenaje. El
tubo se instala en la superficie del terreno o en algún
relleno compactado y entonces se cubre con algún
relleno de tierra o terraplén. La carga del relleno en
un tubo instalado en una condición de terraplén en
Cargas en el tubo
~ 36 ~
proyección positiva se calcula por medio de la
ecuación siguiente:
Cc se denomina el coeficiente de carga y se define
como:
, cuando H , y
(
)
cuando
En la ecuación para determinar la carga del relleno
para un tubo colocado en terraplén con proyección
positiva, el ancho horizontal del tubo, Bc, es
fácilmente determinado y tendrá un valor constante
durante toda la vida útil de la estructura. Para el caso
de un tubo de concreto circular, Bc, está determinado
por el diámetro externo del tubo.
Los materiales del suelo difieren ampliamente en
densidad, w, el cual es un factor relativamente simple
de evaluar. Entonces la carga de un tubo
subterráneo está directamente relacionada con el
Cargas en el tubo
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peso unitario del material de relleno. La altura del
relleno en la cual se produce una carga dada para un
tubo del mismo tamaño, Bc, puede variar
considerablemente. Los pesos unitarios para la
mayoría de los suelos de terraplén se encuentran
dentro del rango de los 100 a los 135 lb/ft3 (1,601.5 a
2,162.1 kg/m3).
El tercer factor en dicha ecuación, denominado
coeficiente de carga, Cc, es más complejo de evaluar
y depende de varios factores físicos.
4.6 Instalaciones en terraplén con proyección negativa
Este tipo de instalación se utiliza normalmente
cuando la alcantarilla se instala considerando una
zanja somera con una profundidad tal que la parte
superior del tubo está por debajo de la superficie de
terreno natural o del relleno compactado y entonces
se cubre con un relleno de tierra o terraplén, el cual
se extiende sobre el nivel original de terreno. La
carga del relleno en un tubo instalado en una
condición de terraplén en proyección negativa se
calcula por medio de la ecuación siguiente:
Cn se denomina el coeficiente de carga y se define
como:
Cargas en el tubo
~ 38 ~
, cuando H , y
(
)
cuando
4.7 Instalaciones en zanja inducida
Este tipo de instalación se utiliza normalmente en la
construcción de alcantarillas situadas bajo
terraplenes considerables. En este proceso el tubo
se instala inicialmente en una condición de
proyección positiva. Cuando el material del terraplén
se ha colocado sobre el lomo de tubo a una altura de
dos o tres veces el diámetro del tubo, entonces se
procede a excavar una zanja sobre el tubo, la cual se
rellenará con material compresible para simular una
instalación en proyección negativa. Este tipo de
instalación reduce significativamente la carga en el
tubo.
La carga del relleno en un tubo instalado en una
condición de zanja inducida se calcula por medio de
la ecuación siguiente:
Cargas en el tubo
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Ci se denomina el coeficiente de carga y se define
como:
, cuando H , y
(
)
cuando
4.8 Instalaciones en túnel o mediante hincado de tubería
Este tipo de instalación se utiliza cuando las
condiciones superficiales existentes complican la
instalación de la tubería por medio del uso del
método tradicional de excavación en zanja. También
se puede utilizar el método del túnel o hincado,
cuando es necesario instalar el tubo bajo un terraplén
existente. La carga de tierra sobre un tubo instalado
utilizando este método, se calcula utilizando la
expresión siguiente:
Ct se denomina el coeficiente de carga y se define
como:
Cargas en el tubo
~ 40 ~
En la ecuación para calcular el peso de la tierra, el
primer término es similar al de la ecuación para la
carga en instalación en zanja, asimismo, el segundo
término considera las propiedades de cohesión del
suelo natural.
4.9 Determinación de la carga viva
Para la selección del tipo de tubo, es necesario
evaluar el efecto que sobre el ejercerán las cargas
vivas. Las consideraciones de la carga viva son
necesarias en el diseño de un tubo que será
instalado bajo poco relleno, bajo las vías del tren, en
aeropuertos y bajo autopistas. La distribución de la
carga viva desde la superficie del terreno natural
situada en el plano horizontal actuando en el
subsuelo, se observa en la figura 4.3. La intensidad
de la carga viva en algún plano de la masa de suelo,
será más grande en la dirección del eje vertical
cercano al punto donde se aplica la carga y
decrecerá en todas las direcciones hacia afuera del
centro de aplicación.
Cargas en el tubo
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Rueda de vehículo
BcBc
Figura 4.3 Distribución de las cargas vivas actuando en la parte superior del terreno natural en un plano horizontal para diferentes alturas de relleno
Cargas en el tubo
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4.10 Autopistas
Cuando existe un pavimento rígido o flexible el cual
fue diseñado para tráfico pesado, la intensidad de la
carga de las ruedas de un tráiler se reduce
significativamente, considerándose en algunos
despreciable. Sin embargo, cuando se tiene la
presencia de pavimentos flexibles diseñados para
tráfico ligero, pero la carretera es sujeta a tráfico
pesado, entonces el pavimento flexible se considera
como un material de relleno sobre el lomo del tubo.
Los análisis de las cargas vivas críticas AASHTO se
muestra en la figura 4.4.
De la figura 4.4, se considera que cada una de las
cargas se aplica a través del ensamble dual de las
ruedas y se distribuye uniformemente sobre una
superficie de 10 x 20 pulgadas (25.4 x 50.8 cm),
como se muestra en la figura 4.5. La AASHTO
recomienda que la carga total de la rueda se trasmite
y distribuye uniformemente sobre un área rectangular
en un plano horizontal a una profundidad H, como se
indica en la figura 4.6, para una rueda dual simple
tipo HS-20.
Cargas en el tubo
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12000 lb
6 ft
H20, Hs20 yCARGA ALTERNADA
16000 lb 16000 lb
14 ft
12000 lb
4000 lb
6 ft
AASHTOCARGA H20
16000 lb 16000 lb
14 ft
4000 lb
16000 lb 16000 lb
4000 lb
AASHTOCARGA H20
4000 lb
14 ft
12000 lb
AASHTOCARGA ALTERNADA
4 ft
6 ft4 ft
12000 lb
6 ft
Figura 4.4 Cargas vivas tipo AASHTO
1.67 ft(20”)
12000 lbo
16000 lb
0.83 ft(10”)
Figura 4.5 Área de contacto superficial para la carga de rueda
Cargas en el tubo
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0.83 ft (10”)Dirección del
recorrido
H
1.67 ft (20”)
(0.83 + 1.75 H)
(1.67 + 1.75 H
)
Área de distribuciónde carga
Área de cargade la rueda
Figura 4.6 Área de distribución de cargas para una rueda dual simple
La intensidad de la presión promedio en un plano del
subsuelo en la parte exterior superior del tubo, a una
profundidad H, se determina por la ecuación:
( )
donde:
wL Intensidad de la presión promedio, kg/m2,
P Carga de las ruedas aplicada en la superficie
total, kg,
Cargas en el tubo
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ALL Área de la carga viva distribuida, m2,
If Factor de impacto, adimensional.
Los factores de impacto If recomendados, se utilizan
para la determinación de las cargas vivas actuantes
sobre un tubo con menos de 3 pies (0.91 m) de
relleno, cuando el tubo es sujeto a cargas dinámicas
del tráfico, los cuales se indican en la tabla 4.1.
Tabla 4.1 Factores de impacto para cargas de camiones en autopistas
Altura de relleno, H (m) Factor de impacto, If
0 a 0.30 1.3
0.30 a 0.61 1.2
0.61 a 0.88 1.1
0.91 y mayores 1.0 Nota: Los factores de impacto son recomendados por la AASHTO, en “Especificaciones estándar para puentes y carreteras”
La carga viva total actuante en el tubo se determina
utilizando la ecuación siguiente:
donde:
WT Carga viva total, kg,
L Longitud de ALL paralela al eje longitudinal del
tubo, m,
Cargas en el tubo
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SL Espacio horizontal exterior del tubo o ancho de
ALL transversal a el eje longitudinal del tubo (el
que resulte menor de ambos), m.
La carga viva actuante en el tubo en kilogramos por
metro lineal se determina con la ecuación siguiente:
donde:
WL Carga viva en el tubo, kilogramos por metro
lineal,
Le Longitud de soporte efectivo del tubo, m.
Por lo anterior, el tubo de concreto enterrado tiene
características de soporte continuas, por lo que la
longitud de soporte efectiva se podrá calcular con la
ecuación siguiente:
( )
Cargas en el tubo
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La figura 4.7 muestra la longitud efectiva de soporte
del tubo. Los efectos de la carga viva para tubos
localizados a profundidades mayores a 10 pies (3.04
m) por debajo de la superficie del pavimento son
insignificantes, y entonces, para tubos instalados con
rellenos sobre lomo del tubo mayores a 10 pies (3.04
m), la carga viva se considera que tiene efectos
despreciables.
4.11 Sobrecargas
El tipo de sobrecarga más común que se le aplica a
una tubería instalada, es la que procede de un
relleno de tierra adicional. Cuando la sobrecarga
proviene de una construcción adicional o cualquier
otra carga superficial, entonces el peso total del
puede ser transformado a un “peso de relleno
equivalente sin fricción” y ser evaluado como un peso
de tierra adicional.
Después de que un tubo de concreto ha sido
instalado durante un periodo de tiempo, se dice que
en el sitio se ha mejorado la estabilidad suelo-
estructura, esto es, la capacidad de carga del tubo se
ha incrementado debido al aumento en la resistencia
del concreto, así como a un adecuado acomodo del
suelo en la periferia de la tubería. Es por esto, que
cuando las fuerzas de cohesión se han desarrollado
en el sitio, las sobrecargas que le son transmitidas a
la tubería se pueden considerar despreciables.
Cargas en el tubo
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Le=L+1.75(3Bc/4)
HL
Bc3Bc4
Figura 4.7 Longitud de soporte efectiva del tubo
Por medio de la ejecución de pruebas de campo,
análisis de suelo, análisis de la información acerca
del tipo de instalación inicial de la tubería y de los
procesos constructivos, es posible evaluar algunos
factores relacionados con el tiempo. Algunos de
estos factores son:
Cargas en el tubo
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Evaluación de los datos históricos del tamaño y de
la clase del tubo,
Consideración de datos históricos acerca del tipo
de instalación, tipo de encamado, tipo de relleno
habilitado, así como del ancho de la zanja,
Análisis del suelo para determinar asentamientos
diferenciales que pueden ocurrir del material de
relleno situado sobre el lomo y en los costados del
tubo, después de que la sobrecarga ha actuado.
Finalmente cuando los factores relacionados con el
tiempo han sido evaluados, los efectos de la
sobrecarga pueden ser estimados mediante el
análisis de la instalación inicial de la tubería. Por lo
anterior se podrá discutir y evaluar con detalle los
dos tipos más comunes de instalación, la instalación
en zanja y la instalación en terraplén con proyección
positiva.
4.12 Fuerza de soporte de la tubería de concreto
La fuerza de soporte de una tubería de concreto
subterránea o enterrada dependerá de la fuerza
estructural del tubo, del tipo de encamado y de la
compactación del material de relleno adyacente a la
tubería. Algunos de los métodos para evaluar la
fuerza de la tubería se describen a continuación.
4.12.1 Prueba de fuerza
Un método común para determinar la fuerza
estructural de un tubo es la realización de la prueba
de los tres apoyos, la cual se ilustra en la figura 4.8.
Cargas en el tubo
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La carga por metro lineal que puede soportar un tubo
bajo esta condición se denomina fuerza de los tres
apoyos. Durante esta prueba se le aplica al tubo una
de las cargas más severas de las cuales puede ser
sujeto. En esta prueba no existe soporte lateral de la
tubería, como ocurre con un tubo enterrado y las
fuerzas que se aplican en este ensaye, son
virtualmente cargas puntuales.
Tubo de concreto
Soportes
Estructura de metalrígido
P
Figura 4.8 Diagrama de la prueba de los tres apoyos
Cargas en el tubo
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La resistencia del tubo de concreto se determina
mediante una prueba de soporte de tres apoyos
(3EB), estableciendo la resistencia del tubo bajo un
punto severo de condición de carga.
4.13 Encamados
El tipo de cama es uno de los factores que
determinan la fuerza de soporte de un tubo
enterrado. Cuatro clases de cama fueron propuestas
en un principio por Spangler y definidas por una
distribución simplificada e idealizada de la fuerza
reactiva vertical que actúa en la base del tubo. El
encamado proporciona una distribución de la
reacción vertical derredor de la superficie baja
exterior del tubo, asimismo, reduce las impulsiones
de stress al interior de las paredes del tubo.
4.13.1 Selección de la cama
La carga que un tubo de concreto puede soportar
depende en gran medida del área de contacto de la
cama y de la calidad del contacto entre el tubo y la
cama. Una consideración importante es la selección
del tipo de material para habilitar la cama, así como
el garantizar que exista contacto positivo entre el
tubo y la cama. El uso de materiales granulares
graduados garantiza una distribución de carga
adecuada, así como el tener un contacto positivo,
arena limpia, grava redondeada o piedra triturada de
banco, proporcionan esta característica.
Cargas en el tubo
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4.13.2 Camas en zanja
Cuatro clases principales de encamados para la
instalación de tubería circular en condiciones de
zanja se ilustran en la figura 4.9.
4.13.3 Camas en terraplén
Cuatro clases principales de encamados para la
instalación de tubo circular en condiciones de
terraplén se muestran en la figura 4.10. Las camas
clase A hasta la clase D, son una guía a considerar
para la instalación de la tubería en terraplén
atendiendo a las diferentes condiciones de campo.
Bajo estas condiciones, se deberá de dar especial
atención a la compactación del material de relleno
que formará el acostillado lateral en la tubería.
4.13.4 Roca u otras formaciones inflexibles
Cuando haya salientes rocosas, rocas compactadas
o suelos de grava con otras formaciones inflexibles,
el tubo podrá ser encamado considerando los
requerimientos indicados previamente para cada una
de las camas respectivas, pero tratando de aplicar
las condicionantes siguientes:
Para camas clase B y C, la base puede ser
excavada de tal forma que quede libre de salientes
rocosos,
Atención especial se deberá de proporcionar con
las camas clase A o cuando exista una base
Cargas en el tubo
~ 53 ~
inflexible, cuidando recubrir el tubo para evitar
rupturas o resquebrajamientos en el conducto.
4.14 Factores de cama
Bajo condiciones de instalación, la carga vertical en
el tubo es distribuida sobre su ancho y la reacción se
distribuye de acuerdo al tipo de cama. El factor de
cama se define como la relación existente entre la
fuerza de soporte del tubo subterráneo y la fuerza del
tubo determinada en la prueba de los tres apoyos. La
misma relación fue definida por Spangler como el
“factor de carga”.
La fuerza de soporte de un tubo rígido subterráneo y
el factor de cama de una tubería en particular,
depende de dos características de instalación:
El ancho de la cama del tubo y la calidad del
contacto entre la cama y el tubo,
La magnitud de la presión lateral unitaria actuando
contra los costados de la tubería y el área del
tubo.
Diversos factores de cama para tuberías circulares,
elípticas (horizontales y verticales), así como para
cajones de concreto, instalados en condiciones de
zanja o terraplén, han sido calculados y publicados
por la ACPA en el “Manual de Diseño para la tubería
de Concreto”.
Cargas en el tubo
~ 54 ~
1-1/4 Bc1/4 D, 10 cm
min
1/4 Bc
30 cm
1/6 Bc
Bc + 20 cm min
1-1/4 Bc
C L A S E “D”
ARCO DE CONCRETO
Bc
30 cm
min
Bc + 20 cm min
Bc
Bc
Bc
Bc
Bc
Bc
d (ver notas)
plantilla
de banco5 cm diám. min
relleno
compactado
material
de bancocompactado
d
d
material de bancocompactado o
prod. de excavación
ligeramente compactado
rellenosuelto
BASE DE CONCRETO
C L A S E “A”
C L A S E “B”
C L A S E “C”
relleno
compactadoligeramente
BASE GRANULAREXCAVACION DE SUBSUELO
30 cm
1/8 H, 15 cmmin
SUBSUELO PLANO
0.6 Bc
concretoreforzado
200 psi min.
SUBSUELO FORMADO
CON BASE GRANULAR
1/8 H, 15 cmmin
BASE GRANULAR
1/8 H, 15 cm
min
relleno
densamentecompactado
0.5 Bc
d
materialde banco
compactado
Figura 4.9 Tipos de camas en zanja para tubería circular
Cargas en el tubo
~ 55 ~
Bc
p
p
Bc
max.=0.9
Bc
Bc
Bc
Bc Bc
C L A S E “D”
C L A S E “A”
C L A S E “B”
C L A S E “C”
EXCAVACION DE SUBSUELO
SUBSUELO PLANO
BASE GRANULAR
BASE GRANULARSUBSUELO FORMADO
CON BASE GRANULAR
BASE DE CONCRETO
suelocompactado
material
de bancocompactado
d
Bc + 20 cm min
1.25 Bc min
p
p
Bc max.=0.7
0.6 Bc
plantilla
de banco5 cm diám. min
1.25 Bc min
p
p
Bc max.=0.5
0.6 Bc
p
p
Bc
max.=0.8
1/6 Bc min
1/4 Bc
material de bancocompactado o
prod. de excavación
ligeramente compactado
d
1/4 D min
Figura 4.10 Tipos de camas en terraplén para tubería circular
Cargas en el tubo
~ 56 ~
El diseño del tubo de concreto utiliza un factor de
encamado de 2 aproximadamente, considerando el
uso de un material granular graduado para dicho
encamado, con el objeto de igualar la resistencia de
la ecuación de la prueba de tres apoyos (3EB) para
el tipo de instalación que se vaya a implementar.
Esto significa que para una grieta de 0.3 mm
obtenida en la prueba de tres apoyos, la resistencia
del tubo será aproximadamente el doble de la carga
de diseño. Este valor para el factor de encamado ha
probado tener un alto grado de confiabilidad durante
varias décadas, considerando diversas condiciones
de instalación.
4.15 Factor de seguridad
Cuando se conoce la carga total actuante sobre un
tubo de concreto subterráneo, conformada por la
sumas de la carga del relleno y la carga viva,
entonces se multiplica por un factor de seguridad
para determinar la fuerza de soporte requerida por el
tubo. El factor de seguridad se define como la
relación entre la fuerza de carga última (Dult) y la
carga de ruptura para generar una grieta de 0.3 mm
(D0.3), esto es:
Cargas en el tubo
~ 57 ~
Relación que se encuentra definida en los
estándares de la ASTM para la tubería de concreto
reforzado. Entonces para tubo de concreto reforzado
se puede aplicar un factor de 1.0 cuando se utiliza un
criterio de diseño para la primera grieta de 0.3 mm.
Para la tubería de concreto no reforzado un factor de
seguridad de 1.25 a 1.5 se utiliza de forma común.
4.16 Fuerza del tubo
El procedimiento de diseño para la selección de la
fuerza de un tubo, tiene seis pasos esenciales, los
cuales se han descrito previamente y son:
Determinación de la carga del relleno,
Determinación de la carga viva,
Selección del encamado,
Determinación del factor de encamado,
Aplicación del factor de seguridad,
Selección de la fuerza o grado del tubo.
Una gran variedad de diámetros y clases de tubos de
concreto están disponibles en nuestra empresa
TUBOS DE CONCRETO DE TOLUCA, debiendo
especificar en cada pedido de tubo la fuerza que
deberá de soportar el tubo en cada sitio específico.
Esta fuerza conocida como carga máxima, es
independiente de cada diámetro comercial de tubo
fabricado.
Cargas en el tubo
~ 58 ~
La carga máxima para tubería de concreto simple
circular (no reforzado) se expresa en kg/m/m, pero
en este caso se conoce como resistencia a la ruptura
y se calcula con la expresión siguiente:
La carga máxima para tubería de concreto reforzado
circular, se calcula con la expresión siguiente:
De esta última expresión si se multiplica la carga
máxima obtenida (Cmax) por el diámetro del tubo, la
carga tendrá unidades de kg/m.
Finalmente, se debe de incluir en el proyecto la clase
de tubo que se ha determinado. Las clases
comerciales de tubería existentes en el mercado son:
Grado I, Grado II, Grado III, Grado IV, Grado
Especial y tubería Clase SCT.
TUBOS DE CONCRETO DE TOLUCA, fabrica
tubería de concreto simple en Grados I y II, así como
tubería de concreto reforzado en Grados I a IV,
Grado especial y clase SCT.
Cargas en el tubo
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Un caso particular resulta ser el diseño de las
tuberías de concreto reforzado en Grado Especial, ya
que como su nombre lo indica, las solicitaciones de
carga sobre el lomo de tubo que se tendrán en el
conducto serán extraordinarias. Por lo que un estudio
a detalle podrá ser realizado por TUBOS DE
CONCRETO DE TOLUCA, diseñando para cada
cado especial específico, la tubería que cumpla con
las solicitaciones estructurales e hidráulicas
necesarias.