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7/23/2019 (programa de pruebas sismicas)26.13-SPAL
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Resumen de la prueba
Se realizaron pruebas ssmicas en coples y conexiones mecnicas
ranuradas Victaulic de 4/DN100, 8/DN200 y 16/DN400 instaladasen tuberas de acero al carbn de pared estndar. Las pruebas
demostraron que los coples Victaulic son los ms aptos para utilizarse
en sistemas de tuberas expuestos a terremotos. El programa de pruebas
fue desarrollado de acuerdo con una tabla ssmica estndar
internacionalmente reconocida para el ensayo de componentes no
estructurales de edificios. Los sistemas de tuberas fueron sometidos
a amplitudes de entrada de 3/76 mm en las direcciones x e y,
aceleraciones de entrada de hasta 1,3 g y un rango de frecuencia
de 1,3 a 33Hz. Las secciones rgidas reforzadas y las flexibles
mostraron un comportamiento ptimo ante las condiciones de prueba
que incluyeron picos de aceleracin de las tuberas superiores a 7 g.
Los sistemas llenados con agua se presurizaron a 200 psi/1375 kPa
durante la totalidad de las pruebas y no se observaron prdidas
de presin ni filtraciones durante ninguna de stas.
Victaulic Company
Victaulic, compaa fundada en 1925, es lder mundial en sistemas
de unin mecnica de tuberas. Victaulic introdujo un concepto radical
en la unin de tuberas: un cople mecnico empernado que se ensamblaen ranuras y utiliza una empaquetadura elastomrica para sellar la unin.
El mtodo de tuberas ranuradas, que reduce drsticamente el tiempo
de instalacin en comparacin con las uniones soldadas, roscadas
o bridadas, se utiliza ampliamente en HVAC, plomera, proteccin
contra incendios, minera, servicios industriales, tuberas de petrleo,
sistemas de agua y de aguas servidas.
Los productos Victaulic se encuentran en importantes hitos y edificios
en todo el mundo. Gracias a su capacidad de proporcionar uniones
rgidas y flexibles, el sistema Victaulic ofrece una versatilidad de diseo
que no se encuentra en otros tipos de sistemas de unin de tuberas
Victaulic en condiciones ssmicas
El uso de coples ranurados flexibles Victaulic en reas expuestas a eventos
ssmicos se remonta a principios de la dcada de 1940, cuando seempleaban para asegurar la liberacin de tensin en las conexiones
de los equipos. Desde entonces, los productos ranurados se han
convertido en el mtodo de unin estndar gracias a sus exclusivos
beneficios de diseo que se traducen en uniones de tubera rgidas
y flexibles basadas en los requerimientos de diseo especficos del
sistema. Los productos Victaulic han contribuido con aos de ptimo
funcionamiento en zonas afectadas por eventos ssmicos y, por ello,
se han convertido en el mtodo estndar para unir tuberas en diversos
proyectos situados en reas ssmicas. Tambin se realizaron diversas
pruebas internas e independientes para calificar las capacidades de
desempeo de los productos Victaulic al ser sometidos a condiciones
adversas como eventos ssmicos, de los sistemas de tuberas en
embarcaciones y de ciclos de alta presin. Los resultados de estas
pruebas diversas han demostrado la confiabilidad e integridad
de los productos Victaulic en estas condiciones adversas.
Objetivo de las pruebas
Victaulic entendi la necesidad de practicar las pruebas ms recientes
en sus productos para demostrar su conformidad con los requerimientos
del nuevo cdigo y probar que forman un sistema sostenible que resistir
las fuerzas generadas en un evento ssmico y conservar su integridad
cuando se vea expuesto a eventos ssmicos en tiempo real. Las pruebas
se disearon para obtener datos analticos que respaldaran el exitoso
rendimiento en el mundo real que presentaron durante los terremotos
anteriores.
El dao en tuberas o edificios se produce por el movimiento diferencial
entre la tubera y el edificio y en aquellos puntos donde la tubera
atraviesa una unin ssmica en la construccin, donde la tubera pasa
entre dos estructuras separadas o donde la tubera se apoya o va fijada
a estructuras de apoyo independientes dentro de un edificio (por ejemplo,aquellas que se apoyan en armaduras de techo y al bajar ingresan
a las estanteras). Lo anterior se resuelve, dentro de un rea estructural
determinada, fijando la tubera (refuerzo ssmico) a la estructura del
edificio para que se mueva junto con ste. Los refuerzos y separaciones
se deben disear considerando las aceleraciones ssmicas y las amplitudes
de movimiento especificadas. El ltimo caso se da cuando la tubera
atraviesa de un rea estructural a otra. La tubera se debera instalar
con un componente flexible (montaje con aislacin ssmica), adecuado
para acomodar el movimiento diferencial que ocurrir entre las tuberas
que van unidas y a la vez apoyadas o ancladas a estructuras ssmicas
distintas. El elemento flexible permite que estas estructuras y las tuberas
que van fijadas a cada una de ellas se muevan con independencia dentro
del edificio, sin daarse entre s o sin daar otros equipos, durante
un evento ssmico.
El objetivo de estas pruebas era demostrar la aptitud de los coples
y conexiones mecnicas ranuradas Victaulic que se utilizan para instalar
los sistemas de tuberas y mantener su integridad operativa durante
eventos ssmicos. El programa de pruebas fue diseado para demostrar
el rendimiento ssmico en las dos condiciones citadas anteriormente.
Primero, se realizaron pruebas para demostrar que los coples rgidos
o flexibles Victaulic instalados en tuberas reforzadas conforme al cdigo
mantenan un rendimiento ptimo al verse expuestos a eventos ssmicos.
Segundo, se realizaron pruebas para confirmar la capacidad de nuestros
coples flexibles en uniones ssmicas oscilantes o en configuraciones de
tuberas con desplazamiento, a fin de obtener una libertad de movimiento
suficiente que acomode el movimiento diferencial de las tuberas entre
estructuras o en uniones de separacin ssmica de edificios.
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Programa de pruebas ssmicas
26.13-SPALDATOS DE DISEO SISTEMA DE TUBERAS RANURADAS
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Centro de pruebas ATLSS
Para realizar las pruebas requeridas se seleccion el Laboratorio
de Tecnologa Avanzada para Grandes Sistemas Estructurales (ATLSS),
centro de investigacin de ingeniera perteneciente a la Universidad
de Lehigh. El Centro del ATLSS es integrante de la Red de Simulacin
de Ingeniera Ssmica (NEES), establecida por la Fundacin Nacional
de Ciencias de Estados Unidos como una red de colaboracin distribuida
geogrficamente de equipos de investigacin experimental de uso
compartido. El Centro de Equipamiento del NEES, de la Universidad
de Lehigh, fue construido con capacidad para realizar pruebas en
tiempo real empleando los mtodos de fuerza efectiva, de prueba
pesudodinmica o de prueba hbrida pseudodinmica con el propsito
de probar componentes estructurales de gran escala, subensamblajeestructurales y superensamblaje en excitaciones causadas por terremotos.
De esta manera, est bien preparado para realizar y analizar los efectos
de sismos multidireccionales en tiempo real sobre los sistemas de
tuberas. Victaulic y Lehigh se asesoraron por un diseador y proveedor
de sistemas de refuerzo antissmico reconocido internacionalmente,
quien prest colaboracin en el diseo de la suspensin y el refuerzo
de los sistemas de tuberas de prueba.
Requerimientos de prueba
El programa de pruebas fue creado conforme a los estndares
de prueba de la tabla ssmica. Se generaron movimientos telricos
artificiales para este programa de pruebas. Estos movimientos telricos
generados aleatoriamente se simularon para satisfacer un espectro
de respuesta mnimo especificado.
Para desarrollar el protocolo de pruebas se emple el informe AC156
de Evaluation Service ICC, Inc., Criterios de Aprobacin para
Calificacin Ssmica conforme a las pruebas de la Tabla Ssmica
en Componentes y Sistemas no Estructurales. Este documento
establece los requerimientos mnimos de la tabla ssmica para probar
los componentes no estructurales descritos, dentro de los que tambin
se incluyen las tuberas. Este documento especifica un espectro
de respuesta mnimo que se deriva de la carga ssmica de diseo
del componente no estructural especificada en el cdigo. El espectro
de respuesta del movimiento de entrada conforme a las pruebas
ssmicas fue mayor que el espectro mnimo especificado en AC156.
Los espectros de respuesta mnimos especificados en AC156 se
basaron en las cargas ssmicas de diseo especificadas en los cdigos
de construccin vigentes. El Cdigo Internacional del Construccin
(IBC) 2006 se aplic por primera vez en este programa de pruebas.
El cdigo IBC 2006 hace referencia a las cargas ssmicas como aparecen
especificadas en ASCE 7-05 Cargas Mnimas de Diseo para Edificios
y Otras Estructuras por la American Society of Civil Engineers. El diseo
de tuberas y otros componentes no estructurales se bas en el mtodo
de carga esttica equivalente, similar al que se utiliz para el diseo
del edificio.
Configuracin de la prueba
Se desarroll una configuracin de pruebas que poda acomodar
una extensa lnea de tubera e imponer los movimientos requeridos.
Para las pruebas se necesitaba la capacidad de generar grandes
aceleraciones, desplazamientos y velocidades sobre las tuberas
y los coples. Se dise un refuerzo horizontal que sirviera de diafragma
rgido o techo del edificio desde el cual se apoyara la tubera.
Se impuso el movimiento ssmico sobre este techo, el que a su vez
fue transferido a las tuberas. Se emplearon tres actuadores NEES
para imponer el movimiento ssmico requerido en las direcciones
longitudinal y transversal. Para registrar todos los datos de prueba
pertinentes, se dispusieron estratgicamente acelermetros, sensores
de desplazamiento y extensmetros en lugares predeterminados a fin
de obtener un registro exacto del programa de pruebas.
El tendido de tuberas consta de un tramo de 40/ 12 m (que consiste
en dos secciones de tubera de 20/6 m) con un codo de 90 y luego
un tramo de 10/3 m en ambos extremos, todos unidos con coples
rgidos Victaulic Estilo 07 o W07. Esta seccin de tubera se reforz
ssmicamente conforme a los requerimientos estndares del cdigo
industrial y se design como zona rgida reforzada. En cada extremode la zona rgida reforzada se dispuso una zona flexible compuesta
por un conjunto de aislacin ssmica Victaulic. Estos montajes con
desplazamiento se conectaron despus a la pared de reaccin
ATLSS que no admita movimiento. En consecuencia, el movimiento
de las tuberas en la zona rgida gener desplazamientos relativos
en los conjuntos de aislacin ssmica.
Tuberas de la zona rgida
Pruebas ssmicas
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Flexible Rgido reforzado
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RIGID ZONE
Z-TYPE OFFSET
(W/FLEXIBLE
COUPLINGS)
SWING JOINT
(W/FLEXIBLE
COUPLINGS
FIXED CONNECTION
@ REACTION WALL
NORTH
VERTICAL RISER
RIGID COUPLINGS
40
20
10
10
)
Unin ssmica oscilante
Bucle ssmico
Bucle ssmico zonas rgidas/flexibles
Se emplearon dos conjuntos diferentes de aislacin ssmica, uno en
cada extremo de la zona rgida. Un conjunto era una configuracin
con desplazamiento Tipo Z y el otro era una unin ssmica oscilante.
Ambas configuraciones empleaban las caractersticas de deflexin
y de rotacin de los coples flexibles Victaulic Estilos 77 y W77 para
acomodar el movimiento diferencial de las tuberas entre la zona
rgida y la pared de reaccin.
Conjunto de prueba de 4/DN100
Conjunto de prueba de 8/DN200
Conjunto de prueba de 16/DN400
TUBERA PRINCIPAL VERTICAL
COPLES RGIDOS
NORTE
CONEXIN FIJA A
PARED DE REACCIN
UNIN OSCILANTE(C/COPLESFLEXIBLES)DESPLAZAMIENTO
TIPO Z (C/COPLESFLEXIBLES)
ZONA RGIDA
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Pruebas ssmicas
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Se seleccionaron tres tamaos de tubera para las pruebas: 4/DN100,
8/DN200 y 16/DN400. Cada tamao fue probado individualmente
como un tendido completo. Se realizaron varias pruebas en cada conjunto
de tuberas para demostrar la capacidad de los coples Victaulic para
manejar una gran variedad de exigencias ssmicas. Se emplearon los
mismos coples y la misma tubera para las tres pruebas. Entre las pruebas
se incluy un ensayo de desplazamiento esttico, un ensayo de barrido
sinusoidal y un ensayo de oscilacin. Las tuberas se llenaron con agua
y se presurizaron a 200 psi/1375 kPa durante todas las pruebas.
El ensayo de desplazamiento esttico someti a cada conjunto
a un movimiento de 4/102 mm en las direcciones horizontales x e y.
El ensayo de barrido sinusoidal someti a cada conjunto a un registro
de aceleracin sinusoidal con un rango de frecuencia de 1,3 Hz a 33Hz.
Los ensayos de oscilacin sometieron a cada conjunto a tres niveles
de movimiento ssmico. Las entradas mximas durante los ensayos
de oscilacin fueron de 3/76 mm de movimiento horizontal con
una aceleracin de 1,3 g.
Se realizaron dos ensayos adicionales. El primero se aplic a un conjunto
de tubera de 8/DN200. Despus de los ensayos de aislacin, los coples
rgidos se reemplazaron por coples flexibles y se volvieron a realizar las
pruebas. El segundo se aplic a un conjunto de tubera de 16/DN400.
Despus de las pruebas estndares del programa, se practic
una simulacin hbrida multidireccional en tiempo real del Terremoto
de Northridge. Esta prueba se realiz con el fin de estudiar la respuesta
del sistema de tuberas instalado en un edificio de tres pisos sometido
a un terremoto real. Las dos pruebas se realizaron durante esta operacin.
Primero el conjunto se someti a la mitad de la amplitud calculada para
el Terremoto de Northridge. Posteriormente, el conjunto se someti
a 1.07 veces la amplitud calculada.
Resultados de la prueba
El rendimiento de los coples Victaulic result excelente. No hubo evidencia
de ninguna filtracin en las uniones de tuberas durante todas las pruebas.
La presin interna de 200 psi/1375 kPa se mantuvo en todo momento.
Las tuberas y los coples exhibieron un comportamiento muy robusto
incluso despus de la falla de un gran nmero de elementos de refuerzo
ssmico.
Los picos de aceleracin registrados por conjunto fueron los siguientes:
Conjunto de 4/DN100 6,51 g
Conjunto de 8/DN200 7,70 g
Conjunto de 16/DN400 Assembly 6,71 g
16/DN400 Simulacin del Terremoto de Northridge 4,17 g
El comportamiento de los conjuntos de aislacin ssmica tambin
fue excelente. Se acomodaron todos los movimientos diferenciales.
Cabra destacar que todas las cargas medidas en los actuadores fueron
muy bajas, lo que indica que la rigidez de los conjuntos de aislacin
era mnima. Esta caracterstica es deseable para minimizar las cargas
y tensiones inducidas sobre los refuerzos ssmicos o puntos de anclaje.
Valores de la escala Richter
Mientras muchos asociamos la Escala de Richter con terremotos,
sta es una medida de la energa liberada durante un evento ssmico
y no una herramienta para el diseo de edificios o sistemas de tuberas.
Es til para comparar las intensidades relativas de eventos ssmicos
diferentes, pero no se puede usar para predecir directamente
el movimiento o la fuerza que experimentar un edificio particular
o un sistema de tuberas durante los movimientos ssmicos.
Los ingenieros estructurales disean edificios y sistemas de tuberas
que resisten los desplazamientos y aceleraciones causados por
movimientos telricos que no se basan slo en la energa liberada,
sino tambin en otros factores como las propiedades del suelo, el tipo
de edificio/construccin, la proximidad al epicentro del terremoto y otros.
Los movimientos de los edificios mismos y la infraestructura en su
interior pueden variar considerablemente a partir de un movimiento
ssmico determinado debido al tamao y la forma del edificio, el mtodo
de construccin (por ejemplo, acero, concreto, madera), las frecuencias
naturales y las ubicaciones especficas dentro del edificio. Los sistemas
de tuberas se disean e implementan segn los desplazamientos
y lasxfuerzas especificadas por el ingeniero estructural. Estosparmetros
de diseo son una funcin de las frecuencias naturales del edificio,
de la sismicidad del emplazamiento y la ubicacin propuesta del sistema
de tuberas dentro de la estructura. Es por esta razn que nuestros
parmetros de prueba se basaron en un rango de frecuencia que
comprende registros y aceleraciones histricos superiores a los valores
comunes y no se basaron en ningn valor de la Escala de Richter
ni tampoco se correlacionaron los parmetros de prueba con ningn
valor especfico de la Escala de Richter.
La magnitud de las aceleraciones/desplazamientos que se espera
obtener en un terremoto determinado en un emplazamiento dado no
slo es una funcin de la cantidad de energa liberada (la magnitud
Richter), tambin es una funcin de lo siguiente:
1. Distancia del epicentro (una pequea distancia significa mayores
fuerzas/desplazamientos)
2. Condicin del suelo (un suelo ms blando significa a menudo
mayores fuerzas/desplazamientos)
3. Tipo de edificio (el tipo de construccin y la altura/ancho
del edificio afecta la frecuencia natural, lo que cambia la manera
en que el edificio y las tuberas responden al terremoto)
i i I . i
.
.
. i i i .
Accelerations- g
0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.00
4"/DN100 8"/DN200 16"/DN400 16"/DN400
Northridge Simulation
Aceleraciones - g
Simulacin del Terremoto de Northridge
Pruebas ssmicas
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