tuberias enterradas paso vehiculos

Proyecto Ejecutivo del Crcamo de Bombeo y Emisor No. Contrato CONTA08-019de Aguas Residuales para Nogales, Sonora Tarea II

CRUCE DE LA TUBERA DE PRESIN COLOSIO CON

EL BLV. EL GRECO Y LA AV. ALVARO OBREGON

UBICADA EN EL MUNICIPIO DE NOGALES, SONORA.

1 Seccin 8Lnea a Presin


CONTENIDO.

1. MEMORIA DESCRIPTIVA Y JUSTIFICATIVA

2. CRITERIOS DE DISEO

3. MEMORIA DE CLCULO

4. CONCLUSIONES

5. REFERENCIAS.



1. MEMORIA DESCRIPTIVA Y JUSTIFICATIVA.

En el presente diseo se muestra y se describe, el procedimiento para el clculo del cruce

de la tubera de acero en la Av. lvaro Obregn y Blv. El Greco ubicada en el municipio de

Nogales, Sonora. En tal cruzamiento la tubera estar enterrada a una profundidad de 3.26

m. a partir de la parte superior del tubo hasta el nivel de terreno natural. El proyecto en

general involucra los siguientes trabajos:

a) Trazo definitivo

b) Excavacin de lumbreras

c) Afine de taludes

d) Colocacin de plantillas

e) Construccin de lumbreras

f) Excavacin de Microtunel

g) Colocacin de tubo camisa y proyeccin

h) Pruebas y puesta en marcha.

El Organismo Operador Municipal de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento

(OOMAPAS), deber exhibir el programa de obra ante la Secretaria de Comunicaciones y

Transportes (SCT), antes de iniciar los trabajos para la construccin del cruzamiento

subterrneo dentro del derecho de va, incluyendo todos los trabajos hasta el retiro del

material producto de la excavacin y limpieza del sitio de la obra.

Que el cruce subterrneo se realice a una distancia no menor de 50 m de los

extremos de un puente o alcantarilla.

Que se coloque una tubera de acero que sirva como funda protectora (camisa) de la

lnea de conduccin de aguas residuales.

Que la instalacin de la funda protectora se realice por los mtodos de hincado o

tuneleo direccional.

Que la funda protectora abarque toda la longitud del derecho de va concesionado.



Que los pozos de visita se construyan fuera del derecho de va concesionado.

Que la profundidad de instalacin de la funda protectora no sea menor a 1.70 m a

partir del nivel de terreno natural a la parte superior de dicha funda.

Que se integre la sealizacin vertical que indique la ubicacin, trayectoria de la

tubera, profundidad de instalacin.

2. CRITERIOS DE DISEO.

El presente diseo esta basado en el Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y

Saneamiento de La Comisin Nacional de Agua (CONAGUA) para el diseo de tuberas

enterradas, en el cual se cubren lneas de conduccin de acero destinadas a la conduccin

de aguas potables y residuales, que comprende desde la obra de toma hasta los tanques de

regulacin para su distribucin.

Adems de lo indicado, deben cumplirse los requisitos establecidos por la SCT y FNM,

cuando la lnea de conduccin interfiera con las vas de comunicacin. Los lineamientos

especificados en este manual son aplicables a los proyectos y construccin de tuberas de

acero para la conduccin de agua de 6 de dimetro y mayores.

Para criterio de diseo en relacin al tipo de vehculos automotores que transitan por la

zona se considero la clasificacin de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-012-SCT-

2-2008, sobre el peso y dimensiones mximas con los que pueden circular los vehculos de

autotransporte que transitan en las vas generales de comunicacin de jurisdiccin federal.



3. MEMORIA DE CLCULO.

Acciones externas en tuberas enterradas.

Datos de diseo:

Tubo liso Acero A-53 grado B

Resistencia a la fluencia: Fy = 2458 Kg/cm2

Dimetro exterior = 81.28 cm

Dimetro interior = 79.10 cm

Espesor = 1.09 cm

Profundidad de carga = 3.26 m

Long. Tramo: = 3.49 m

Carga muerta debida al peso del relleno:

Para tuberas enterradas en terrapln la carga por unidad de longitud se calcula como sigue:

erS dhWc =

Donde:

Wc: Carga vertical de la tubera por unidad de longitud (Kg/m)

S: Peso especfico del suelo seco = 1695 Kg/m3

hr: Es la altura del relleno a partir del lomo superior = 3.26 m

de: Dimetro exterior de la tubera = 0.8128 m

Sustituyendo valores:

mKgmmmKgWc /29.491,4)8128.0)(26.3)(/1695( 3 ==



Carga viva por transito de vehculos en la superficie:

Para la determinacin de la carga sobre la tubera, causada por la circulacin de vehculos

en la superficie, se consideran las cargas puntuales que se transmiten a la tubera,

dependiendo de la profundidad h. La teora elstica de Boussinesq es usada para el clculo

de esta presin:

IcXh

hPPr

rH

+=

2/522

3

)(2)(3

pi

Donde:

PH: Presin de la tubera (Kg/m2)

P: Fuerza puntual en la superficie (ton) = 22.50 ton (ejes centrales)

hr: altura del relleno = 3.26 m

X: distancia horizontal entre cargas = 1.20 m

Ic: factor de impacto = 2.0 (para pavimentos flexibles)

Vehiculo tipo T3-S3 (NOM-012-SCT-2-2008) con un PBV = 48.50 ton

1.20 m3.50 m 1.20 m 9.20 m

6.50 t 9.75 t 9.75 t 7.50 t 7.50 t

1.20 m

7.50 t

Figura 1. Configuracin de vehculo T3-S3 (eje delantero sencillo y traseros duales en el



Tractocamin y ejes duales en el semiremolque)

3.49

1.20 1.20

7.50 ton 7.50 tonLC

7.50 ton

Figura 2. Diagrama de cuerpo libre en el punto critico.


22/522

3

/82.52))20.1()26.3)((1416.3(2

)26.3)(22500(3 mKgmm

mKgPH =

+=

Para obtener la carga por unidad de longitud, se multiplica la presin del tubo por el

dimetro del tubo:

WL = PH de = (5.82 Kg/m2)(0.8128 m) = 4.73 Kg/m

Diseo por sismo (mtodo simplificado).

Datos obtenidos de la Tabla 1 correspondientes a la zona ssmica B y tipo de suelo II:

a0 = 0.08

c = 0.30

Ta (s) = 0.30

Tb (s) = 1.5

r = 2/3



FIGURA 1. REGIONALIZACIN SISMICA DE LA REPUBLICA MEXICANA

TABLA 1. ESPECTROS DE DISEO PARA ESTRUCTURAS



Nota: El valor de la aceleracin ssmica a0 y el coeficiente ssmico c deben multiplicarse

por 1.5 de acuerdo a lo indicado en el manual de diseo ssmico, ya que pertenece a

estructuras del grupo A como en el caso de Lneas de Conduccin de Agua Potable.

a0 = 0.08

c = 0.30

Clculo de la velocidad aparente.

El clculo de la velocidad aparente de propagacin del sismo en direccin horizontal esta

dada por la siguiente ecuacin:

7.0'VsVs =

Donde:

Vs = 410 m/s, en suelos blandos

smVs /71.5857.0

410==

Deformacin en direccin axial.

Se debe calcular la deformacin que en direccin axial inducir en la tubera el sismo de

diseo, mediante:

+=

2' 2

maxmax edVsA

VsV

Donde:

= es la deformacin unitaria

Vmax = es la velocidad mxima del terreno = 0.081 m/s (Zona B, Terreno II)

Amax = aceleracin del terreno = a0 x 1.5 x g = (0.08)(1.5)(9.81 m/s2) = 1.18 m/s2

g = aceleracin de la gravedad = 9.81 m/s2



Vs = velocidad aparente de propagacin de las ondas cortantes = 585.71 m/s

de = dimetro exterior de la tubera = 0.8128 m


00014.02

8128.0)71.585(

18.171.585

081.0' 2 =

+=

Deformacin mxima permisible = 0.006, por lo tanto: < 0.006 (Satisfactorio)

Esfuerzos mximos de flexin y axial.

SVVE

a2

maxmax =

2max

max )2( VsAdE

f e=

Donde:

E = modulo de elasticidad del acero = 2100000 Kg/cm2

amax = es el esfuerzo axial mximo debido a ondas de compresin (Kg/cm2)

fmax = esfuerzo de flexin mximo (Kg/cm2)


226

max /21.145)/58571(2)/1.8(/101.2 cmKg

scmscmcmKgxa ==

22

226

max /47.1)/585712()/118)(28.81(/101.2 cmKg

scmxscmcmcmKgxf ==



Esfuerzos permisibles.

Determinacin de la deflexin vertical.

La deflexin vertical por el relleno en una tubera enterrada, se calcular por medio de la

siguiente ecuacin:

3

31

'061.0 rEEIrWKD C

c+

=

Donde:

c = es la deflexin de la tubera (mm)

D1 = factor de retardo = 1.25

K = constante de apoyo = 0.1

Wc = carga por unidad de longitud de la tubera = 44.91 Kg/cm

r = radio del tubo = 40.64 cm

E = modulo de elasticidad del acero = 2.1x106 Kg/cm2

I = momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud:

Para tubo liso I = t3 b/12 = (1.09)3(100)/12 = 10.79 cm4

t = espesor tubo =1.09 cm

b = 100 cm

E = modulo de reaccin del suelo = 135.13 Kg/cm2 (Correspondiente al tipo de suelo).

mmcmcmKgcmcmKgx

cmcmKgc 166.0)64.40)(/13.135(061.0)79.10)(/101.2(

)64.40)(/91.44)(1.0)(25.1(32426

3

=

+=

Deflexin permisible: 5%de = (0.05)(812.8 mm) = 40.64 mm > 0.16 mm (Satisfactorio)



Anlisis de pandeo.

Una tubera enterrada puede colapsarse o pandearse como resultado de una inestabilidad

elstica provocada por las cargas aplicadas al tubo. Se tiene que cumplir con lo indicado en

la siguiente expresin:

ae

L

ewwwv qd

WdWcRhP +++

Donde:

Pv: es la presin de vaco interna = presin atmosfrica presin absoluta

Presin atmosfrica = 10,330 Kg/m2

Presin absoluta = 0

hw: es la altura del nivel de aguas freticas al lomo del tubo = 0 (sin nivel fretico)

w: peso especfico del agua = 1000 Kg/m3

RW: factor de flotacin = 1 (sin nivel fretico)

hr: altura del relleno al lomo del tubo = 3.26 m

WC: carga vertical del suelo por unidad de longitud = 4491 Kg/m

WL: carga viva sobre la tubera = 4.73 Kg/m

de: dimetro exterior del tubo = 0.8128 m

Si no hay presencia de aguas freticas, el termino hw = 0, y el factor de flotacin Rw = 1.

La carga de pandeo admisible qa se determina mediante la siguiente expresin:

2/1

3)(''32

..1

=

e

wa d

EIEBRSF

q

Y donde:

)4(11' 2133.0 RhB +

=



Donde:

F.S: Factor de seguridad = 2.5 para hr/de = 3.26/0.8128 = 4.01 > 2

hr : altura del relleno al lomo del tubo = 3.26 m

de: dimetro exterior del tubo = 0.8128 m

E = modulo de reaccin del suelo = 135.13 Kg/cm2

B = coeficiente emprico (adimensional)

E = modulo de elasticidad del acero = 2.1x106 Kg/cm2

I = 10.79 cm4

Entonces tenemos que: 33.0995.21

4(11' )26.3(2133.0 ==+

=e

B

Por lo tanto:

22/1

3

4262

/15.98)28.81(

)79.10)(/101.2)(/13.135)(33.0)(1(325.2

1 cmKgcm

cmcmKgxcmKgqa =

=

232 /58.18128.0

/73.48128.0

/44911)0(/1000/330,10 cmKgm

mKgm

mKgmKgmKg =+++

Se cumple la desigualdad: 1.58 Kg/cm2 < 98.15 Kg/cm2 (Satisfactorio)

Por lo tanto no se presentan problemas de Pandeo.

Clculo del esfuerzo longitudinal debido a la presin interna.

Se calcula con la siguiente expresin:

tdP

S eL 2=

Donde:

PH = Presin mxima de operacin = 5.82 Kg/m2 (Calculada)



= Relacin de Poisson del acero = 0.30

de = dimetro exterior del tubo = 0.8128 m

t = espesor del tubo = 0.0109 m


22

/10.65)0109.0(2

)8128.0(/82.530.0 mKgm

mmKgSL ==

Se suman las fuerzas actuantes con la carga de sismo:

ST = amax + fmax + SL

ST = 145.21 Kg/cm2 + 1.47 Kg/cm2 + 0.0065 Kg/cm2 = 146.69 Kg/cm2

Esfuerzo mximo permisible = 0.50 Fy = 0.50(2458 Kg/cm2) = 1,229 Kg/cm2

1,229 Kg/cm2 > 146.69 Kg/cm2 (Satisfactorio)

4. CONCLUSIONES.

De acuerdo con la profundidad mnima requerida por la SCT (1.70 m) tenemos una

profundidad superior de 3.26 m en el punto mas bajo del terreno natural al lomo del tubo de

acero de 32 de dimetro, por lo que el diseo es completamente satisfactorio. Podemos

observar, por lo tanto que no se presentan mayores problemas de deflexin en la tubera ni

deformaciones por pandeo producido por las cargas verticales ejercidas por el paso de

vehculos pesados por encima de la misma. Los efectos ssmicos son mnimos en relacin a

la resistencia y rigidez de la tubera, no son considerables para tal efecto, se recomienda

seguir el procedimiento constructivo especificado en el plano estructural.



5. REFERENCIAS.

Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, Criterios de Diseo para Tuberas

Enterradas, Comisin Nacional de Agua (CONAGUA), Diciembre de 2007.

www.cna.gob.mx

Manual de la Comisin Federal de Electricidad, Manual de Diseo de Obras Civiles,

Diseo por Sismo.


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