EMPUJES HIDRÁULICOS

Las fuerzas de empuje hidráulico aparecen en una tubería bajo presión a cada cambio de dirección (curvas y tes), diámetro (reducciones) y extremidad (bridas ciegas o caps). Las fuerzas de empuje en esos puntos se deben equilibrar para evitar el desmontaje de las juntas. Para eso, se puede usar tanto las juntas trabadas, como la construcción de bloques de anclaje.

Esas fuerzas se pueden calcular usando la fórmula general:

F = K.P.S

Siendo:

F: fuerza de empuje (N)

P: presión interna máxima (presión de test en la obra - Pa)

S: sección transversal (interna para las juntas con bridas, externa para los demás tipos de juntas – m²)

K: coeficiente (función de la geometría de la pieza)

Importante:

Bridas ciegas, caps, tes: K = 1

Reducciones: K = 1 - S’ / S (siendo S’ = sección del menor diámetro)

Curvas de ángulo θ: k = 2 sen θ/2

K= 1,414 para las curvas 90°

K = 0,765 para las curvas 45°

K = 0,390 para las curvas 22° 30’

K = 0,196 para las curvas 11° 15’

El siguiente cuadro presenta las fuerzas de empuje para una presión de 0,1MPa.

Empuje F en N para una presión de 0,1 MPa

Bridas ciegas, Caps y Tes

Curvas

Importante: Para presiones distintas, multiplicar por el valor en MPa de la presión de test en la obra.

BLOQUE DE ANCLAJE

El uso de bloques de anclajes de concreto es la técnica más usada para equilibrar los esfuerzos de empuje hidráulico de una tubería con bolsas, bajo presión.

PRINCIPIO

Se pueden usar distintos tipos de bloques de anclaje, pero se deben respetar las configuraciones de los tubos, la resistencia y la naturaleza del suelo, o más aún, la presencia o no de capa freática.

El bloque reacciona a los esfuerzos del empuje hidráulico de dos maneras:

• por fricción entre el bloque y el suelo (peso del bloque);

• por reacción de apoyo de la pared de la zanja (engaste).

En la práctica, los bloques de anclaje se calculan llevando en consideración la fricción y la resistencia de apoyo sobre el terreno. Cuando hay obstáculos o cuando los terrenos son de mala calidad, impidiendo la construcción de los bloques de anclaje, la alternativa es usar la técnica de bloqueo de las juntas.

CASOS COMUNES DE DIMENSIONADO

Los volúmenes de concreto propuestos en los siguientes cuadros se han calculado llevando en consideración la fricción sobre el suelo y la reacción del terreno (con características generalmente encontradas).

Importante:

En casos de excavaciones posteriores, ejecutadas cerca de los bloques de anclajes, es mejor reducir la presión de la tubería durante los trabajos.

Las hipótesis de cálculo son las siguientes. En todos los demás casos, se necesita hacer cálculos.

Fuerzas involucradas (Bloque de anclaje)

Terreno

F: ángulo de fricción interna del suelo

σ: resistencia admisible del suelo sobre una pared vertical

H: altura de recubrimiento: 1,20m

g: masa específica

Características mecánicas:

• tabla 1: F = 40°; σ ≈ 1daN/cm²; g = 2t/m³ (terreno de buena resistencia mecánica)

• tabla 2: F = 30°; σ ≈ 0,6daN/cm²; g = 21/m³ (terreno con mediana resistencia mecánica).

Ausencia de capa freática.

Concreto

Masa específica: 2,3t/m³

Tubería

Presión de prueba: 1,0; 1,6 y 2,5MPa.

Ejemplo

Presión de prueba: 1,0MPa

Altura de recubrimiento: 1,2m

Terreno arcilloso: F = 30° g = 2t/m³

La tabla 2 presenta:

ORIENTACIÓN PARA LA EJECUCIÓN

Es importante que el concreto se filtre directamente en el terreno y que tenga una resistencia mecánica suficiente.

Al momento de la concepción del bloque de anclaje es imprescindible dejar las juntas libres, para permitir su inspección durante el test hidráulico.

TABLA 1

Fricción interna: F = 40°

Resistencia: σ = 1daN/cm²

Masa específica: g = 2t/m³

Altura de recubrimiento: H = 1,2m

Sin capa freática.

Terreno de buena resistencia mecánica

Presión de prueba

TABLA 2

Fricción interna: F = 30°

Resistencia: σ = 0,6daN/cm²

Masa específica: g = 2t/m³

Altura de recubrimiento: H = 1,2m

Sin capa freática.

Terreno de buena resistencia mecánica