Este documento presenta un curso sobre el cálculo mecánico de tuberías para el transporte de agua. Explica los tipos de tubos en función de su resistencia mecánica, las principales acciones de cálculo como las gravitatorias, del terreno y del tráfico, y los métodos y dimensionamiento de la tubería para tubos sometidos a presión interna y funcionamiento en lámina libre.
Este documento describe las características y cálculos hidráulicos de las alcantarillas. Puede clasificarse las alcantarillas en rígidas y flexibles dependiendo del material de construcción. También se clasifican por su función en alcantarillas y aliviaderos. Explica seis tipos de flujo en alcantarillas y las ecuaciones para calcular el gasto según cada tipo. Finalmente, describe los pasos para determinar la capacidad hidráulica de una alcantarilla.
Este documento describe diferentes tipos de revestimiento para canales, incluyendo mampostería, concreto, mortero, concreto asfáltico, colchones Reno, mantos permanentes y gaviones. Explica los procedimientos constructivos para revestir canales y los factores que deben considerarse para minimizar los costos, como elegir una sección que requiera el menor volumen de material posible.
Este documento presenta los conceptos básicos sobre el diseño de bocatomas. Explica que una bocatoma es una estructura para derivar agua de un río para riego o energía hidroeléctrica. Luego describe tres etapas históricas en el desarrollo de bocatomas, desde el uso de madera y piedra hasta el uso de maquinaria pesada moderna. Finalmente, detalla varios elementos fundamentales que deben considerarse antes del diseño de una bocatoma, como su ubicación, condiciones topográficas,
Este documento resume los diferentes tipos de vertederos y fórmulas para calcular el caudal de descarga. Cubre vertederos rectangulares, triangulares y trapeciales, así como recomendaciones generales para su instalación y uso para medir caudales de manera confiable. Explica conceptos como la velocidad de aproximación y el coeficiente de descarga, y presenta diversas fórmulas experimentales como las de Francis, Bazin-Hégly, Kindsvater-Carter y Rehbock.
1) La socavación se produce por el aumento de la velocidad de la corriente durante las crecidas, lo que causa la erosión y levantamiento de sedimentos en el lecho del río. La construcción de puentes también puede inducir socavación al reducir el ancho del cauce.
2) La socavación pone en peligro la estabilidad de los cimientos de los puentes y ha causado fallas catastróficas en el pasado.
3) Es importante monitorear y cuantificar la socavación mediante el uso de instrumentos como var
Este documento presenta información sobre el diseño de alcantarillas circulares del tipo TMC. Define alcantarillas y sus componentes principales. Explica los materiales, parámetros de diseño como alineación, pendiente, longitud y velocidad, y métodos para calcular el área de drenaje, intensidades de lluvia, coeficiente de escorrentía y caudal de diseño. Finalmente, proporciona detalles sobre secciones hidráulicas circulares TMC.
Este documento describe los conceptos básicos de la hidráulica de canales. Explica que el flujo en un canal puede ser a superficie libre o a presión, y define los elementos geométricos clave de una sección de canal como el tirante, área hidráulica y radio hidráulico. También introduce las fórmulas de Chézy y Manning para calcular el flujo uniforme en un canal, incluyendo el coeficiente de rugosidad.
El documento describe los factores que determinan el diseño de una alcantarilla, incluyendo su definición, partes, tipos, flujo a través de ella y criterios de diseño. Explica que una alcantarilla es un canal cubierto que conduce agua a través de un terraplén y puede tener sección circular o rectangular. Detalla los componentes de una alcantarilla, las clases según su geometría y flujo, y los principios hidráulicos que guían su diseño como velocidad de flujo, diámetro y pendiente.
Este documento describe las características y cálculos hidráulicos de las alcantarillas. Puede clasificarse las alcantarillas en rígidas y flexibles dependiendo del material de construcción. También se clasifican por su función en alcantarillas y aliviaderos. Explica seis tipos de flujo en alcantarillas y las ecuaciones para calcular el gasto según cada tipo. Finalmente, describe los pasos para determinar la capacidad hidráulica de una alcantarilla.
Este documento describe diferentes tipos de revestimiento para canales, incluyendo mampostería, concreto, mortero, concreto asfáltico, colchones Reno, mantos permanentes y gaviones. Explica los procedimientos constructivos para revestir canales y los factores que deben considerarse para minimizar los costos, como elegir una sección que requiera el menor volumen de material posible.
Este documento presenta los conceptos básicos sobre el diseño de bocatomas. Explica que una bocatoma es una estructura para derivar agua de un río para riego o energía hidroeléctrica. Luego describe tres etapas históricas en el desarrollo de bocatomas, desde el uso de madera y piedra hasta el uso de maquinaria pesada moderna. Finalmente, detalla varios elementos fundamentales que deben considerarse antes del diseño de una bocatoma, como su ubicación, condiciones topográficas,
Este documento resume los diferentes tipos de vertederos y fórmulas para calcular el caudal de descarga. Cubre vertederos rectangulares, triangulares y trapeciales, así como recomendaciones generales para su instalación y uso para medir caudales de manera confiable. Explica conceptos como la velocidad de aproximación y el coeficiente de descarga, y presenta diversas fórmulas experimentales como las de Francis, Bazin-Hégly, Kindsvater-Carter y Rehbock.
1) La socavación se produce por el aumento de la velocidad de la corriente durante las crecidas, lo que causa la erosión y levantamiento de sedimentos en el lecho del río. La construcción de puentes también puede inducir socavación al reducir el ancho del cauce.
2) La socavación pone en peligro la estabilidad de los cimientos de los puentes y ha causado fallas catastróficas en el pasado.
3) Es importante monitorear y cuantificar la socavación mediante el uso de instrumentos como var
Este documento presenta información sobre el diseño de alcantarillas circulares del tipo TMC. Define alcantarillas y sus componentes principales. Explica los materiales, parámetros de diseño como alineación, pendiente, longitud y velocidad, y métodos para calcular el área de drenaje, intensidades de lluvia, coeficiente de escorrentía y caudal de diseño. Finalmente, proporciona detalles sobre secciones hidráulicas circulares TMC.
Este documento describe los conceptos básicos de la hidráulica de canales. Explica que el flujo en un canal puede ser a superficie libre o a presión, y define los elementos geométricos clave de una sección de canal como el tirante, área hidráulica y radio hidráulico. También introduce las fórmulas de Chézy y Manning para calcular el flujo uniforme en un canal, incluyendo el coeficiente de rugosidad.
El documento describe los factores que determinan el diseño de una alcantarilla, incluyendo su definición, partes, tipos, flujo a través de ella y criterios de diseño. Explica que una alcantarilla es un canal cubierto que conduce agua a través de un terraplén y puede tener sección circular o rectangular. Detalla los componentes de una alcantarilla, las clases según su geometría y flujo, y los principios hidráulicos que guían su diseño como velocidad de flujo, diámetro y pendiente.
El documento trata sobre el golpe de ariete en conducciones hidráulicas. Explica los diferentes tipos de cierre y cómo se propagan las ondas de presión. También analiza las fórmulas para calcular el aumento de presión debido al golpe de ariete en conducciones cortas y largas, y ofrece ejemplos numéricos de cálculos.
1. Se calcula la profundidad normal de un canal trapezoidal de 3m de base para transportar un caudal de 10 m3/s. La profundidad obtenida es de 1.02m.
2. Se diseña un canal trapezoidal de sección máxima eficiente para conducir 17 m3/s a 0.9 m/s. Los resultados son: profundidad de 4.47m, ancho de base de 1.74m y pendiente de 0.00017.
3. Se determina el caudal en un canal trapezoidal a la salida de un depósito, obten
El documento presenta una introducción al análisis y diseño de muros de contención de concreto armado. Explica los tipos fundamentales de muros, incluyendo muros de gravedad, muros en voladizo y muros con contrafuertes. También describe conceptos clave como empuje de tierra, estabilidad, cálculo de esfuerzos y diseño de elementos del muro. El documento servirá como guía para profesionales en el diseño estructural de muros de contención.
Este documento describe varios sistemas de control de agua para estabilizar taludes, incluyendo zanjas de coronación, canales colectores, subdrenes interceptores, filtros de geotextil, subdrenes horizontales, trincheras estabilizadoras, pantallas de drenaje y pozos verticales de drenaje. El objetivo principal de estos sistemas es mejorar la estabilidad del talud al interceptar y conducir el agua de forma segura para evitar la infiltración y erosión.
Este documento presenta los conceptos básicos de la hidráulica aplicados al flujo en canales abiertos. Explica las ecuaciones fundamentales, clasifica los canales según su tipo de flujo, geometría y estado del flujo. También describe las propiedades de los canales artificiales, incluyendo su revestimiento, forma de la sección transversal y uso previsto. Finalmente, introduce conceptos como número de Reynolds, número de Froude y flujo crítico.
Este documento presenta el diseño de un sistema de captación de agua para riego que incluye un colchón disipador, enrocado de protección y control de filtración. Calcula la longitud y espesor del colchón disipador, la longitud y ancho del enrocado, y la longitud del control de filtración utilizando ecuaciones hidráulicas y datos de caudal, altura y ancho del sistema de captación. El diseño final incluye las cotas y dimensiones clave de los componentes para cumplir con los requisitos hidráulicos.
Este documento presenta los diferentes sistemas de tuberías y accesorios de PVC fabricados por PAVCO, incluyendo tuberías de presión, sanitaria, conduit y sistemas de canales y bajantes. Describe las ventajas y especificaciones técnicas de cada línea de productos, así como guías para su transporte, almacenamiento e instalación correctos.
Parámetros básicos para diseño de sistemas de abastecimiento de agua y alcantarillado de acorde a las normas técnicas con objeto de formulación de proyectos de abastecimiento de agua potable.
Para más contenido visita: http://infocivilweb.blogspot.pe/
https://ingenieria-contruccion-jd.blogspot.pe/?m=0
Este documento ofrece consejos sobre cómo construir y mantener canales de riego de manera efectiva. Explica que los canales deben tener la pendiente, forma y tamaño adecuados para transportar la cantidad de agua necesaria. También destaca la importancia de sellar las áreas con pérdidas de agua y realizar tareas de limpieza y mantenimiento para maximizar la eficiencia del riego.
El documento describe los criterios de diseño para una línea de conducción de agua potable, incluyendo la carga disponible, el gasto de diseño, las clases de tubería, los diámetros, y las estructuras complementarias como válvulas y cámaras rompe presión. Explica cómo calcular las pérdidas de carga unitarias y por tramo usando fórmulas como la de Hazen-Williams para seleccionar el diámetro apropiado de tubería.
Este documento describe los criterios de diseño para una línea de conducción de agua potable por gravedad. Explica que se debe seleccionar el diámetro mínimo de tubería que permita presiones menores a la resistencia del material, considerando el gasto de diseño y aprovechando al máximo la energía disponible. También describe elementos como válvulas de aire, purga y cámaras rompe presión que se requieren en ciertos tramos para garantizar un buen funcionamiento. Finalmente, detalla los cálculos hidráulicos neces
El documento trata sobre el diseño de caídas y rápidas en canales. Las caídas son estructuras que permiten salvar desniveles bruscos uniendo dos tramos de un canal, mientras que las rápidas conectan tramos con desniveles considerables en distancias cortas. El diseño hidráulico de estas estructuras involucra cálculos de velocidad de flujo, número de Froude, tirantes críticos y conjugados, así como dimensiones de transiciones, caídas, pozas disipadoras y colchones amort
Los canales de riego pueden ser construidos con diferentes formas geométricas como semicircular, circular, trapezoidal o rectangular. La forma más eficiente hidráulicamente es la semicircular, pero la trapezoidal es la más utilizada. El diseño de canales considera factores como la pendiente, la rugosidad, el caudal y las ecuaciones de Manning y Chezy.
Este documento trata sobre las redes de distribución de agua potable y alcantarillado. Explica que las redes de distribución transportan el agua tratada a las viviendas a través de tuberías, mientras que las redes de alcantarillado recogen las aguas residuales y las llevan a plantas de tratamiento. También describe los diferentes tipos de redes de distribución, como las ramificadas y las cerradas, así como los componentes clave de las redes de alcantarillado como las acometidas domiciliarias y los
El documento trata sobre el cálculo de redes de escurrimiento de agua a través del suelo. Explica que la solución teórica asume que el suelo es homogéneo o está compuesto por pocas capas homogéneas, aunque en la realidad pequeños detalles geológicos pueden influir significativamente en la filtración. Luego, describe el método para calcular la filtración mediante la construcción de una red de líneas de corriente y equipotenciales, y resuelve un ejemplo de cálculo de filtración
1. El documento presenta 7 problemas relacionados con el cálculo de caudales, velocidades y pérdidas de carga en tuberías. El primer problema calcula el diámetro requerido de una tubería para transportar aceite. El segundo calcula la viscosidad de un líquido basado en su caudal. El tercero calcula el caudal de agua que sale de una tubería.
2. Los problemas restantes calculan diversos parámetros como caudales, velocidades, cargas y pérdidas de presión para sistemas de tuberías con diferentes configur
Este documento presenta los pasos iniciales para configurar el software WaterCAD V8i y comenzar la modelación de fluidos en estado estacionario. Primero se abre el software y se crea un nuevo proyecto. Luego se configuran las opciones de cálculo seleccionando estado estacionario y el método de fricción. Finalmente, se establecen las opciones generales del proyecto como el modo de dibujo, tamaño de símbolos y unidades de medida.
El documento describe los aspectos técnicos del diseño hidráulico de canales. Explica que el diseño incluye la determinación de la alineación, pendiente, secciones transversales y dimensiones del canal para transportar el caudal requerido. También cubre factores como la velocidad del agua, coeficiente de Manning, tipos de secciones, pendientes y taludes adecuados. El objetivo es dimensionar el canal para un flujo eficiente que minimice la erosión y sedimentación.
El documento describe los diferentes estados tensionales a los que pueden estar sometidas las estructuras. Explica que las cargas provocan estados tensionales en los elementos estructurales como tracción, compresión, flexión, cortante y torsión. También describe los tipos de apoyos y cómo estos producen reacciones ante las cargas aplicadas. Finalmente, define cada estado tensional y muestra ejemplos de cómo se manifiestan en los elementos estructurales.
El documento presenta los fundamentos básicos del diseño estructural, incluyendo las formas en que pueden fallar las estructuras, los tipos de esfuerzos, factores de incertidumbre, tipos de análisis, metodologías de diseño y conceptos universales. También describe las propiedades de los materiales de construcción como el acero, concreto y madera, incluyendo sus diagramas de esfuerzo-deformación y valores característicos.
El documento trata sobre el golpe de ariete en conducciones hidráulicas. Explica los diferentes tipos de cierre y cómo se propagan las ondas de presión. También analiza las fórmulas para calcular el aumento de presión debido al golpe de ariete en conducciones cortas y largas, y ofrece ejemplos numéricos de cálculos.
1. Se calcula la profundidad normal de un canal trapezoidal de 3m de base para transportar un caudal de 10 m3/s. La profundidad obtenida es de 1.02m.
2. Se diseña un canal trapezoidal de sección máxima eficiente para conducir 17 m3/s a 0.9 m/s. Los resultados son: profundidad de 4.47m, ancho de base de 1.74m y pendiente de 0.00017.
3. Se determina el caudal en un canal trapezoidal a la salida de un depósito, obten
El documento presenta una introducción al análisis y diseño de muros de contención de concreto armado. Explica los tipos fundamentales de muros, incluyendo muros de gravedad, muros en voladizo y muros con contrafuertes. También describe conceptos clave como empuje de tierra, estabilidad, cálculo de esfuerzos y diseño de elementos del muro. El documento servirá como guía para profesionales en el diseño estructural de muros de contención.
Este documento describe varios sistemas de control de agua para estabilizar taludes, incluyendo zanjas de coronación, canales colectores, subdrenes interceptores, filtros de geotextil, subdrenes horizontales, trincheras estabilizadoras, pantallas de drenaje y pozos verticales de drenaje. El objetivo principal de estos sistemas es mejorar la estabilidad del talud al interceptar y conducir el agua de forma segura para evitar la infiltración y erosión.
Este documento presenta los conceptos básicos de la hidráulica aplicados al flujo en canales abiertos. Explica las ecuaciones fundamentales, clasifica los canales según su tipo de flujo, geometría y estado del flujo. También describe las propiedades de los canales artificiales, incluyendo su revestimiento, forma de la sección transversal y uso previsto. Finalmente, introduce conceptos como número de Reynolds, número de Froude y flujo crítico.
Este documento presenta el diseño de un sistema de captación de agua para riego que incluye un colchón disipador, enrocado de protección y control de filtración. Calcula la longitud y espesor del colchón disipador, la longitud y ancho del enrocado, y la longitud del control de filtración utilizando ecuaciones hidráulicas y datos de caudal, altura y ancho del sistema de captación. El diseño final incluye las cotas y dimensiones clave de los componentes para cumplir con los requisitos hidráulicos.
Este documento presenta los diferentes sistemas de tuberías y accesorios de PVC fabricados por PAVCO, incluyendo tuberías de presión, sanitaria, conduit y sistemas de canales y bajantes. Describe las ventajas y especificaciones técnicas de cada línea de productos, así como guías para su transporte, almacenamiento e instalación correctos.
Parámetros básicos para diseño de sistemas de abastecimiento de agua y alcantarillado de acorde a las normas técnicas con objeto de formulación de proyectos de abastecimiento de agua potable.
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Este documento ofrece consejos sobre cómo construir y mantener canales de riego de manera efectiva. Explica que los canales deben tener la pendiente, forma y tamaño adecuados para transportar la cantidad de agua necesaria. También destaca la importancia de sellar las áreas con pérdidas de agua y realizar tareas de limpieza y mantenimiento para maximizar la eficiencia del riego.
El documento describe los criterios de diseño para una línea de conducción de agua potable, incluyendo la carga disponible, el gasto de diseño, las clases de tubería, los diámetros, y las estructuras complementarias como válvulas y cámaras rompe presión. Explica cómo calcular las pérdidas de carga unitarias y por tramo usando fórmulas como la de Hazen-Williams para seleccionar el diámetro apropiado de tubería.
Este documento describe los criterios de diseño para una línea de conducción de agua potable por gravedad. Explica que se debe seleccionar el diámetro mínimo de tubería que permita presiones menores a la resistencia del material, considerando el gasto de diseño y aprovechando al máximo la energía disponible. También describe elementos como válvulas de aire, purga y cámaras rompe presión que se requieren en ciertos tramos para garantizar un buen funcionamiento. Finalmente, detalla los cálculos hidráulicos neces
El documento trata sobre el diseño de caídas y rápidas en canales. Las caídas son estructuras que permiten salvar desniveles bruscos uniendo dos tramos de un canal, mientras que las rápidas conectan tramos con desniveles considerables en distancias cortas. El diseño hidráulico de estas estructuras involucra cálculos de velocidad de flujo, número de Froude, tirantes críticos y conjugados, así como dimensiones de transiciones, caídas, pozas disipadoras y colchones amort
Los canales de riego pueden ser construidos con diferentes formas geométricas como semicircular, circular, trapezoidal o rectangular. La forma más eficiente hidráulicamente es la semicircular, pero la trapezoidal es la más utilizada. El diseño de canales considera factores como la pendiente, la rugosidad, el caudal y las ecuaciones de Manning y Chezy.
Este documento trata sobre las redes de distribución de agua potable y alcantarillado. Explica que las redes de distribución transportan el agua tratada a las viviendas a través de tuberías, mientras que las redes de alcantarillado recogen las aguas residuales y las llevan a plantas de tratamiento. También describe los diferentes tipos de redes de distribución, como las ramificadas y las cerradas, así como los componentes clave de las redes de alcantarillado como las acometidas domiciliarias y los
El documento trata sobre el cálculo de redes de escurrimiento de agua a través del suelo. Explica que la solución teórica asume que el suelo es homogéneo o está compuesto por pocas capas homogéneas, aunque en la realidad pequeños detalles geológicos pueden influir significativamente en la filtración. Luego, describe el método para calcular la filtración mediante la construcción de una red de líneas de corriente y equipotenciales, y resuelve un ejemplo de cálculo de filtración
1. El documento presenta 7 problemas relacionados con el cálculo de caudales, velocidades y pérdidas de carga en tuberías. El primer problema calcula el diámetro requerido de una tubería para transportar aceite. El segundo calcula la viscosidad de un líquido basado en su caudal. El tercero calcula el caudal de agua que sale de una tubería.
2. Los problemas restantes calculan diversos parámetros como caudales, velocidades, cargas y pérdidas de presión para sistemas de tuberías con diferentes configur
Este documento presenta los pasos iniciales para configurar el software WaterCAD V8i y comenzar la modelación de fluidos en estado estacionario. Primero se abre el software y se crea un nuevo proyecto. Luego se configuran las opciones de cálculo seleccionando estado estacionario y el método de fricción. Finalmente, se establecen las opciones generales del proyecto como el modo de dibujo, tamaño de símbolos y unidades de medida.
El documento describe los aspectos técnicos del diseño hidráulico de canales. Explica que el diseño incluye la determinación de la alineación, pendiente, secciones transversales y dimensiones del canal para transportar el caudal requerido. También cubre factores como la velocidad del agua, coeficiente de Manning, tipos de secciones, pendientes y taludes adecuados. El objetivo es dimensionar el canal para un flujo eficiente que minimice la erosión y sedimentación.
El documento describe los diferentes estados tensionales a los que pueden estar sometidas las estructuras. Explica que las cargas provocan estados tensionales en los elementos estructurales como tracción, compresión, flexión, cortante y torsión. También describe los tipos de apoyos y cómo estos producen reacciones ante las cargas aplicadas. Finalmente, define cada estado tensional y muestra ejemplos de cómo se manifiestan en los elementos estructurales.
El documento presenta los fundamentos básicos del diseño estructural, incluyendo las formas en que pueden fallar las estructuras, los tipos de esfuerzos, factores de incertidumbre, tipos de análisis, metodologías de diseño y conceptos universales. También describe las propiedades de los materiales de construcción como el acero, concreto y madera, incluyendo sus diagramas de esfuerzo-deformación y valores característicos.
El documento describe los conceptos de esfuerzo y deformación en materiales. Explica que el esfuerzo es la fuerza por unidad de área y que la deformación es el cambio de longitud dividido por la longitud original. También describe el diagrama de esfuerzo-deformación y los diferentes tipos de esfuerzos como tracción, compresión, flexión y torsión.
Este documento presenta los resultados de un análisis estático de una tubería de plástico de 400 mm de diámetro y 23,7 mm de espesor utilizando un programa de cálculo. El análisis incluye la entrada de datos sobre el material de la tubería, las condiciones del suelo, la carga y la instalación, así como los resultados intermedios y finales del cálculo estructural bajo cargas a corto y largo plazo.
Este documento discute la importancia de las ecuaciones diferenciales para modelar fenómenos físicos. Presenta un experimento sobre el enfriamiento de agua y deduce una ecuación diferencial ordinaria para modelarlo. La solución de la ecuación, al compararse con los datos experimentales, muestra una representación razonable del fenómeno a pesar de ciertas discrepancias debido a la simplicidad del modelo.
Arcos, bóvedas y cúpulas geometría y equilibrio en el cálculo tradicional de ...Yony Fernandez
Este documento trata sobre el cálculo tradicional de estructuras de fábrica como arcos, bóvedas y cúpulas. En la primera parte, explica brevemente el desarrollo del cálculo científico de estas estructuras y analiza conceptos como el material, el equilibrio y el análisis límite. La segunda parte estudia el cálculo tradicional desde la Edad Media hasta el siglo XIX. Finalmente, la tercera parte examina la validez del cálculo tradicional y concluye que aunque la práctica
Es una investigación con enfoque profesional acerca del tema de torsión, principalmente en las razones por las que se genera y la forma de disminuir este efecto.
Enfocada en el efecto de torsión producido por un sismo en una edificación.
Complemento Teórico de la Guía de Trabajos Prácticos. El presente trabajo es un sumario de conceptos teóricos de la materia Estabilidad IIb (64.12) correspondiente a las carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Naval y Mecánica.
El documento describe los conceptos de esfuerzo y deformación en ingeniería. Explica que el esfuerzo es la fuerza interna distribuida en un área y los diferentes tipos de esfuerzo como tracción, compresión, flexión y cizallamiento. También describe la deformación como la respuesta mecánica de un material ante una fuerza y los tipos como deformación elástica e irreversible. Finalmente, resume los conceptos de fatiga de materiales y torsión en barras.
Este documento trata sobre la estabilidad estructural. Se divide en 8 capítulos que cubren diferentes temas relacionados con la estabilidad como el pandeo de columnas, vigas-columnas, estabilidad de pórticos, pandeo torsional y pandeo lateral torsional. El objetivo es analizar las condiciones bajo las cuales una estructura pasa de un estado estable a uno inestable y los métodos para determinar las cargas críticas que causan la inestabilidad.
Este documento presenta los fundamentos básicos del diseño estructural y los materiales de construcción. Explica conceptos clave como las formas de falla, los tipos de esfuerzos, los análisis estructurales y los parámetros de los materiales comunes como acero, concreto y madera. También describe propiedades normalizadas y diagramas de esfuerzo-deformación para la selección adecuada de materiales en el diseño.
Este documento presenta un resumen de las tensiones tangenciales que aparecen en una sección transversal de un elemento estructural sometido a flexión con corte. Explica que las tensiones tangenciales surgen para equilibrar las fuerzas en la dirección longitudinal. Deriva una fórmula para calcular las tensiones tangenciales en función del esfuerzo de corte y propiedades de la sección. Luego aplica esta fórmula a una sección rectangular como ejemplo.
El documento trata sobre conceptos fundamentales de resistencia de materiales como esfuerzos, deformaciones, rigidez y tipos de cargas. Explica que los esfuerzos son fuerzas internas que resisten cambios de forma y se miden en fuerza por unidad de área. Las deformaciones son cambios geométricos que experimenta un cuerpo bajo fuerzas externas. La rigidez mide la capacidad de un material para resistir deformaciones. También describe conceptos como torsión, flexión, tracción y compresión.
Este documento trata sobre conceptos fundamentales como el centro de gravedad, centro de masa, rigidez, torsión y tipos de esfuerzos en estructuras. Explica que el centro de gravedad es donde se supone concentrada toda la masa de un objeto aunque en realidad está distribuida. También describe los diferentes tipos de esfuerzos como tracción, compresión, flexión, corte y torsión, y cómo la rigidez depende del módulo de elasticidad, sección e inercia de un elemento, afectando su
Este documento presenta una recopilación de apuntes sobre física para arquitectos. En la introducción define física como la ciencia que estudia las propiedades generales de la naturaleza y establece las leyes de los fenómenos naturales. Luego, resume las principales ramas de la física como acústica, ondulatoria, electricidad, magnetismo, física atómica, mecánica, fluidos y óptica. El documento continúa explicando conceptos clave de estática, cargas, sistema portante y requis
La ingeniería estructural se encarga del diseño y análisis de estructuras para garantizar que resistan de forma segura las fuerzas que actúan sobre ellas mediante la selección adecuada de materiales de construcción como madera, cemento y metales. Los ingenieros estructurales diseñan elementos estructurales como vigas, columnas, pisos y estructuras complejas como puentes y rascacielos para soportar cargas vivas, muertas y accidentales.
Este documento describe los conceptos y métodos básicos para el cálculo sísmico de edificios. Explica que las estructuras están sometidas a cargas verticales y horizontales como el sismo. Detalla que el cálculo sísmico se realiza mediante programas informáticos o métodos estáticos y dinámicos como el análisis modal espectral. Además, introduce conceptos como el espectro de respuestas, zonificación sísmica, coeficiente sísmico de diseño y ductilidad global de la estructura.
Este documento describe conceptos clave de la mecánica de materiales como la deformación unitaria, el diagrama de esfuerzo-deformación y sus elementos. Explica que la deformación mide el cambio en tamaño o forma de un cuerpo debido a fuerzas aplicadas y define la deformación unitaria como el cambio de longitud por unidad de longitud original. También describe el diagrama de esfuerzo-deformación y los puntos importantes de límite de proporcionalidad, límite de elasticidad y punto de ruptura.
Este documento trata sobre las pérdidas hidráulicas en tuberías. Explica que existen dos tipos de flujo (a cielo abierto y a presión) y que se enfocará en el flujo a presión. Describe las pérdidas primarias y secundarias, y explica las ecuaciones de Darcy-Weisbach, Manning y Colebrook-White para calcular las pérdidas de carga debido a la fricción. También analiza cómo la rugosidad de la tubería afecta las pérdidas con el tiempo.
Este documento resume la metodología utilizada para el diseño estructural y estudio de tensiones de la presa Ralco en Chile. El estudio se dividió en dos etapas: 1) Estudio de estabilidad para definir la geometría, considerando la estabilidad al deslizamiento y volcamiento de cada bloque. 2) Estudio de tensiones para determinar las tensiones máximas y definir las resistencias requeridas en el hormigón compactado con rodillo. El análisis consideró diferentes combinaciones de cargas estáticas y sísmicas.
Diseño a carga muerta y viva de cerchaMiguel Prada
Diseño estructural de una cercha únicamente ante solicitaciones de cargas estáticas.
Este es solamente un ejemplo de diseño para estudiantes que estén empezando la rama de ingeniería estructural.
Este documento presenta la metodología utilizada para el diseño estructural y estudio de tensiones de la presa Ralco. El estudio se dividió en dos etapas: la primera definía la geometría de la presa mediante un análisis de estabilidad, y la segunda determinaba las tensiones máximas en la presa para definir las resistencias requeridas en el hormigón compactado con rodillo. El diseño consideró nueve combinaciones de cargas usuales, inusuales y extremas para verificar la estabilidad al deslizamiento y volcamiento de cada blo
Este documento analiza las pérdidas de carga en tuberías y accesorios. Presenta el marco teórico sobre pérdidas de carga, incluyendo la ecuación de Darcy-Weisbach. Luego describe un ensayo de laboratorio donde se midieron las pérdidas en una tubería y en un codo, determinando los coeficientes de pérdida. Los resultados mostraron que las pérdidas en accesorios son considerables y depende de su geometría.
Este documento presenta los resultados de un ensayo de laboratorio sobre pérdidas de carga en tuberías y accesorios. Analiza las pérdidas causadas por la fricción entre el fluido y las paredes internas de una tubería y de un codo, determinando los coeficientes de pérdida. Los resultados muestran que las pérdidas en los accesorios son considerables y depende de su geometría, mientras que la rugosidad de la tubería fue mayor de lo esperado debido al envejecimiento. El flujo se encontró en
Este documento analiza las pérdidas de carga en tuberías y accesorios. Presenta el marco teórico sobre pérdidas de carga, la ecuación de Darcy-Weisbach, y el diagrama de Moody. También describe un ensayo de laboratorio donde se midieron las pérdidas en una tubería y en un codo, y se calcularon los coeficientes de pérdida. Las conclusiones fueron que las pérdidas por fricción deben considerarse en el diseño de tuberías, y que los accesorios también
Este documento presenta un resumen de los conceptos básicos sobre deflexiones en ingeniería civil. Define deflexión como el grado en que un elemento estructural se desplaza bajo una carga. Explica que las deflexiones pueden ser instantáneas o a largo plazo, y describe métodos para calcular ambos tipos. También resume los límites de deflexión admisibles según la normativa venezolana vigente.
Este documento presenta los conceptos clave para el análisis estructural de tanques y recipientes apoyados o elevados sometidos a acciones sísmicas. Explica que el contenido líquido se comporta como una masa rígida que oscila dentro del tanque, generando presiones hidrodinámicas en las paredes. Proporciona fórmulas para calcular las masas equivalentes y parámetros dinámicos de tanques cilíndricos y rectangulares, y recomienda considerar bajo amortiguamiento. Además,
Este documento describe la conducción de agua y el sistema de bombeo para el abastecimiento de agua potable. Define la conducción de agua a través de cámaras rompe presión, válvulas de aire y válvulas de purga. También describe los tipos de bombas, sus componentes y un ejemplo de diseño de sistema de bombeo. El objetivo es definir y describir estos elementos para el abastecimiento de agua.
Este documento resume varias investigaciones sobre el comportamiento de sistemas de albañilería realizadas en el Laboratorio de Estructuras de la PUCP. Se estudiaron las propiedades de materiales de construcción nacionales y el comportamiento sísmico de albañilería armada, confinada y no reforzada mediante ensayos. Los proyectos se agruparon en albañilería simple, ensayos de carga lateral cíclica en muros armados y ensayos dinámicos. Los resultados permitieron formular una nueva propuesta de diseño a
El documento describe un programa llamado SISMODEP para el análisis sísmico de depósitos y tanques de almacenamiento de líquidos. Explica los efectos de un terremoto en depósitos y presenta modelos mecánicos simplificados para simular la interacción entre el fluido y la estructura. Además, detalla los parámetros del modelo de Housner, como las masas impulsiva y convectiva del líquido, y las alturas a las que actúan. Finalmente, indica que el programa usa el método de Mal
El documento discute los diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre las tuberías utilizadas en la industria petrolera y su capacidad de resistencia. Explica que la tensión, compresión, presión interna y otras fuerzas pueden causar la falla de las tuberías si exceden su límite de resistencia. También describe los diferentes tipos de colapso que pueden ocurrir y los factores que los causan, como el desgaste, cambios de presión y temperatura, o cargas geostáticas. Finalmente, analiza cómo los cambios de longitud en las
1. El documento revisa la investigación sobre la ductilidad relacionada con la respuesta sísmica de estructuras de acero.
2. La ductilidad requerida se determina considerando el comportamiento de la estructura completa bajo sismo, mientras que la ductilidad disponible depende del comportamiento local de las uniones y miembros.
3. Para verificar la ductilidad, se comparan estos valores usando métodos como el pushover y análisis por historia de deformaciones.
Este documento describe el diseño de un reservorio elevado de concreto armado. Explica que los reservorios se clasifican por su función, uso, ubicación y materiales. Luego, cubre la normatividad para el diseño sísmico, incluyendo el análisis hidrodinámico usando el modelo de Housner y la determinación de la aceleración pseudo-espectral para reservorios. Finalmente, detalla los pasos de la metodología de diseño, incluyendo el predimensionamiento, análisis estático y dinámico, y dise
Los puentes son estructuras esenciales en la infraestructura de transporte, permitiendo la conexión entre diferentes
puntos geográficos y facilitando el flujo de bienes y personas.
Este documento describe la pérdida de carga en tuberías. Explica que la pérdida de carga se debe a la fricción entre el fluido y las paredes de la tubería, lo que reduce la energía del fluido. Presenta diferentes fórmulas para calcular la pérdida de carga, como las fórmulas de Darcy-Weisbach y Hazen-Williams. El objetivo del experimento de laboratorio es determinar los coeficientes de estas fórmulas para el material de la tubería utilizando mediciones de velocidad, gasto, longitud y
El documento describe dos métodos de diseño para estructuras de concreto armado: el diseño elástico y el diseño a la rotura. También discute conceptos como esfuerzo-deformación del concreto, cargas en estructuras, y diseño de elementos como vigas rectangulares, vigas T y vigas doblemente armadas. Explica cómo calcular el área de acero requerida y verificar si una sección está sobrerreforzada o subrreforzada de acuerdo con los códigos de diseño.
El documento trata sobre conceptos generales de socavación y erosión en puentes y vías navegables. Explica diferentes tipos de socavación como la general, localizada, en pilas y estribos. También describe la erosión hidráulica, fluvial y medidas para controlarla. Incluye ecuaciones para calcular la profundidad de socavación y efectos de basuras acumuladas en pilas.
Este documento presenta información sobre el diseño de vigas de hormigón pretensado. Explica conceptos como la excentricidad y fuerza pretensora a lo largo de la luz de la viga, y los estados de carga como descargado, balanceado y sobrecargado. También cubre temas como los criterios de seguridad, diseño por flexión basado en esfuerzos permisibles y el uso de excentricidad constante. Finalmente, incluye un ejemplo numérico de diseño de una viga con tendones de excentricidad constante.
1. Curso sobre diseño e instalación de
TUBERÍAS para el transporte de agua
Cálculo mecánico
Ávila, abril de 2002
Luis Balairón Pérez
Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX
Profesor Asociado de la Universidad de Salamanca
UNIVERSIDAD DE SALAMANCA
2. El presente documento está elaborado (en parte) a partir de las
“Recomendaciones para el proyecto, instalación y mantenimiento de
tuberías para el transporte de agua a presión”
realizadas por el CEDEX para la
Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas
del Ministerio de Medio Ambiente
3. Cálculo mecánico
Índice
1 Tipos de tubos en función de su resistencia mecánica ...............................................................1
2 Acciones de cálculo....................................................................................................................3
3 La hipótesis pésima de carga ......................................................................................................5
3.1 Tubos sometidos a presión hidráulica interior.....................................................................5
3.2 Tubos con funcionamiento en lámina libre .........................................................................8
4 Métodos de cálculo para las acciones.........................................................................................9
5 Dimensionamiento de la tubería ...............................................................................................11
5.1 Tubos sometidos a presión hidráulica interior...................................................................11
5.2 Tubos con funcionamiento en lámina libre .......................................................................13
4.
5. Cálculo mecánico
1 Tipos de tubos en función de su resistencia mecánica
Es muy frecuente la división de los tubos en rígidos y flexibles según sea su comportamiento mecánico
ante las solicitaciones a que estén expuestos, si bien no es muy precisa la frontera o división entre unos
y otros tipos de tuberías.
Hoy en día, la tendencia más aceptada es a entender la condición de rígido o flexible no como una
propiedad del tubo analizado de forma individual, sino del conjunto que forman el propio tubo como
tal, junto a las características del terreno que lo rodea, las condiciones de la instalación, etc, de manera
que, la posibilidad de que un tubo en unas condiciones determinadas fuera una estructura flexible y en
otras rígida ya no dependería solo de la geometría, como en el caso anterior, sino ahora también del
tipo de relleno que lo rodee, de la compactación alcanzada, etc.
Así las cosas, los tubos flexibles son aquellos que admiten ciertas deformaciones por la acción de las
cargas verticales, produciéndose un efecto de ovalización que, al aumentar el diámetro horizontal,
hace que entren en juego los empujes pasivos del terreno, aumentado de forma considerable su
resistencia.
Estos tubos quedarían fuera de servicio (las tensiones en la pared superarían las admisibles) si se
alcanzasen deformaciones circunferenciales muy elevadas, superiores al 20% del diámetro ó mas. Por
ello, se dimensionan para que la citada deformación causada por la acción de las cargas externas no
supere un valor del orden del 3% ó el 6% del diámetro, no alcanzándose para entonces el agotamiento
de su capacidad resistente.
En el extremo opuesto estarían los tubos rígidos, en los que la deformación por la acción de las cargas
ovalizantes es tan pequeña que no se benefician del posible empuje pasivo del terreno, sino que
absorbe todas las solicitaciones el propio tubo. En este caso, el tubo queda fuera de servicio cuando el
estado tensional en la pared excede el valor admisible.
Los estudios al respecto de los últimos años concluyen que, efectivamente, la división entre tubos
flexibles y rígidos sería excesivamente simple, ya que habría un estadio intermedio, que serían los
tubos semirígidos o semiflexibles, los cuales admiten cierta deformación ante las cargas externas, la
cual es suficiente para poder hacer variar el empuje de las tierras (comportamiento flexible).
En ellos puede ocurrir tanto que la deformación alcanzada para el estado tensional último sea muy
pequeña (menor, por ejemplo del 2 ó del 3%: comportamiento rígido) como que sea muy grande (más
de, por ejemplo, el 10%, de modo que se dimensionen limitando la deformación radial admisible a un
valor del orden del 3 ó el 5% del diámetro: comportamiento flexible). Por tanto, en el
1
6. Cálculo mecánico
dimensionamiento de estos tubos hay que comprobar que en cada instalación ni las deformaciones ni
las tensiones superan los valores admisibles (en los tubos flexibles puros bastaba con comprobar
únicamente lo primero, y en los absolutamente rígidos lo segundo).
Los criterios anteriores son, sensiblemente, los recogidos en la norma UNE-EN 805:2000, la cual
clasifica a los tubos de la siguiente manera:
- Tubos rígidos: “aquellos cuya capacidad de carga está limitada por la rotura, sin que
previamente aparezcan deformaciones significativas en su sección transversal”.
- Tubos flexibles: “los que su capacidad de carga está limitada por la deformación admisible”.
- Tubos semirígidos: “aquellos cuya capacidad de carga puede estar limitada bien por la rotura o
bien por la deformación transversal”.
Otra forma de entender la rigidez o flexibilidad de un tubo sería tal como lo aborda el proyecto de
norma europea prEN 1295-3:2001. Dicho documento introduce un criterio de clasificación a partir del
parámetro que denomina “rigidez relativa, Sc”:
Es
Sc =
8 * S * (1 − υ s2 )
donde Es es el módulo de elasticidad del suelo, υs es el módulo de Poisson del suelo, para el que
generalmente se utiliza el valor 0,3, y S es la rigidez anular de la tubería.
Se considera que la tubería se comporta como rígida cuando Sc≤9 y como flexible cuando Sc>9. Sin
embargo, aquellos casos en los que la rigidez relativa está comprendida entre 9 y 24 se suelen
denominar tuberías semirrígidas o tuberías semiflexibles caracterizadas porque su deformada mantiene
una forma elíptica.
A la luz de todo lo anterior, debe decirse, en primer lugar, que no ha lugar a establecer clasificaciones
absolutas de los tubos por rígidos, flexibles o semirrígidos, ya que dicha condición no depende solo
del propio tubo como tal sino además de las condiciones de la instalación (en rigor, habría que
distinguir entre un tubo rígido o flexible y un comportamiento rígido o flexible).
En cualquier caso, sí puede decirse que, en general, los tubos de acero y los de materiales plásticos
(PVC-U, PE, PRFV) se comportan siempre o casi siempre de manera flexible, que los de hormigón lo
hacen de forma rígida y que la fundición tendría un comportamiento semirígido, ya que éste variará
de rígido a flexible según diámetros.
2
7. Cálculo mecánico
2 Acciones de cálculo
Las principales acciones que, en general, deben considerarse en el cálculo mecánico de la tubería son
las siguientes (clasificación según norma NBE AE 88, del Ministerio de Fomento):
a) Acciones gravitatorias. Son tanto las producidas por los elementos constructivos de la tubería
como las que puedan actuar por razón de su uso.
a.1) Peso propio. Es la carga debida al peso de la tubería
a.2) Cargas permanentes o cargas muertas. Son las debidas a los pesos de los posibles
elementos constructivos o instalaciones fijas que tenga que soportar la tubería
a.3) Sobrecargas de uso. Son aquellas cargas derivadas del uso de la tubería y cuya
magnitud y/o posición puede ser variable a lo largo del tiempo. Son, básicamente, las
siguientes:
a.3.1) Carga debida al peso del agua en el interior de la tubería
a.3.2) Presión interna actuante, incluyendo el golpe de ariete
b) Acciones del terreno. Son las producidas tanto por el empuje activo como por el empuje
pasivo del terreno. En su determinación deben tenerse en cuenta las condiciones de instalación
de la tubería, así como que ésta sea rígida o flexible, el tipo de apoyo, el tipo de relleno, la
naturaleza del terreno, etc.
c) Acciones del tráfico. Son las producidas por la acción de los vehículos que puedan transitar
sobre la tubería.
Estas acciones derivadas del tráfico son, por su propia naturaleza, unas sobrecargas puntuales
que, además, tendrían la consideración de “acciones dinámicas”, las cuales actúan con un
cierto impacto. Por ello, al determinar su valor hay que multiplicar a la propia sobrecarga por
un “coeficiente de impacto” que tenga en cuenta esta circunstancia.
Otras acciones del tráfico serían, por ejemplo, las acciones causadas por máquinas
compactadoras que produzcan vibraciones, en cuyo cálculo habría que tener en cuenta también
la influencia de dichas vibraciones.
Las acciones más determinantes en el dimensionamiento de tuberías enterradas suelen ser la
presión interna (a.3.2), así como las acciones del terreno (b) y las del tráfico (c).
Por ello, para referirse a ellas pueden emplearse los términos “acciones internas” (para la
3
8. Cálculo mecánico
presión interior), y “acciones externas” (para las acciones tanto del terreno como del tráfico).
d) Acciones climáticas. Son las derivadas de los fenómenos climatológicos.
d.1) Acciones del viento. Son las producidas por las presiones y succiones que el
viento origina sobre la superficie de la tubería
d.2) Acciones térmicas. Son las producidas por las deformaciones debidas a los
cambios de temperatura.
d.3) Acciones de la nieve. Son las originadas por el peso de la nieve que, en las
condiciones climatológicas más desfavorables, podría acumularse sobre la tubería
e) Acciones debidas al nivel freático. Es el empuje hidrostático generado por el agua subterránea.
f) Acciones reológicas. Son las producidas por las deformaciones que experimentan los
materiales en el transcurso del tiempo por retracción, fluencia bajo las cargas u otras causas.
Salvo en las tuberías de hormigón armado y, sobre todo en las de hormigón pretensado, en las
que si que pueden tener cierta importancia estas acciones, en el resto de las tuberías
contempladas en las presentes Recomendaciones, este fenómeno, en general, es despreciable.
g) Acciones sísmicas. Son las producidas por las aceleraciones de las sacudidas sísmicas.
4
9. Cálculo mecánico
3 La hipótesis pésima de carga
Se entiende por "hipótesis pésima de carga" en una sección de una tubería a la combinación de
acciones de cálculo que produzca la máxima solicitación o deformación en esa sección.
Por “combinación de acciones”, la EHE (artículo 13) entiende el “conjunto de acciones
compatibles que se considerarán actuando simultáneamente para una comprobación
determinada. Cada combinación, en general, estará formada por las acciones permanentes, una
acción variable determinante y una o varias acciones variables concomitantes. Cualquiera de las
acciones variables puede ser determinante”.
3.1 Tubos sometidos a presión hidráulica interior
En las instalaciones aéreas, para todas las tipologías de materiales, la hipótesis pésima de carga
suele corresponder bien al estado tensional en la pared del tubo derivado de la sola acción de la
presión interior, o bien a la flexión longitudinal producida por las acciones gravitatorias, si bien,
en ocasiones, tal como se detalla en los apartados siguientes, puede haber alguna otra situación
también condicionante, como el pandeo, las posibles tracciones longitudinales o las tensiones en
los apoyos, etc.
En las instalaciones enterradas (lo más habitual), usualmente, las más determinantes son la
presión interior actuante (a.3.2), las acciones del terreno (b) y las del tráfico (c), de manera que
la hipótesis pésima de carga suele producirse por la combinación de las acciones que se indican
a continuación, según tipologías de tuberías.
- Tubos de acero. Las solicitaciones condicionantes suelen ser el estado tensional producido
por la sola acción de la presión interna o las deformaciones causadas en la hipótesis de
actuación única de las acciones externas. En estos tubos, debe, además, comprobarse el
comportamiento ante el pandeo o colapsado.
- Tubos de hormigón. La situación más desfavorable es el estado tensional causado por la
acción de las cargas externas e internas, bien individualmente o bien en conjunto.
- Tubos de materiales plásticos (PVC-U, PE y PRFV). Las solicitaciones condicionantes son
el estado tensional (causado bien por la acción individual de la presión interna, o bien junto
a las acciones externas), o las deformaciones causadas por las acciones externas, debiendo
en estos tubos plásticos comprobar también el comportamiento ante el pandeo transversal o
5
10. Cálculo mecánico
colapsado.
- Tubos de fundición. En el caso de diámetros grandes las solicitaciones condicionantes
serían el estado tensional producido por la sola acción de la presión interna o las
deformaciones causadas en la hipótesis de actuación única de las acciones externas
(comportamiento flexible), mientras que en los diámetros pequeños la situación más
desfavorable sería el estado tensional causado por la acción de las cargas externas e
internas, bien individualmente o bien en conjunto (comportamiento rígido).
Tabla 1 Hipótesis pésima de carga habituales en los diferentes tipos de tubos en instalaciones enterradas
Hipótesis pésima de carga
Carga
combinada
Solo acciones Solo acciones (acciones
Tipo de tubo Solicitación internas y
condicionante internas externas
externas)
Estado tensional
Acero Deformaciones
Pandeo o colapsado
Hormigón Estado tensional
Estado tensional
Fundición
Deformaciones
Estado tensional
PVC-U y PE Deformaciones
Pandeo o colapsado
Estado tensional
PRFV Deformaciones
Pandeo o colapsado
En resumen, las comprobaciones que hay que hacer en las tuberías enterradas son las siguientes:
a) Tensiones debidas a la presión hidráulica interior. En cualquier tipología de tubería,
debe comprobarse que, al actuar únicamente la presión hidráulica interior, las tensiones
producidas en la pared del tubo no exceden los valores admisibles.
b) Tensiones debidas a la acción conjunta de presión hidráulica interior y de las acciones
externas. En los tubos de hormigón y en los de materiales plásticos (PVC-U, PE y
PRFV), debe comprobarse que la actuación conjunta de la presión interior y de las
acciones externas produce un estado tensional inferior al admisible.
En estos tubos, determinadas combinaciones de presiones interiores (P) y momentos
flectores debidos a las cargas externas (W) agotan la tubería.
Los primeros estudios que profundizaron en lo anterior se realizaron para los tubos de
fibrocemento, para los que, tradicionalmente, se representaban dichas combinaciones
6
11. Cálculo mecánico
mediante la conocida como parábola de Schlick (Hüneberg, 1971), de forma que la
curva que representa estados de agotamiento de la tubería venía representada por la
ecuación:
W P
= 1−
Wr Pr
W Momento flector de aplastamiento
Wr Momento flector de rotura al aplastamiento
P Presión interna
Pr Presión interna de rotura
En los tubos de hormigón pretensado, dicha curva viene representada por una ecuación
similar, en concreto (Moser, 1990):
W P
= 3 1−
Wr Pr
En los tubos de materiales plásticos, la curva que representa los valores de W y P que
agotan la tubería es algo diferente (Liria, 1995), del estilo de la mostrada en la siguiente
figura. En ella puede verse que la presión máxima soportable es superior a la presión
aislada de rotura, ya que la presión interior anula parte de las flexiones producidas por
las acciones externas, disminuyendo las ovalizaciones, de forma que la combinación de
solicitaciones es mejor para el estado tensional.
Esta comprobación del estado tensional derivado de la acción de las cargas combinadas
no suele realizarse ni en los tubos de fundición ni en los de acero. Algunos textos
(Ductile iron pipe compendium, Pont a Mousson, 1986) han estudiado en profundidad
esta hipótesis de carga en los tubos de fundición, concluyendo en que, efectivamente, no
es una situación condicionante.
1,4 1,4
Fibrocemento
1,2 Hormigón 1,2
1,0 1,0
0,8 0,8
0,6 0,6
0,4 0,4 Fibrocemento
Hormigón
0,2 0,2
Plásticos
0,0 0,0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
W/Wr W/Wr
Fig 1Curvas de rotura por la acción conjunta de la presión interior y las cargas externas
7
12. Cálculo mecánico
c) Tensiones debidas a la acción exclusiva de las acciones externas. En los tubos de
hormigón y en los de PRFV, debe comprobarse además que, en la hipótesis de tubo
vacío, por la sola acción de las acciones externas, no se alcanza el estado tensional
último.
d) Deformaciones causadas por las acciones externas. En todas las tipologías excepto en
los de hormigón, debe comprobarse que las deformaciones causadas por la sola acción
de las cargas externas no excede un valor del orden del 3 ó el 6% del diámetro del tubo,
según materiales y diámetros.
e) Pandeo transversal o colapsado. En los tubos de acero y de materiales plásticos (PVC-
U, PE y PRFV) debe comprobarse que no se produce la rotura por pandeo.
3.2 Tubos con funcionamiento en lámina libre
En este caso, mucho más sencillo que el anterior, la hipótesis pésima de carga corresponde al
estado tensional o deformacional en la hipótesis de actuación única de las cargas externas,
conforme puede verse en la tabla adjunta
Tabla 2 Hipótesis pésima de carga habituales en los diferentes tipos de tubos en instalaciones enterradas
Solo acciones
externas
Tipo de tubo
Solicitación
condicionante
Gres Estado tensional
Hormigón Estado tensional
PVC-U y PE Estado tensional
Deformaciones
PRFV Estado tensional
Deformaciones
8
13. Cálculo mecánico
4 Métodos de cálculo para las acciones
Para la determinación de las acciones pueden utilizarse distintos métodos de cálculo, si bien
para las acciones más determinantes (terreno y tráfico) en España los más habituales son los
siguientes:
- Acciones del terreno
Estas acciones, en las tuberías enterradas se han venido calculando tradicionalmente en
España mediante las teorías de Marston, desarrolladas en la Universidad de Iowa, Estados
Unidos, entre los años 1910 y 1920.
Las teorías de Marston son sobre todo de aplicación para los tubos rígidos (hormigón), en
los cuales se aplica un coeficiente reductor a la carga obtenida.
Hay muchos textos en los que se pueden encontrar con el suficiente detalle el desarrollo de
dicha metodología. Como referencias españolas, por ejemplo, puede citarse la IET-80 y en
el ámbito norteamericano el “Concrete pipe design manual”, de la American Concrete Pipe
Association, o el “Manual M9. Concrete pressure pipe”, de la AWWA.
En los tubos de acero, por el origen norteamericano de la mayoría de la normativa existente
al respecto, es también práctica habitual utilizar la teoría de Marston para el cálculo de las
acciones del terreno, si bien en este caso no se suele emplear ningún coeficiente reductor, lo
que supone una seguridad adicional. Y en los tubos de fundición y de PRFV, es también
práctica habitual seguir este proceder.
Recientemente, en los años 1980, se ha desarrollado en Alemania el conocido como método
ATV de aplicación para todos los tipos de materiales, pero especialmente para las tuberías
flexibles o semirígidas. En España es el método que se emplea habitualmente para el cálculo
de las acciones del terreno en los tubos de PVC-U y en los de PE, y, en ocasiones, también
en los de PRFV.
Por último, existe otra posibilidad, desarrollada en Francia en los años 1990, que es el
conocido como método del Fascículo 70, de aplicación también, en principio, para todas las
tipologías de materiales, si bien en España se utiliza solo en ocasiones para los tubos de
fundición.
9
14. Cálculo mecánico
- Acciones del tráfico
En los tubos de acero y hormigón, de forma clásica, las acciones del tráfico se han venido
calculando mediante las teorías de Boussinesq, las cuales se encuentran desarrolladas (con
pequeñas variaciones entre unas fuentes y otras) en la norma DIN 1072:1985 o en la IET-
80.
En los tubos de PVC-U y en los de PE (y también en ocasiones en los de PRFV), de manera
análoga a las acciones del terreno, en España suele emplearse el método ATV para la
determinación de las acciones del tráfico.
Por último, en los tubos de fundición y de PRFV pueden emplearse los procedimientos
específicos previstos en las normas UNE-EN 545:1995 y AWWA C950 (o en el Manual
AWWA M45), respectivamente.
Tabla 3 Métodos habituales de cálculo de las acciones del terreno y del tráfico en tuberías enterradas en España
Acción Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de
fundición acero hormigón PVC y PE PRFV
Marston sin Marston sin Marston con ATV Marston sin
Terreno coefcte. coefcte coeficiente coefcte reductor
reductor reductor reductor ó ATV
Tráfico UNE- Boussinesq Boussinesq ATV AWWA M45
EN545:1995 ó ATV
10
15. Cálculo mecánico
5 Dimensionamiento de la tubería
5.1 Tubos sometidos a presión hidráulica interior
Los métodos de cálculo habitualmente empleados en España para la comprobación de las
solicitaciones pésimas indicadas en el apartado anterior, y en consecuencia recomendados en el
dimensionamiento, son los que se indican a continuación, los cuales se resumen en la tabla
adjunta.
Tabla 4 Métodos habituales para el dimensionamiento de tuberías en España
Solicitación Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de
fundición acero hormigón PVC y PE PRFV
Estado Fórmula de los “tubos
tensional por delgados”: IET-80 Presión < PN
presión σ = PxCxDN/(2xe)
interna
Estado
tensional por IET-80 ATV AWWA
carga M45 ó
combinada
ATV
Estado
tensional por IET-80 AWWA
las acciones M45 ó
externas
ATV
Deformación
por las Spangler Spangler ATV Spangler ó
acciones ATV
externas
Pandeo o colapsado Luscher Luscher Luscher
Normativa UNE-EN IET-80 UNE AWWA
545:1995 53331:1997 IN C 950
a) Tensiones debidas a la presión hidráulica interior. La comprobación de que la MDP no
excede el valor admisible de la tensión se realiza en los tubos de material homogéneo
11
16. Cálculo mecánico
mediante la fórmula de los tubos delgados:
MDP × C × DN
σ adm =
2× e
σadm tensión admisible del material constitutivo tubo
C coeficiente de seguridad
DN diámetro nominal
e espesor de la pared del tubo
Simplificadamente, en los tubos que se fabriquen bajo distintas series de presiones
nominales (plásticos, básicamente), la comprobación anterior, no obstante, puede
sustituirse simplemente por verificar que la PN del tubo sea superior a la presión de
servicio, ya que en el concepto de PN va implícito el que el tubo resista en ausencia de
cargas externas, y de forma continuada y a largo plazo, una presión igual a la presión de
servicio. Debe, en cualquier caso, comprobarse que las sobrepresiones debidas al golpe
de ariete son igualmente soportables por el tubo.
b) Tensiones debidas a la acción conjunta de la presión y de las acciones externas. Los
métodos de cálculo habitualmente empleados en España para la determinación del
estado tensional por la acción conjunta de las cargas combinadas son muy variados.
Así, por ejemplo, en los tubos de PVC-U y en los de PE, viene en utilizarse desde los
años 1990 el método ATV (desarrollado en la norma UNE 53331:1997 IN), mientras
que en los de PRFV puede utilizarse bien el mismo método ATV o bien el
procedimiento recogido en la norma AWWA C-950 (o en el manual M45 que amplia el
contenido de dicha norma). En los tubos de hormigón, por último, suele emplearse la
formulación descrita en la IET-80.
c) Tensiones debidas a la acción exclusiva de las cargas externas. Para esta comprobación,
cuando sea necesaria, se emplean los mismos procedimientos que en el caso anterior.
d) Deformaciones causadas por las cargas externas. Esta comprobación suele realizarse
mediante la fórmula de Spangler en los tubos de fundición y acero y mediante el
método ATV en los de PVC-U y PE. En los tubos de PRFV puede utilizarse cualquiera
de ambas.
e) Pandeo transversal o colapsado. Cuando sea necesaria su comprobación (acero y
materiales termoplásticos), la carga crítica de pandeo Pcrit suele calcularse mediante la
formulación de Luscher:
3
2E e
Pcrit =
1 − υ 2 DN
Pcrit carga crítica de pandeo, en N/mm2
E módulo de elasticidad del material de la tubería, en N/mm2
ν coeficiente de Poisson del material de la tubería.
e espesor del tubo, en mm
DN diámetro nominal del tubo, en mm
12
17. Cálculo mecánico
5.2 Tubos con funcionamiento en lámina libre
Tabla 4 Métodos habituales para el dimensionamiento de tuberías en España
Solicitación Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de Tubos de
fundición gres hormigón PVC y PE PRFV
Estado Wtotal< Wtotal< ATV
tensional por Wrotura/C Wrotura/C AWWA
las acciones M45 ó
externas
ATV
Deformación
por las Spangler ATV Spangler ó
acciones ATV
externas
Normativa UNE-EN UNE-EN UNE 127010 UNE AWWA
598 295 53331:1997 IN C 950
Las comprobaciones de las deformaciones causadas por las acciones externas en los tubos de
fundición y de materiales plásticos, así como la verificación del estado tensional en estos tubos
plásticos es tal como se indicó en el apartado anterior.
En los tubos rígidos (gres y hormigón) se trata de comprobar que las cargas totales que solicitan
al tubo (derivadas de la acción del terreno y del tráfico si la hubiere) es inferior a la carga de
rotura al aplastamiento del tubo, disminuida por un factor de seguridad que debe tener en cuenta
el tipo de apoyo de la tubería.
Las cargas de rotura al aplastamiento de los tubos son un parámetro de clasificación de los
mismos (60, 90, 135 y 180 kg/cm2 en los tubos de hormigón ó 95, 120,160 y 200 kp/cm2 en los
tubos de gres).
13