El diseño del bloque de presión está diseñado para absorber las fuerzas causadas por los cambios en la dirección del líquido que fluye a través de los tubos. Un cambio en el impulso crea fuerzas externas sobre los tubos. Los bloques de presión están diseñados para adaptarse a estas fuerzas aunque no puedan ser soportados por la propia tubería.
Este artículo analiza la literatura sobre diseño de pilares y un ejemplo de diseño de pilares.
Informe CRIA 128 Proporciona directrices completas para el diseño de bloques de columnas.
El método de cálculo está sujeto a los siguientes supuestos, tal como se indica en el Informe CRIA 128.
- Las secciones transversales de flujo son constantes (excepto en el caso de los conos).
- La pérdida de viscosidad en los componentes es insignificante, excepto en el caso de válvulas parcialmente cerradas.
- La presión dinámica es baja (las velocidades del flujo rara vez superan los 3 ms -1 , lo que corresponde a una altura dinámica < 0,05 bar).
- La teoría del flujo unidimensional es válida.
- El líquido del tubo es un fluido newtoniano, por ejemplo agua.
- Las fuerzas de empuje de cualquier fricción resultante de una caída de presión asociada con un cambio en la velocidad del flujo se consideran insignificantes para aplicaciones dentro del alcance de este informe.
En la directriz se especifican dos métodos para calcular la fuerza de empuje.
La siguiente tabla y los diagramas asociados también se pueden utilizar para calcular las fuerzas que actúan sobre el bloque de columnas.
Para calcular las fuerzas que actúan sobre el bloque de presión, puede utilizar uno de los métodos mencionados anteriormente.
Ejemplo de construcción de bloque de presión.
El análisis y diseño consideraron los siguientes supuestos y datos de diseño.
- Densidad del hormigón 24 kN/m 3
- Calidad del hormigón clase 25
- Resistencia característica mínima del acero 460 N/mm 2
- Cobertura de refuerzo debajo del borde superior del suelo 75 mm.
- Presión de funcionamiento 6bar (= 600kN/m 2 )
- Inclinación de la tubería 45 0
- Ángulo de fricción interna 30 0
- Presión de soporte permitida 150 kN/m 2
- Densidad del suelo 18 kN/m 3
Esta sección calcula las cargas sobre el bloque trasero, calcula el peso del bloque trasero y comprueba la estructura de soporte y refuerzo.
CÁLCULO DE LA RESPUESTA DE UN TUBO DE 1200 MM DE DIÁMETRO
Ángulo de la tubería con respecto a la horizontal = 45 0
Fuerza horizontal = PA(1-cosθ) = 600 x π x 1,2 2 (1-cos45)/4 = 200kN
La fuerza horizontal actúa en la dirección del tubo.
Respuesta vertical = PA senθ = 600 x π x 1,2 2 x (sen45)/4 = 480 kN
Considere la disposición del bloque de empuje como se muestra en la figura anterior. El ancho del bloque de presión es de 2250 mm y la longitud es de 2000 mm.
Peso del hormigón = (2,25 x 1,05 x 2 – π x 1,2 2 x 2 / (2 x 4) ) x 24 = 87 kN
comprobar el almacén
Reacción vertical = 480 kN
Dado que la presión de funcionamiento se tiene en cuenta al calcular las fuerzas de empuje, la reacción vertical suprayacente se puede tener en cuenta para controlar el rodamiento.
Fuerza vertical SLS = 480 kN
Reacción vertical al suelo = 480 + 87 = 567 kN
Área del pilar = 2,25 x 2 = 4,5 m 2
Presión bajo la base = 567 / 4,5 = 126 kN/m 2
La presión es inferior a la presión de soporte permitida (150 kN/m 2 ). Entonces, está bien.
Comprobación de la estabilidad lateral
El cambio de ángulo crea fuerzas verticales y horizontales. Las fuerzas horizontales actúan en la dirección de la tubería. Este cálculo supone que no actúan fuerzas sobre la tubería.
Como se muestra en la figura anterior, la tubería se coloca a 2 m por debajo de la superficie del suelo.
Del cálculo anterior
Fuerza horizontal sobre el tubo (SLS) = 200 kN
Fuerza de diseño = 1,5 x 200 = 300 kN
Resistencia del suelo = fuerza debida a la diferencia de fuerza lateral + resistencia de la base
Resistencia de puesta a tierra = (σ P -σ A )A F +τ b A b
Calcular el coeficiente de presión activa del suelo = (1-sinθ)/(1+sinθ)
Ka = (1-sen30)/(1+sen30)
Ká = 0,333
Calcular el coeficiente de presión pasiva del suelo = (1+sinθ)/(1-sinθ)
Kp = (1+senθ)/(1-senθ)
Kp = 1,5
Dado que las fuerzas en el bloque de concreto y el tubo, considere la presión en el medio del tubo.
Presión activa = K A γh = 0,333 x 18 x 2 = 12 kN/m 2
Presión pasiva = K P γh =3 x 18 x 2 = 108 kN/m 2
Superficie lateral = tubo + pilar = 0,6 + 1,05 = 1,65 m
Área lateral = 1,65 x 2 = 3,3 m 2
Fuerza de resistencia = (108 – 12) x 3,3 = 316,8 kN
Fuerza horizontal aplicada = 300 kN
Por tanto, el bloque de pilar es horizontalmente estable. Además, la resistencia base no se consideró en este cálculo. Tener en cuenta la resistencia de la base aumenta aún más la resistencia.
Además, el cálculo anterior se puede verificar de la siguiente manera.
Fuerza aplicada SLS = 200 kN
Resistencia = 316,8kN
El factor de seguridad contra resbalones = 316,8/200 = 1,58 >1,5
Entonces, está bien.
