Diseño de bloque de empuje | Trabajo de un Bloque de Empuje en Tuberías (Con PDF)

Un bloque de empuje es una restricción de tubería de concreto que evita que la línea principal se mueva al transferir las cargas de la tubería (principalmente debido al empuje de presión) a una superficie de carga más ancha. Por lo general, se proporcionan bloques de empuje para tuberías enterradas en accesorios que requieren ramificación o cambio de dirección. Las fuerzas de empuje generadas en los cambios de dirección o uniones en T debido al empuje de la presión interna son atendidas por estos bloques de empuje, lo que evita la separación de las juntas de tubería en estas ubicaciones de accesorios de tubería. Los bloques de empuje también se conocen como restricciones de empuje.

¿Por qué proporcionar bloques de empuje?

Los fluidos que viajan a través de un sistema de tuberías bajo presión interna ejercen una fuerza de empuje en todas las curvas, uniones en T y extremos de tope. La magnitud de estas fuerzas suele ser tan alta que puede debilitar fácilmente las juntas e incluso puede causar fugas o fallas en el sistema de tuberías/tuberías. Con un aumento en el tamaño de la tubería, estas fuerzas aumentan aún más. La instalación de un bloque de empuje absorbe parcialmente esa fuerza de empuje de presión y el resto se transfiere al suelo circundante.

Sin embargo, tenga en cuenta que los bloques de empuje rara vez se usan para tuberías de acero, ya que el grosor de las tuberías soldadas suele ser suficiente para evitar la separación de las juntas. Pero el uso de bloques de empuje es bastante común para los sistemas de tuberías de hierro dúctil, GRP/FRP, PE/HDDE, PVC.

Diseño de bloque de empuje

Como ya se mencionó, un bloque de empuje es un gran bloque de hormigón. Tiene que tener el tamaño adecuado para que el bloque de empuje sea capaz de soportar la fuerza de empuje de presión. Aunque los bloques de empuje están diseñados específicamente para absorber la fuerza de empuje de presión, también deben diseñarse para resistir las fuerzas térmicas. A veces, la carga térmica puede ser mayor que la carga de empuje de presión. Por lo tanto, se sugiere averiguar tanto la carga térmica como la de presión y considerar el valor de la fuerza máxima para el cálculo del diseño del bloque de empuje. Entonces, para dimensionar un bloque de empuje, el primer requisito es la fuerza de empuje.

Cálculo de la fuerza de empuje para el diseño de bloques de empuje

La fórmula básica para el cálculo de la fuerza de empuje es Presión multiplicada por el área de la sección transversal interna de la tubería. Sin embargo, dependiendo de las distintas configuraciones de tuberías, esta fórmula debe modificarse. La siguiente imagen (Fig. 1) proporciona algunas fórmulas típicas de cálculo de fuerza de empuje para tuberías de hierro dúctil (Referencia: Asociación de Investigación de Tuberías de Hierro Dúctil)

Fórmula de fuerza de empuje para varias configuraciones de tuberías
Fig. 1: Fórmula de fuerza de empuje para varias configuraciones de tuberías
  • Fuerza de empuje en un codo o curva: Para calcular la fuerza de empuje de diseño o la fuerza resultante para curvas, se puede utilizar la siguiente fórmula. Fuerza de empuje, F = 2 PA sen (ϕ/ 2) Donde: P = presión de diseño, A = área de la sección transversal de la tubería y ϕ = ángulo de la curvatura.
  • Fuerza de empuje en tapones o tapas: La fuerza de empuje en un tapón o tapa es igual a la presión de diseño (P) multiplicada por el área de la sección transversal (A) de la tubería. (Fuerza de empuje, F = PA).
  • Fuerza de empuje para conexiones en T: La fuerza de empuje generada en una conexión en T se calcula como F=P Ab. Donde P = presión interna de diseño y Ab = área de la sección transversal del ramal.
  • Cálculo de la fuerza de empuje de los reductores de tuberías: La fuerza de empuje de diseño para los reductores/expansores de tuberías es igual a la presión de diseño (P) multiplicada por la diferencia de las áreas transversales de los tamaños de los extremos grande (A 1 ) y pequeño (A 2 ) de el reductor Por lo tanto, fuerza de restricción de empuje, F = P (A 1 − A 2 )

La carga térmica se puede tomar directamente de cualquier software de análisis de tensión como Caesar II, Start-Prof, Rohr-II o Autopipe.

Una vez que se conoce la fuerza de empuje (supongamos que el valor calculado de la fuerza de empuje es F), tenemos que calcular el área requerida para soportar esa fuerza de empuje. El área se puede calcular conociendo las propiedades del suelo donde se instalará la restricción de empuje. El parámetro de suelo requerido es la presión de carga (supongamos que es Pb) del suelo. Por lo tanto, el área mínima requerida (A) se puede calcular fácilmente dividiendo la fuerza de empuje por la presión del suelo. Por lo tanto, el área mínima requerida A=F/P b . Esta área mínima debe multiplicarse por un factor de seguridad (normalmente, 1,5) para obtener el área real.

Una vez que se conoce el área mínima requerida, se puede diseñar la geometría del bloque de empuje después de conocer el tipo de accesorio de tubería donde se instalará el bloque de empuje.

Factores que afectan el tamaño de un bloque de empuje

Entonces, como se especificó anteriormente, se requieren cuatro parámetros para dimensionar un bloque de empuje. Esos son:

  1. Presión interna máxima para calcular la fuerza de empuje
  2. Tamaño de la tubería para calcular el área de la sección transversal de la tubería para calcular la fuerza de empuje.
  3. Carga de soporte del suelo para averiguar el área requerida para el bloque de empuje y
  4. Tipo de accesorio (y grado de ángulo en caso de curvas) para definir la geometría del bloque de empuje

Fig. 2 debajo de algunas imágenes de bloques de empuje típicos.

Imágenes típicas de bloques de empuje
Fig. 2: Imágenes típicas de bloques de empuje

¿Qué es un bloque de empuje en una tubería?

Los bloques de empuje en una tubería se refieren a los bloques de hormigón provistos en tuberías enterradas para evitar el movimiento y absorber las fuerzas de empuje. Para tuberías enterradas grandes , la fuerza de empuje de presión se vuelve demasiado grande y generalmente se ejerce en codos y tees. Por lo tanto, se agregan relojes de empuje en esas regiones para evitar fallas en los componentes de las tuberías.

¿Cómo funciona el bloque de empuje?

Los bloques de empuje están dimensionados para tener un área de soporte más grande que transfiere la fuerza de empuje de los accesorios de tubería al suelo y, por lo tanto, protege contra fallas en las juntas.

¿Dónde se necesitan bloques de empuje?

Convencionalmente, los bloques de empuje son necesarios en los cambios de dirección de las tuberías subterráneas . Entonces, en todos los accesorios como codos, Yes, Ts, Caps, donde sea que la tubería cambie de dirección.

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