JUNTAS ACERROJADAS
Un método alternativo de restringir el empuje es el uso de juntas acerrojadas. Una junta acerrojada es una junta especial de tipo espiga - campana que está diseñada para dar un amarre o seguro longitudinal. Los sistemas de juntas acerrojadas funcionan en una forma similar a los bloques de soporte, de modo que la reacción de la unidad de tubería restringida, en conjunto con el suelo, balancea las fuerzas de empuje.
La fuerza de empuje debe ser restringida o balanceada por la reacción de la unidad de tubería acerrojada junto con el suelo que la rodee. La fuente de las fuerzas restrictivas se divide en dos. Primero, la fricción estática entre la unidad de tubería y el suelo; y segundo, la restricción o cerrojo proporcionado por el tubo al apoyarse contra el suelo de relleno lateral que hay a lo largo de cada pata del codo. Ambas fuerzas son funciones de la longitud de acerrojado L de cada lado del codo, y se presume que actúan en dirección opuesta a la fuerza de empuje (oponiéndose e impidiendo el movimiento del codo).
Los valores de la cohesión del suelo (Cs) y el ángulo de fricción interna del suelo (ø) deben ser conocidos o conservadoramente estimados para el suelo en una instalación particular. Los valores fc y f ø están relacionados con el tipo de suelo y material de la tubería. La tabla 3 presenta valores conservadores de estos parámetros para tubería de hierro dúctil en siete clasificaciones generales de suelos saturados. FUERZA DE FRICCIÓN UNITARIA, Fs
La fuerza de fricción estática actuando sobre un cuerpo es igual en magnitud a la fuerza aplicada hasta un valor máximo. En los análisis convencionales, la fricción estática máxima es proporcional a la fuerza normal entre las superficies que proporcionan la fricción. La constante de proporcionalidad, en este caso llamada el coeficiente de fricción, depende de la naturaleza de las superficies. El trabajo empírico de Potyondy indica que para la fricción entre tuberías y suelos, la fuerza también depende de la cohesión del suelo.
Entonces: si Fs=APC+W tan , donde AP es el área de superficie del exterior del tubo en m2/m, C es la cohesión de tubo en kg/m2, y es el ángulo de fricción del tubo en grados. El término está definido por la ecuación . La unidad de fuerza normal W es dada por W = 2We + Wp + Ww' donde la carga de tierra (We) es tomada como la carga del prisma sobre el tubo en kg/m. Está definida por la ecuación We = HD', donde es la densidad del suelo en kg2/m3 y H es la profundidad de cubierta en metros. La carga de tierra es duplicada para considerar las fuerzas actuantes en ambas partes superior e inferior de la tubería. La unidad de peso del tubo y el agua (WP + Ww) es dada en la tabla 2. La cohesión de la tubería (C) es definida por la fórmula C=fc*Cs.
Entonces RESISTENCIA UNITARIA DE APOYO, RS
La resistencia unitaria lateral máxima, Rs en el codo, se limita para que no exceda una distribución rectangular del empuje del suelo pasivo Rankine Pp, la cual es generalmente menor que la capacidad última del suelo para resistir el movimiento de la tubería.
El empuje pasivo del suelo para un suelo en particular es dado por la fórmula Rankine:

Donde Pp = empuje pasivo del suelo (kg/m2)
= densidad del suelo (kg/m3) Hc = profundidad de cubierta a la línea central del tubo (m)
| N |
 |
= tan2 (45° + |
 |
) | Cs = cohesión del suelo (kg/m2)
Como se mostró arriba, el empuje pasivo completo del suelo Rankine, Pp, puede desarrollarse con movimientos insignificantes en suelos bien compactados. Para algunas condiciones estándares de tendido de tubería de hierro dúctil, el valor de diseño del empuje pasivo del suelo deberá ser modificado por un factor Kn para asegurar que no ocurra un movimiento excesivo. Por tanto, Rs = KnPpD´.
En la tabla 3 se muestran valores empíricamente determinados para Kn.
En este contexto, el valor escogido para Kn depende de la compactación de la zanja, los materiales de relleno, y el suelo inalterado. Por consiguiente, para un codo horizontal, la ecuación es:

En ciertas instalaciones extraordinarias pueden resultar cargas y resistencias friccionales menores sobre los tubos que lo calculado con estas ecuaciones. Cuando existan estas condiciones, esto debe ser considerado para el diseño. |