RED URBANA DE DISTRIBUCIÓN DE GAS NATURAL A CHINCHA – TRAMO I (PESQUERA HAYDUK) Memoria de Cálculo – Tubería – Tubería
Proyectada DN 10”
Cruce de Vías
INDICE 1.
ALCANCE
2.
NORMAS Y ESTÁNDARES
3.
DOCUMENTOS REFERENCIALES
4.
DATOS GENERALES PARA EL DISEÑO
5.
CONCLUSIONES
CTG-PY-C-GT-109-GA_CH Rev. 0 – 19/08/2014 Hoja 1 de 14
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1. ALCANCE La presente Memoria de Cálculo forma parte del análisis de la tubería de acero Ø 10” proyectada. La tubería en análisis es de diámetro Ø 10” de espesor 0.365”, de material ASTM A-53 STD con un esfuerzo de fluencia Fy=35000 PSI, con una presión máxima de diseño igual a 19.2 barg. El análisis se realiza en el escenario de tuberías enterradas con cobertura de tierra y con cargas de camiones. 2. NORMAS Y ESTÁNDARES
El análisis de la tubería de gas se desarrolla de acuerdo a los lineamientos de las especificaciones de diseño de la ASME B31.8: “Sistemas de tubería para transporte y distribución de gas”.
El análisis de la tubería en condición de excavación y relleno se hace en base a la norma API RP-1102-2007 “Steel Pipelines Crossing Railroads and Highways”
3. DOCUMENTOS REFERENCIALES Documento:
Plano: CTG-PL-C-DT-1018-GA-TM Rev. 1 Plano de Línea Troncal Planta y Perfil – Pesqueras Chincha 4. DATOS GENERALES PARA EL DISEÑO 4.1 DATOS DE ENTRADA DATOS DE LA TUBERÍA Ítem
Descripción
Diámetro Nominal (pulgadas)
1
Tubería Proyectada (Prof. = 1.20 m/ 4.00 ft.)
Ø10”
Espesor (pulgadas)
Material
0.365”
ASTM A-53 STD
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4.2 CARGAS CONSIDERADAS
Para el análisis tubería existente se considero las cargas de tierra, sobrecarga y presión de servicio interna de tubería.
Para la sobrecarga de vehículos se estableció la siguiente relación de vehículos: MAESTRO GENERAL DE EQUIPOS
Se considera la carga del camión más pesado para el análisis de la tubería, los pesos admisibles en toneladas para el camión es de:
La carga concentrada es la de ejes traseros y es la de tándem:
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Carga concentrada a ser considerada en el análisis: Pt=16*2/4=8ton=17.7kip
La carga puntual de 8 tn. considerada es equivalente a la carga de rueda del camión de diseño especificado por la AASHTO HL-93 usado para carreteras principales.
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4.2.1 TUBERIA ENTERRADA CON COBERTURA DE TIERRA – DN Ø10” Se analiza la tubería en la zona donde será instalada con diámetro Ø10”, utilizando la norma API RP-1102-2007 “Steel Pipelines Crossing Railroads and Highways”. La cobertura de tierra es
la que se encuentra proyectada. Paso A Información Inicial de Diseño Diámetro Exterior, D Presión de Operación, p Grado del Tubo Mínima Extensión de fluencia especifica, SMYS Factor de Diseño, F Factor de Junta Longitudinal, E Temperatura de Instalación, T1 Temperatura Máx. o Mín. de Operación, T2 Factor red. Temperatura, T Espesor de Tubo, tw
= = = = = = = = =
10 in 278,4 psi Gr. B 35000 psi ASTM A53, STD 0,3 (ver anexo I, table 841.114B) 1 N/A N/A 1 0,365 in
Características del sitio e instalación: Tapada, H (medida desde el plano inferior de la vía a tope de tubería) Diámetro del hueco, Bd
= =
10 in
Tipo de suelo
=
Arena densa y grava
Módulo de reacción del suelo, E' Módulo resilente, Er Peso unitario, ɣ Tipo de Costura longitudinal Carga de rodadura para eje tandem, Pt Tipo de pavimento Carga viva, w
= = = = = = =
1 ksi 10 ksi 120 Lb/ft. = ERW 10 rígido 69,4
Otras propiedades del Tubo Módulo de Young, Es Poisson's ratio, Vs Coeficiente de expansión térmica, αr
= = =
4,00
ft. (según API 1102, 4.4.2.a)
30000000 psi 0,30 6,50E-06 per ºF
0,069 lb/in.3
= 1,20 mt.
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Paso B
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Chequeo de la Tensión admisible de Barlow ecuación 8a (API 1102, parag. 4.8.1.1) con:
p D tw F E T SMYS
= = = = = = =
278,4 10 0,438 0,3 1 1 35000
Shi (Barlow) = FxExSMYS =
3039 10500 3039 ≤ 10500 Ok Verifica…!!
Paso C
Tensión circunferencial por carga del suelo.
tw/D E'
= =
0,0365 1,00
Khe
=
666,66
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H/Bd
=
Bd/D =
D = ɣ =
4,8
Be
1
10 in
=
Hoja 7 de 14
0,96
Ee =
0,83
She= Khe x Be x Ee x ɣ x D
0,069 lb/in.3 She =
367 psi
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Paso D
Paso E
Factor de Impacto, Fi, y Presión superficial de diseño, w
H =
4,00 ft.
w =
69,4 psi
Tensiones cíclicas, ΔSHh and ΔSLh
E.1 Tensiones cíclicas circunferenciales, ΔSHh
Fi =
1,5
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tw/D = Er . =
0,0365 10 ksi
KHh =
10
D =
10 in.
GHh =
1,3
E.1.3 Tabla 2 con pavimento rígido/ejes tandem
D H
= =
10 4,00
in. ft.
R L
= =
0,90 1,00
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Ho a 10 de 14
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ΔSHh = KHh x GHh x R x L x Fi x w
=
1218
psi.
ΔSHh
= 1218
E.2 Tensiones cíclicas longitudinales, ΔSLh
tw/D = Er . =
0,0365 10 ksi
KLh =
8
psi
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D . = H . =
10 in. 4,00 ft.
GLh =
1,4
De la Tabla 2 con pavimento rígido/ejes tandem H
. =
4,00 ft.
R
=
0,90
D
. =
10 in.
L
=
1,00
ΔSLh = KLh x GLh x R x L x Fi x w =
Paso F
ΔSLh =
1049 psi
Tensiones circunferencial por presión interna, Shi p = D = tw = Shi = p(D-tw)/2tw =
Paso G
1049
278,4 10 0,365 3674 psi
Shi =
3674 psi
Tensiones Principales, S1, S2, S3 Es = αr = T1 = T2 = Vs =
30000000 6,50E-06 N/A N/A 0,30
G.1 Ecuación 9 con: She = ΔSHh = Shi = S1 = She + ΔSHh + Shi =
367 psi 1218 psi 3674 psi 5259
S1 =
5259 psi
S2 =
2238 psi
G.2 Ecuación 10 con: ΔSLh =
She = Shi =
1049 psi 367 psi 3674 psi
S2 = ΔSLh - Es x α T(T2-T1) + Vs(She + Shi) =
2238 psi
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Hoja 12 de 14
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G.3 Ecuación 11 con: p =
278,4
S3 =
-278 psi
G.4 Effective stress, seff ecuación 12 con: S1 = S2 = S3 =
Seff = √(1/2[(S1-S2)² + (S2-S3)² + (S3-S1)²]
5259 psi 2238 psi -278,4 psi
=
4731 psi
Seff
=
4731
psi
4731 ≤ 10500 Ok Verifica!! Paso H
Chequeo por fatiga
H.1 Costuras circunferenciales Tabla 3 F
=
0,3
Ecuación 17 con: ΔSLh
= SFG x F =
1049 psi 3600 psi
SFG = 12000 psi SFG ΔSLh ≤ xF 1049 ≤ 3600 Ok Verifica!!
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Hoja 13 de 14
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H.2 Costuras longitudinales Tabla 3 F
=
0,3
Ecuación 20 con: = SFL x F = ΔSHh
1218 psi 6300 psi
SFL = 21000 psi
ΔSHh
≤
1218 ≤
SFL xF 6300 Ok Verifica!!
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5. CONCLUSIONES
La tubería de gas proyectada de Ø 10” con la cobertura de tierra de 1.20m (4.00ft), tiene una suficiente capacidad de resistencia ante cargas de tránsito; por lo cual no es necesario la colocación de protección mecánica.
Las tuberías de Ø 10” tiene suficiente capacidad de resistencia ante cargas de tránsito y así mismo cumple los requerimientos de la norma ASME B31.8.
Siendo que la tubería proyectada para el cálculo es del material más crítico existente en el mercado, se entiende que una tubería de mejor calidad tendrá una capacidad de resistencia ante cargas de tránsito mejor a l tubería proyectada.
La tubería de gas proyectada de Ø 10 ” no necesita la colocación de protección mecánica, pero con el propósito de proteger de futuras excavaciones a la misma, en los cruces de canales se le colocara una protección mecánica tipo 3 (PM3).
La tubería de gas proyectada de Ø 10” con la cobertura de tierra de 1.20m (4.00ft), tiene una suficiente capacidad de resistencia ante cargas de tránsito, pero por precaución, en los cruces de vías la tapada será de 1.50 m (4.50 ft).