Tuberías enterradas
La mayoría de las plantas industriales tienen al menos algunos sistemas de tuberías que se encuentran por debajo de la superficie, es decir, por debajo de la elevación estándar del terreno definida en la planta. En la mayoría de los casos, la tubería se instala durante la construcción de la nueva planta, y pocas veces se vuelve a pensar en estos sistemas hasta que surge un problema.
Los sistemas van desde aquellos con un efecto mínimo en la operación segura de la planta, como drenajes pluviales hasta sistemas relacionados con la seguridad, como tuberías auxiliares de agua de alimentación utilizadas para suministrar agua a generadores de vapor en algunas centrales nucleares si el sistema principal de agua de alimentación no está disponible. Otros sistemas importantes que con frecuencia son subterráneos incluyen la protección contra incendios, el servicio de agua y aire, y la tubería de combustible de emergencia del generador diésel.
Una «tubería subterránea» no es igual que una «tubería enterrada». La tubería enterrada es técnicamente un subconjunto de tuberías subterráneas. La tubería enterrada se define como la tubería que está debajo del nivel del suelo y en contacto directo con el mismo. Mientras que la tubería subterránea está debajo del nivel, no es accesible y está fuera de los edificios. Las tuberías subterráneas podrían, por ejemplo, estar contenidas dentro de una bóveda de hormigón, y puede no ser accesible de forma rutinaria.
Instalación de una sección de tubería en una zanja
La integridad de una tubería enterrada para un rango de cargas aplicadas debe ser evaluada. Existen los siguientes tipos de tuberías enterradas:
- Tubería enterrada nueva o existente, hecha de acero al carbono o aleación de acero, fabricada según las especificaciones del material ASTM o API.
- Tubo soldado, unido por técnicas de soldadura permitidas por el código ASME o los estándares API.
- Tubería diseñada, fabricada, inspeccionada y probada de acuerdo con un código de tuberías según ASME B31.
Bajo los efectos del movimiento del suelo, las tuberías enterradas pueden estar sujetas a grandes cargas de flexión y tracción. Las fuentes de movimiento del suelo pueden incluir asentamiento diferencial del suelo, desplazamiento de fallas, desplazamiento durante sismos, levantamiento por heladas o asentamiento de deshielo.
Escenario de asentamiento por deshielo
La medición o predicción del desplazamiento del terreno requiere una experiencia especial. El enfoque para evaluar la respuesta de la tubería generalmente requiere análisis por elementos finitos que tengan en cuenta el comportamiento no lineal del suelo y la tubería.
Los límites de tensión se usan generalmente para evitar arrugas localizadas o fracturas por tracción en las soldaduras circunferenciales, al mismo tiempo que permiten un cierto control del esfuerzo de fluencia del acero. Se pueden establecer límites de deformación apropiados tales como límites de tensión o curvatura en base a pruebas y análisis detallados. A la luz de estas observaciones, no es posible desarrollar fórmulas de diseño simples para movimientos diferenciales del suelo basados en procedimientos de análisis de tensión elástica.
Un diseño y análisis riguroso implica un análisis de interacción tubo-suelo no lineal. Se considera la relación no lineal entre tensión y deformación del tubo de acero. El modelo debe tener en cuenta la resistencia axial a la tubería y la resistencia a la flexión, la resistencia longitudinal del suelo causada por la adhesión y la fricción, y la resistencia transversal del suelo. La resistencia del suelo generalmente se idealiza como un resorte elástico.
La resistencia distribuida del suelo se modela como una serie de muelles discretos que proporcionan una resistencia específica por unidad de longitud de tubería.
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