345
F
atiga
del
material
en
los
transitorios
hidráulicos
5.1.5 D
iseño
seguro
contra
fatiga
del material
Por todo lo anterior, es importante considerar la posible fatiga del material en la determina-
ción del espesor de las tuberías en el diseño de los acueductos que operarían con frecuentes
paros y arranques. La pertinencia del diseño contra fatiga está reglamentado en la norma
internacional ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section III. De acuerdo con el inciso
NC-3219.2, Condition A, de ese código internacional, la consideración de fatiga es obligatoria
para materiales con resistencia a tensión menor de 80,000 psi, cuando el número de ciclos de
presión es mayor que 1,000, incluyendo paros y arranques de los equipos. El cálculo del es-
pesor de una tubería de acero o hierro dúctil se realiza por la bien conocida ecuación (5.1.1):
t
s
pD
2=
5.1.1
donde:
t
= espesor de pared del tubo
p
= la presión de diseño
D
= diámetro del tubo
S
= esfuerzo admisible que considera en si el factor de seguridad
De acuerdo con el Manual AWWA M11, se consideran dos situaciones para la presión de
diseño y el esfuerzo admisible (coeficiente de seguridad). En la primera se calcula con la
suma de la presión de trabajo más la sobrepresión del transitorio, y 75% del esfuerzo de
cedencia del material. En la segunda el espesor se calcula con la presión de trabajo o la
presión estática (la que resulte mayor de las dos), y la mitad del esfuerzo de cedencia del
material. Para el diseño contra fatiga habría que agregar un tercer cálculo con diferente
esfuerzo admisible, de acuerdo con el número esperado de ciclos de presión, la magnitud de
la presión, y la curva
S-N
del material. Son posibles tres escenarios en este cálculo, que se
describen a continuación, en orden de más conservador a menos conservador.
Diseño basado en el límite de fatiga:
Un diseño totalmente seguro contra fatiga del material consiste en determinar el espesor de
la tubería que garantiza que no se sobrepase el límite de fatiga correspondiente. En este caso
la tubería quedaría segura contra fatiga para cualquier número total de ciclos de presión
variable que pudiera presentarse en el acueducto, cualquiera que sea la duración de su vida
útil. Esta sería la solución más segura, pero también la más cara.
El
ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section III
establece un coeficiente de seguridad de
2 para el esfuerzo admisible. Con esta consideración, la Tabla 5.1.1 presenta los esfuerzos
admisibles para un diseño seguro contra fatiga con cierta clase acero e hierro dúctil.
