Navegando por las profundidades
Si alguna vez ha trabajado en una obra de construcción marina, sabrá que mantener una tubería en su lugar es más difícil de lo que parece. El agua quiere empujarlo hacia arriba. Siempre. Y cuando eso sucede, no solo estamos viendo un retraso en el cronograma-sino que estamos viendo posibles problemas ambientales, daños al equipo y muchas llamadas telefónicas muy estresantes.
Entonces, hablemos de lo que realmente importa cuando intentas mantener estable una tubería sumergida. No solo las fórmulas-aunque las abordaremos-sino el pensamiento detrás de ellas.
En el centro de todo este problema hay algo que la mayoría de nosotros aprendimos en física en la escuela secundaria: el principio de Arquímedes. En pocas palabras, si sumerges algo en agua, el agua empuja hacia arriba con una fuerza igual al peso del agua que se desplazó. Eso no es teoría-es un hecho que sientes cada vez que intentas empujar un balde vacío dentro de un tanque.
Para un oleoducto, esto se convierte en un tira y afloja-.-la cuerda. Por un lado, tienes flotabilidad al intentar levantar la tubería. Por otro lado, tienes el propio peso de la tubería y el peso de cualquier tierra o relleno que se encuentre encima de ella. El truco consiste en asegurarse de que el lado descendente gane-con un margen cómodo.
La mayoría de los ingenieros que conozco adoptan un enfoque conservador en este sentido. Calculan la flotabilidad como si la tubería estuviera completamente vacía, incluso si va a transportar líquido durante el funcionamiento. ¿Por qué? Debido a que es posible que ese fluido interno no siempre esté presente-durante el mantenimiento, las inspecciones o el arranque, la tubería podría drenarse parcial o totalmente. Por lo tanto, tiene sentido tratar ese peso del líquido como un margen de seguridad adicional. No es demasiado cauteloso. Es realista.
Ahora bien, las matemáticas en sí no son complicadas, pero hay que realizar un seguimiento de algunas partes móviles.
Se empieza con el peso de la tubería por pie lineal.-Obviamente, el hormigón y el acero se comportan de forma muy diferente al HDPE en el agua. Luego calculas la fuerza ascendente del agua desplazada. Eso depende del diámetro exterior de la tubería y de si estás en agua dulce o salada.-El agua salada es más densa, alrededor de 64 libras por pie cúbico frente a 62,4 para la dulce. Pequeña diferencia, pero se suma a lo largo de un largo proceso.
Luego está el relleno. Aquí es donde las cosas se ponen un poco más complicadas. El peso del suelo es sencillo cuando está seco, pero una vez que está bajo el agua, se pierde gran parte de esa resistencia hacia abajo. El peso unitario sumergido es notablemente menor. Es por eso que la mayoría de las guías de diseño aplican un factor de seguridad-a menudo alrededor de 1,5 a la contribución de relleno. Tiene en cuenta la variabilidad del suelo, los niveles de saturación y el hecho de que los contratistas no siempre colocan el relleno de manera perfectamente uniforme.
¿Si haces los números y la fuerza ascendente aún gana? Entonces tienes que hacer algo. Agregue más peso-paredes más gruesas, collarines de concreto o anclajes mecánicos. Todas estas son soluciones válidas, pero cada una tiene sus propios costos y compensaciones logísticas-.
Sin embargo, aquí es donde creo que muchos planes de proyectos se descarrilan. El cálculo es sólo la mitad de la historia.
La elección de los flotadores reales-el hardware comercial que se fija a la tubería-es una cuestión tanto de juicio como de aritmética. No se puede simplemente mirar el índice de flotabilidad en una hoja de datos y dar por terminado.
Primero, piense en el peso total del sistema.Eso significa tubería, más fluido, más cualquier carga externa como corrientes, olas o incluso crecimiento marino a lo largo del tiempo. Personalmente me gusta aplicar al menos un factor de seguridad de 1,2 sobre la capacidad de flotabilidad total. Esto no proviene de un estándar-es simplemente lo que he visto funcionar en la práctica en múltiples proyectos. Le brinda espacio para respirar cuando las condiciones no son ideales.
En segundo lugar, ¿dónde va a vivir este oleoducto?Si es agua salada y se expone a la luz solar, los flotadores baratos se degradarán rápidamente. El HDPE es la opción-por una razón-: soporta bien la corrosión y la exposición a los rayos UV, y se puede esperar razonablemente una vida útil de 10- a 20 años. Pero si estás en un ambiente protegido de agua dulce, es posible que no necesites ese nivel de protección. No haga demasiada ingeniería sólo porque un catálogo lo dice.
En tercer lugar-y éste sorprende a muchos ingenieros novatos-el espacio importa más de lo que piensas.Si separa demasiado los flotadores, la tubería se hundirá entre ellos. Si los junta demasiado, desperdiciará dinero y creará una resistencia innecesaria. Peor aún, un espaciamiento deficiente puede hacer que la tubería se tuerza o se desvíe hacia los lados bajo el agua, lo que altera toda la alineación. No existe una fórmula universal para esto; Depende de la rigidez de la tubería, la profundidad del agua y la fuerza de la corriente. Realmente tienes que realizar un análisis de flexión junto con la verificación de flotabilidad.
La instalación es otra capa.Los diseños modernos de flotadores-con abrazadera o atornillados-pueden reducir significativamente el tiempo de instalación-a veces en más de un tercio en comparación con los métodos más antiguos. Esto no es sólo un ahorro de mano de obra; reduce el tiempo de inmersión, el alquiler de equipos y la exposición al clima. Por lo tanto, vale la pena pagar un poco más por adelantado por un hardware que funciona rápido y se mantiene seguro.
De cara al futuro, creo que veremos más flotadores-diseñados a medida para aguas profundas o sitios de alta-corriente.Los productos estándar funcionan bien para dragado o trabajos cerca de la costa, pero cuando se trata de un inicio de pandeo controlado o de fondos marinos extremadamente irregulares, se necesita algo hecho a medida. Eso significa una colaboración más estrecha entre el equipo de diseño y el fabricante de flotadores-no solo realizar pedidos en un estante.
Al final, no se trata de memorizar ecuaciones.Se trata de comprender lo que el agua intenta hacer y estar un paso por delante. Haga sus números con cuidado, pero también confíe en su criterio sobre los materiales, el espaciado y el método de instalación. Una tubería estable no es suerte-es el resultado de hacer las preguntas correctas antes de tirar algo al agua.