MX2007011348A

MX2007011348A - Tuberia corrugada con capa exterior.

Info

Publication number: MX2007011348A
Application number: MX2007011348A
Authority: MX
Inventors: James B Goddard; John Martin Kurdziel
Original assignee: Advanced Drainage Syst
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-11-23
Also published as: US20060201567A1; CA2601301C; EP1861648A2; WO2006099206A3; BRPI0607790A2; AU2006223270A1; US7484535B2; EP1861648A4; WO2006099206A2; CR9429A; EP1861648B1; BRPI0607790B1; AU2006223270B2; CA2601301A1

Abstract

Una tuberia que tiene un diametro que se extiende axialmente se define por una pared de tuberia que incluye una pared exterior corrugada que tiene crestas que es extienden externamente anulares y axialmente adyacentes separadas por valles. La pared de tuberia tambien incluye una capa exterior no lineal que tiene porciones concavas y porciones convexas adyacentes. Las porciones concavas se alinean con las crestas de corrugacion de la pared exterior de manera que la porcion convexa de la capa exterior se extiende externamente entre al menos dos crestas de corrugacion para proporcionar una resistencia a la deformacion mejorada.

Description

TUBERÍA CORRUGADA CON CAPA EXTERIOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención en general se refiere a una tubería corrugada que tiene una capa exterior adicional, y más particularmente, a tal tubería corrugada para su uso en el drenaje de suelo y transportación de aguas superficiales por gravedad. La tubería corrugada que se utiliza comúnmente para el drenaje de suelo y transportación de aguas superficiales típicamente tiene un perfil con lados de la corrugación que se encuentran casi inclinados y una parte superior o cresta de la corrugación que es casi plana. Existen dos formas básicas en las que el uso de la tubería puede fallar: al deformarse en exceso o al romperse. El material rígido es menos propenso a deformase, pero más propenso a romperse bajo tensión. El material flexible es más propenso a deformarse, pero menos propenso a romperse bajo tensión. La deformación se expresa como una proporción de alargamiento del material con su longitud de material original y se le llama "distensión" . La tensión ocasiona la distensión que produce la deformación. El módulo, o rigidez, de un plástico es la proporción de tensión dividida entre la deformación, o la cantidad de tensión requerida para producir una deformación dada. Existe una cantidad de formas para proporcionar una deformación menor de una tubería en uso: (1) aumentar la rigidez de la tubería al utilizar un material más rígido; (2) engrosar las paredes de tubería; o (3) cambiar el diseño de pared para aumentar el momento de inercia, el cual aumenta la rigidez total de la pared de tubería. Utilizar un material más rígido para fabricar una tubería de plástico corrugada, tiene desventajas debido a que la tubería debe poder doblarse bajo carga hasta un cierto grado sin que se agriete o se tuerza. Por lo tanto, una cierta cantidad de elasticidad es conveniente para la prevención de fallas de fragilidad por desviación. Engrosar las paredes de tubería también tiene desventajas debido a que esto agrega costos de material y aumenta el peso en la tubería, lo cual aumenta los costos de envío y de manejo. De este modo, es ventajoso encontrar un diseño de pared que aumente el momento de inercia de la tubería, al mismo tiempo que se ocasiona un aumento mínimo al peso de la tubería o la rigidez del material utilizado para fabricar la tubería. Aumentar el momento de inercia de una pared de tubería, aumenta su resistencia a la flexión. Un ejemplo de un diseño de pared que aumenta el momento de inercia, y por lo tanto la rigidez, de una tubería corrugada de plástico con un aumento mínimo en el peso de la tubería y en la rigidez del material se ilustra en la Patente Norteamericana No. 6,664,357, para Goddard. En esta tubería, la proporción de peso de una corrugación con el ancho de esa corrugación es menor de 0.8:1.0, y la pared lateral de la corrugación se encuentra inclinada, con respecto a la pared interior de la tubería, en el margen de 75-80°. Esta proporción permite que la tubería se desvíe a más del 30% de su diámetro original sin que muestre imperfecciones asociadas con la falla estructural . Se puede evitar la falla de la tubería al minimizar la fuerza máxima ejercida sobre las paredes de tubería durante la flexión asociada con la deformación. Si una lámina de material, tal como plástico, se flexiona, el exterior de la curva resultante tiene una tensión deformada, y el interior de la curva tiene una compresión deformada. En alguna parte cerca de la parte media de una lámina sólida se encuentra un plano neutro llamado el centroide de la lámina. En el caso de una tubería corrugada, el grosor de la "lámina" comprende corrugaciones para lograr una economía de material . Debido a que la "lámina" por lo tanto no es sólida, el centroide puede no encontrarse en la parte media de la lámina, sino que en cambio puede localizarse en el centro del radio de rotación de la masa (es decir, el centroide se desplaza hacia la ubicación de mayor masa) . Entre mayor sea el desplazamiento del centroide de la parte media del grosor de la lámina, mayor será la fuerza máxima en la superficie más alejada del centroide durante la flexión o pliegue a partir de la deformación debido a un brazo de momento más largo para ciertas fuerzas de acción. De este modo, para reducir la fuerza máxima ocasionada por la deformación de la pared, la tubería debe diseñarse de modo que el centroide se encuentre más cerca de la parte media del grosor de la lámina. Entre más cerca se encuentre el centroide del grosor de la lámina, la distribución de tensión será más deseablemente uniforme y la tensión máxima en la deformación se reducirá para evitar la falla de la tubería debido a brazos de momento más cortos para fuerzas de acción. La Figura 1 ilustra un corte transversal vertical en una escala agrandada de una sección de pared lateral de un tipo de tubería corrugada de doble pared de la técnica anterior. La sección incluye una pared 100 interior lisa y una pared 110 exterior corrugada. La pared exterior corrugada incluye crestas 120 de corrugación y valles 130 de corrugación. En uso, es la desviación e integridad de la pared 100 interior lo que es crítico para el rendimiento de la tubería. La desviación de la pared 110 exterior es mayor que la desviación de la pared 100 interior en uso, pero una cierta cantidad de desviación de la pared 110 exterior corrugada es aceptable ya que, aunque mantener la integridad de la pared exterior es ventajoso, su integridad puede sacrificarse hasta cierto grado sin afectar el rendimiento de la tubería, en tanto se mantenga la integridad de la pared 100 interior. De este modo, es ventajoso proporcionar algo de flexibilidad a la pared exterior de modo que ésta pueda desviarse cuando se utilice sin que esa desviación se traslade a la pared interior. Cuando se instala una tubería en una zanja, el orificio en el cual se coloca la tubería debe rellenarse, por ejemplo con la tierra excavada. Un problema que se ha experimentado con una tubería corrugada conocida, es que las áreas de riñon de la zanja no se rellenan apropiadamente debido a la superficie externa extremadamente no lineal de la tubería corrugada. El material excavado, tal como tierra, no puede pasar fácilmente por el perfil externo corrugado de la tubería instalada para alcanzar y llenar las áreas de riñon. El efecto de esto se ilustra en las figuras 2A y 2B de la técnica anterior, las cuales muestran la posible deformación que ocurre en una tubería instalada después de que la zanja se rellena. Como puede observarse, la tubería P no llena el área total de la zanja, dejando riñones H entre la tubería P y el suelo S. Cuando la zanja se rellena, las fuerzas sobre la parte superior de la tubería de la carga del relleno tenderán a ocasionar la deformación de la tubería, a medida que la tendencia de la tubería puede establecer en las áreas de riñon no rellenas.

Puede ser conveniente proporcionar una tubería con una superficie exterior que sea más lisa (más lineal) para que el relleno pueda alcanzar y llenar con mayor facilidad las áreas de riñon de la zanja, eliminando o prohibiendo de este modo el pandeo de la tubería hacia las áreas de riñon sin llenar. También puede ser conveniente proporcionar diseños de paredes alternativos que aumenten el momento de inercia de una tubería corrugada de plástico, de modo que la tubería experimente menos deformación durante su uso. Los objetos y ventajas de la invención pueden realizarse y lograrse por medio de características y combinaciones particularmente señaladas en las reivindicaciones anexas. De acuerdo con una modalidad preferida, la invención incluye una tubería que tiene un orificio que se extiende axialmente, definido mediante una pared de tubería que incluye una pared exterior corrugada que tiene crestas que se extienden externamente anulares y axialmente adyacentes separadas por valles. La pared de tubería también incluye una capa exterior no lineal que tiene porciones cóncavas y porciones convexas adyacentes. Las porciones cóncavas se alinean con las crestas de corrugación de la pared exterior de modo que la porción convexa de la capa exterior se extienda externamente entre por lo menos dos crestas de corrugación para proporcionar resistencia mejorada a la deformación . Se entenderá que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplares y explicativas solamente y no son limitantes de la invención, como se reclama. Los dibujos anexos, los cuales se incorporan en la presente y constituyen una parte de esta especificación, ilustran una modalidad de la invención y junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos anexos, los cuales se incorporan en y constituyen una parte de la especificación, ilustran modalidades de la invención, y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención . La Figura 1 ilustra un corte transversal de una sección de pared lateral de un tipo de tubería corrugada de doble pared de la técnica anterior; la Figura 2A ilustra esquemáticamente una tubería instalada en una zanja antes de rellenar; la Figura 2B ilustra esquemáticamente una tubería instalada en una zanja después de rellenar; la Figura 3 ilustra un corte transversal de una sección de pared lateral de una modalidad de una tubería de la presente invención; la Figura 4 ilustra un corte transversal vertical de una sección de pared lateral de otra modalidad de la presente invención; la Figura 5A ilustra la carga transferida a lo largo de la pared de tubería durante el uso de una tubería instalada de la presente invención; y la Figura 5B ilustra la carga transferida a lo largo de la pared de una tubería de la técnica anterior durante su uso. Ahora se hará referencia en detalle a las modalidades preferidas actuales de la invención, ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos anexos. La Figura 3 ilustra un corte transversal de una pared lateral de una modalidad ejemplar de la presente invención. La sección de la pared 300 de tubería de preferencia incluye una pared 310 interior lisa y una pared 320 exterior corrugada. La pared 310 interior tiene una superficie interior lisa para mejorar la hidráulica. La pared 320 exterior corrugada proporciona una relación alta de resistencia-peso . La pared 320 exterior corrugada incluye crestas 330 de corrugación y valles 340 de corrugación. En la parte superior de la pared 320 exterior corrugada se encuentra una capa 350 exterior de la pared 300 de tubería que incluye secciones 360 convexas y secciones 370 cóncavas. Las secciones 370 cóncavas de la capa 350 exterior se alinean generalmente con las crestas 330 de las corrugaciones. Las secciones 360 convexas se extienden externamente entre las crestas 330 adyacentes de la pared 320 exterior. Ahora se discutirán dos escenarios dimensionales ejemplares de esta modalidad. Para una tubería corrugada de 45.72 cm (dieciocho pulgadas), una modalidad ejemplar incluiría una pared 310 interior que tiene un grosor de aproximadamente 1.321 mm (.052 pulgadas) y una pared 320 exterior que tiene un grosor de aproximadamente 2.032 mm (0.08 pulgadas) a aproximadamente 2.286 mm (0.09 pulgadas) . El grosor de las paredes puede no ser completamente uniforme. El grosor de la capa 350 exterior es de aproximadamente 1.321 mm (.052 pulgadas) . La distancia entre el punto medio de los valles 340 de corrugación adyacentes es de aproximadamente 6.647 cm (2.617 pulgadas). La distancia entre la parte superior del grosor que forma el valle 340 de corrugación y la parte superior del grosor que forma la cresta 330 de corrugación es de aproximadamente 3.446 cm (1.3566 pulgadas) . La distancia entre el pico de una sección 360 convexa de una capa 350 exterior y el pico de una sección 370 cóncava de la capa 350 exterior es de aproximadamente 6.35 mm (.25 pulgadas) . El grosor de la capa exterior puede no ser completamente uniforme. Para una tubería corrugada de 106.68 cm (cuarenta y dos pulgadas) , una modalidad ejemplar puede incluir una pared 310 interior que tiene un grosor de aproximadamente 2.819 mm (.111 pulgadas) y una pared 320 exterior que tiene un grosor de aproximadamente 3.81 mm (.15 pulgadas) a aproximadamente 4.064 mm (.16 pulgadas) . El grosor de las paredes puede no ser completamente uniforme. El grosor de la capa 350 exterior es de aproximadamente 2.845 mm (.1123 pulgadas) . La distancia entre el punto medio de los valles 340 de corrugación adyacentes es de aproximadamente 13.051 cm (5.1383 pulgadas) . La distancia entre la parte superior del grosor que forma el valle 340 de corrugación y la parte superior del grosor que forma la cresta 330 de corrugación es de aproximadamente 73.724 mm (2.9025 pulgadas) . La distancia entre el pico de una sección 360 convexa de la capa 350 exterior y el pico de una sección 370 cóncava de la capa 350 exterior ("Altura de Corrugación de la Capa Exterior") es de aproximadamente 6.35 mm (.25 pulgadas) . El grosor de la capa exterior puede no ser completamente uniforme. El siguiente cuadro proporciona algunas dimensiones ejemplares de una variedad mayor de tamaños de tubería: Se entenderá que estas dimensiones de tubería son únicamente ejemplares, y que la presente invención contempla una tubería que tiene una gran variedad de dimensiones. La Figura 4 ilustra un corte transversal de una sección de pared lateral de otra modalidad ejemplar de la presente invención. Similar a la modalidad anterior, la sección de la pared 400 de tubería incluye una pared 410 interior y una pared 420 exterior corrugada. La pared 420 exterior corrugada incluye crestas 430 de corrugación y valles 440 de corrugación. En la parte superior de la pared 420 corrugada es una capa 450 exterior de la pared 400 de tubería que incluye secciones 460 convexas y secciones 470 cóncavas. Las secciones 470 cóncavas de la capa 450 exterior por lo general se alinean no con crestas de corrugación adyacentes como en la modalidad anterior, sino en cambio con cada dos crestas 430 de corrugación. De hecho, la presente invención contempla la porción convexa de la capa exterior que se extiende a cualquier número de crestas de corrugación. Las dimensiones de la tubería de la modalidad ilustrada en la Figura 4 pueden ser similares a, o las mismas que, las dimensiones establecidas en lo anterior. La tubería corrugada de la presente invención logra una sensibilidad de instalación reducida debido a un momento de inercia incrementado (es decir, rigidez) de la pared de tubería que se traduce en una resistencia incrementada a la flexión de deformación. Además, debido a que la capa 350, 450 exterior es más lisa o más lineal que la capa exterior corrugada, esto propicia el llenado con relleno de las áreas de riñon de la zanja. La capa 350, 450 exterior de la presente invención disminuye la cantidad de deformación de la pared de tubería y mejora el rendimiento de la tubería al aumentar la rigidez de la tubería sin engrosar las paredes de tubería o sin utilizar un material más rígido para las paredes de tubería. Una forma en la que la capa 350, 450 exterior logra esto es al mover el centroide (o radio de rotación) de la pared 300, 400 de la tubería más cerca del punto medio del grosor de la pared. Esto proporciona una distribución de tensión más uniforme y por lo tanto una tensión máxima menor durante cualquier flexión de deformación. Así como la corrugación de una tubería corrugada conocida puede ser una capa de sacrificio que puede desviarse hasta un cierto grado para acomodar fuerzas desplegadas sobre la tubería en uso, la capa 350, 450 exterior de la presente invención proporciona aún otra capa de sacrificio. De este modo, existen dos capas que pueden desviarse para acomodar fuerzas desplegadas sobre la tubería en uso para evitar que esas fuerzas deformen la pared interior de la tubería. Además, tener una capa 350, 450 exterior arqueada encima de la pared 320, 420 exterior corrugada proporciona una serie de arcos estables y resistentes que soportan la pared interior lisa. La forma de la capa exterior aumenta el área de soporte de suelo del exterior de la tubería, lo cual es ventajoso debido a que la carga sobre la tubería creada por el relleno se extiende sobre un área exterior mayor de la tubería, reduciendo de este modo la carga por pulgada cuadrada sobre el exterior de la tubería, lo cual reduce las fuerzas máximas sobre la tubería de la carga de relleno. Como se ilustra en la Figura 5A, la disposición y moldeo de la capa exterior proporciona una transferencia de carga superior a lo largo de la pared de tubería debido a que proporciona una distribución de tensión más uniforme y hace que las cargas aplicadas sobre la pared exterior se acerquen más a la compresión pura. Por ejemplo, una tubería instalada experimentará una carga Fi aplicada sobre la porción convexa de la capa exterior. Esta carga se distribuirá como fuerzas F2 a las corrugaciones adyacentes de la pared exterior y se volverá sustancial y totalmente fuerzas F3 de compresión sobre las crestas de esas corrugaciones. Esta distribución de fuerza puede distinguirse de las tuberías de la técnica anterior que tienen capas exteriores con sus porciones convexas alineadas con las crestas de corrugación de la pared exterior, como se ilustra en la Figura 5B. En estas tuberías de la técnica anterior, una tubería instalada experimentará una carga Fa aplicada sobre la porción convexa de la capa exterior. Esta carga se distribuirá como fuerzas Fb a las corrugaciones adyacentes de la pared exterior y se volverá sustancial y totalmente fuerzas Fc de tensión sobre las crestas de esas corrugaciones . Una ventaja de la presente invención es que la capa exterior puede aplicarse a o extruirse con una tubería corrugada existente, de manera que no es necesario rediseñar la tubería corrugada de doble pared existente. La capa 350, 450 exterior de preferencia se funde a la pared 320, 420 exterior corrugada donde las secciones 370, 470 cóncavas de la capa 350, 450 exterior se juntan con las crestas 330, 430 de la pared 320, 420 exterior corrugada. Las paredes interior y exterior de preferencia también se funden como es común en la técnica anterior. La fusión de la pared interior a la pared exterior se logra al extruir la pared exterior sobre la pared interior mientras la pared interior aún se encuentra caliente. La fusión de la capa exterior a la pared exterior se logra de la misma manera, al extruir la capa exterior sobre la pared exterior mientras la pared exterior aún se encuentra caliente. Las capas de la tubería pueden, alternativamente, coextruirse o adherirse entre sí con un adhesivo adecuado después de la extrusión. La presente invención contempla una variedad de métodos para crear una tubería con capa 350 exterior, por ejemplo atando la capa exterior a la pared exterior de la tubería corrugada. En una modalidad preferida de la invención, la pared 310, 410 interior, la pared 320, 420 exterior y la capa 350, 450 exterior de la tubería comprenden un plástico, tal como un polietileno de alta densidad (HDPE) o polipropileno (PP) . La tubería alternativamente puede comprender una variedad de otros materiales que incluyen, por ejemplo, otros plásticos, metales o materiales compuestos. La pared 310, 410 interior, la pared 320, 420 exterior y la capa 350, 450 exterior de la tubería puede estar comprendida de materiales diferentes, pero compatibles. Será aparente para aquellos con experiencia en la técnica que varias modificaciones y variaciones pueden realizarse en la junta de la presente invención y en la construcción de esta junta sin apartarse del alcance o espíritu de la invención. Otras modalidades de la invención serán aparentes para aquellos con experiencia en la técnica a partir de la consideración de la especificación y práctica de la invención descrita en la presente. Se pretende que la especificación y los ejemplos se consideren como ejemplares solamente, con un alcance y espíritu reales de la invención que se indica mediante las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una tubería que tiene un diámetro que se extiende axialmente, definida mediante una pared de tubería que incluye una pared exterior corrugada que tiene crestas que se extienden externamente anulares y axialmente adyacentes separadas por valles, y una capa exterior que tiene porciones cóncavas y porciones convexas adyacentes, las porciones cóncavas se alinean con las crestas de corrugación de la pared exterior de manera que la porción convexa de la capa exterior se extiende externamente entre por lo menos dos crestas de corrugación.
2. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior comprenden plástico.
3. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior comprenden polietileno de alta densidad.
4. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior comprenden polipropileno.
5. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se coextruyen.
6. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se adhieren entre sí con un adhesivo.
7. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se fusionan al extruir la capa exterior sobre la pared exterior mientras la pared exterior aún se encuentra caliente .
8. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se fijan entre sí utilizando una correa.
9. La tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque cada porción convexa de la capa exterior expande axialmente una cresta y dos valles de la pared exterior, la capa exterior se fija a cada otra cresta anular .
10. Una tubería que tiene un diámetro que se extiende axialmente, definido mediante una pared de tubería que incluye una pared exterior corrugada que tiene crestas que se extienden externamente anulares y axialmente adyacentes separadas por valles, la pared de tubería también incluye medios para mejorar la resistencia a la deformación.
11. La tubería de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el medio para mejorar la resistencia a la deformación incluye una capa exterior no lineal .
12. La tubería de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se coextruyen.
13. La tubería de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se adhieren entre sí con un adhesivo.
14. La tubería de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se fusionan al extruir la capa exterior sobre la pared exterior mientras la pared exterior aún se encuentra caliente .
15. La tubería de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la pared exterior y la capa exterior se fijan entre sí utilizando una correa.
16. Un método para mejor la resistencia a la deformación de una tubería corrugada que tiene una pared exterior definida por crestas y valles anulares, el método caracterizado porque comprende: fijar una capa exterior no lineal que tiene porciones cóncavas adyacentes y porciones convexas a la pared exterior con las porciones cóncavas alineándose con las crestas de la pared exterior de manera que la porción convexa de la capa exterior se extiende externamente entre por lo menos dos crestas de corrugación.
17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque fijar la capa exterior a la pared exterior comprende coextruir la capa exterior y la pared exterior.
18. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque fijar la capa exterior a la pared exterior comprende extruir la capa exterior sobre la pared exterior mientras la pared exterior aún se encuentra caliente .
19. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque fijar la capa exterior a la pared exterior comprende adherir la capa exterior a la pared exterior.
20. Un método para fabricar una tubería corrugada que tiene resistencia mejorada a la deformación, caracterizado porque comprende: coextruir una pared exterior definida por crestas y valles anulares con una capa exterior no lineal definida por porciones cóncavas y porciones convexas anulares, de manera que la porción convexa de la capa exterior se extiende externamente entre por lo menos dos crestas de corrugación.