ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
AGOSTO 2011
REVISA Y SUSTITUYE A LA
EDICIÓN DE FEBRERO 2008
MÉXICO
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
CONTENIDO
1
OBJETIVO _________________________________________________________________________ 1
2
CAMPO DE APLICACIÓN_____________________________________________________________ 1
3
NORMAS QUE APLICAN _____________________________________________________________ 1
4
DEFINICIONES _____________________________________________________________________ 2
4.1
Estructuras Metálicas Mayores________________________________________________________ 2
4.2
Estructuras Metálicas Menores _______________________________________________________ 2
4.3
Características Particulares __________________________________________________________ 2
5
CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES ______________________________________ 2
5.1
Clasificación _______________________________________________________________________ 2
5.2
Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad _______________________________________ 2
5.3
Velocidad, Presión de Viento y Espectro de Diseño Sísmico _______________________________ 3
5.4
Análisis y Diseño de Estructuras ______________________________________________________ 3
5.5
Características de los Materiales ______________________________________________________ 6
5.6
Doblado___________________________________________________________________________ 7
5.7
Soldadura _________________________________________________________________________ 7
5.8
Ingeniería de Detalle ________________________________________________________________ 7
5.9
Protección Anticorrosivo ____________________________________________________________ 9
6
CONDICIONES DE OPERACIÓN ______________________________________________________ 10
7
CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE ______________________________________ 10
8
CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL___________________________________________ 10
9
CONTROL DE CALIDAD ____________________________________________________________ 10
9.1
Generalidades_____________________________________________________________________ 10
9.2
Pruebas __________________________________________________________________________ 11
9.3
Aceptación _______________________________________________________________________ 11
9.4
Inspección y Aceptación del Material _________________________________________________ 12
9.5
Verificación del Marcado ____________________________________________________________ 12
10
MARCADO _______________________________________________________________________ 12
11
EMPAQUE, EMBALAJE, EMBARQUE, TRANSPORTACIÓN DESCARGA, RECEPCIÓN,
ALMACENAJE Y MANEJO___________________________________________________________ 12
12
BIBLIOGRAFÍA ____________________________________________________________________ 17
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APÉNDICE A (Normativo) CÁLCULO DE PRESIONES DE VIENTO A PARTIR DE LA VELOCIDAD
REGIONAL _____________________________________________________________________ 14
APÉNDICE B (Normativo) INFORMACIÓN REQUERIDA _____________________________________________ 33
TABLA 1
Deformaciones lineales permisibles para estructuras mayores y menores en subestaciones _ 6
TABLA 2
Longitud mínima del tornillo o ancla a sobresalir de la tuerca ___________________________ 8
FIGURA 1
Detalle de escalón________________________________________________________________ 9
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ESPECIFICACIÓN
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OBJETIVO
Establecer los requerimientos técnicos y de calidad que se deben cumplir en la clasificación, análisis, diseño,
fabricación, montaje, pruebas y suministro de las estructuras metálicas para subestaciones que adquiere la Comisión
Federal de Electricidad (CFE).
2
CAMPO DE APLICACIÓN
Aplica para las estructuras metálicas mayores y menores en subestaciones que adquiere la CFE.
Las torres de comunicación deben ser diseñadas conforme a la bibliografía [1], [16] y [17].
3
NORMAS QUE APLICAN
NOM-008-SCFI-2002
Sistema General de Unidades de Medida.
NMX-B-254-CANACERO-2008 Industria Siderúrgica - Acero Estructural – Especificaciones y Métodos de
Prueba.
NMX-B-285-1974
Acero Estructural de Alta Resistencia.
NMX-H-004-SCFI-2008
Industria Siderúrgica - Productos de Hierro y Acero Recubiertos con Cinc
(Galvanizado por Inmersión en Caliente) - Especificaciones y Métodos de
Prueba.
NMX-H-124-1990
Tornillos de Alta Resistencia para Uniones de Acero Estructural.
NMX-Z-012-1-1987
Muestreo para la Inspección por Atributos – Parte 1: Información General
y Aplicaciones.
NMX-Z-012-2-1987
Muestreo para la Inspección por Atributos – Parte 2: Método de Muestreo,
Tablas y Gráficas.
ISO 9223-1992
Corrosion of Metals and Alloys – Corrosivity of Atmospheres Classification.
NRF-001-CFE-2007
Empaque, Embalaje, Embarque, Transporte, Descarga, Recepción y
Almacenamiento de Bienes Muebles Adquiridos por CFE.
NRF-010-CFE-2009
Transportación Especializada de Carga.
NRF-018-CFE-2004
Aisladores Tipo Suspensión de Porcelana o de Vidrio Templado.
NRF-023-CFE-2009
Herrajes y sus Accesorios.
CFE D8500-01-2009
Selección y Aplicación de Recubrimientos Anticorrosivos.
CFE D8500-02-2009
Recubrimientos Anticorrosivos.
CFE DY700-08-1999
Soldadura y sus Aspectos Generales.
CFE L0000-15-1992
Código de Colores.
NOTA:
En caso de que los documentos sean revisados o modificados, debe tomarse en cuenta la edición en vigor en la fecha de
publicación de la convocatoria de licitación, salvo que la CFE indique otra cosa.
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DEFINICIONES
4.1
Estructuras Metálicas Mayores
Son estructuras a base de marcos metálicos de alma llena, tubular o celosía, para sostener cables de energía
eléctrica, equipos y accesorios.
4.2
Estructuras Metálicas Menores
Son bases de celosía o tubulares para sostener el equipo primario de una subestación incluyendo los siguientes:
Cuchillas, apartarrayos, interruptores, aisladores soporte, trampas de onda, buses rígidos, transformadores: de
corriente, de potencial capacitivo o potencial inductivo.
4.3
Características Particulares
Documento contenido en la convocatoria de licitación que contiene los parámetros de diseño de Ingeniería Civil para
cada obra.
5
CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES
Las unidades de medida utilizadas en la presente especificación deben cumplir con la norma NOM-008-SCFI.
5.1
Clasificación
Las estructuras metálicas para subestaciones eléctricas se clasifican por:
a)
b)
c)
5.2
Disposición de sus elementos.
-
de alma llena,
-
de celosía.
Sección transversal.
-
a base de ángulos,
-
sección I,
-
tubulares.
Por la tensión eléctrica.
-
115 kV,
-
230 kV,
-
400 kV.
Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad
La forma y configuración de las estructuras debe estar de acuerdo con la presente especificación, con los planos y/o
dibujos que la complementan.
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La información mínima contenida en los planos y/o dibujos debe ser:
a)
Dimensiones generales de las estructuras.
b)
Distancias de seguridad de las estructuras.
c)
Detalles de la sujeción de cables y equipos.
d)
Detalles de la conexión a tierra.
5.3
Velocidad, Presión de Viento y Espectro de Diseño Sísmico
5.3.1
Velocidad de viento
En las Características Particulares se indica el valor de la velocidad regional del viento para un periodo de retorno
de 200 años.
5.3.2
Presiones debidas al viento
Las velocidades de viento y sus presiones correspondientes se calculan de acuerdo a lo indicado en el Apéndice A.
5.3.3
Espectro de diseño sísmico
En las Características Particulares se proporciona el espectro de diseño sísmico o en su defecto se debe realizar de
acuerdo a la referencia [17] del capítulo 9.
5.4
Análisis y Diseño de Estructuras
5.4.1
Cargas
Las principales cargas a considerar en el diseño de estructuras para subestaciones son las siguientes:
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a)
Peso propio de la estructura, equipo, aisladores, herrajes y accesorios.
b)
Cargas que transmiten los cables e hilos de guarda a la estructura. Éstas se deben a: tensión
mecánica, peso propio, presión de viento y temperatura.
c)
Acción del viento sobre las estructuras y el equipo.
d)
Por acumulación de hielo (cuando se indique en las Características Particulares).
e)
Sismo.
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5.4.1.1
Identificación de las condiciones de carga
Las condiciones de carga empleadas para el análisis de las estructuras son las siguientes:
Peso propio de la estructura.
PP =
PEC =
Peso del equipo y cables.
TTminsv=
Tensión en cables a temperatura mínima (-10 0C), sin viento. Todas las tensiones en
cables se obtendrán de la memoria de cálculo de flechas y tensiones indicada en las
Características Particulares.
TTmedsv=
Tensión en cables a temperatura media sin viento.
TTmedVmax x,z=
Tensión en cables a temperatura media, con viento máximo en la dirección x, z y
carga perpendicular al cable inducida por el viento.
TTmedsvcd=
Tensión en cables a temperatura media, sin viento en condiciones desbalanceadas.
(Tensión más crítica actuando en una dirección).
TTmedVmax x,z cd=
Tensión en cables a temperatura media, con viento máximo, en la dirección x, z en
condiciones desbalanceadas (Tensión más crítica actuando en una dirección); más
carga perpendicular al cable inducida por el viento.
PVmaxEx,z=
Presión de viento máximo sobre la estructura en la dirección x, z.
CSx,z=
Carga de sismo en la dirección x, z.
5.4.1.2
Combinaciones y factores de carga
Combinaciones:
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a)
1,4 (PP+PEC+TTminsv).
b)
1,2(PP+PEC) + 1,3( TTmedVmax x +PVmaxE x).
c)
1,2 (PP+PEC) + 1,3( TTmedVmax z + PVmaxEz).
d)
1,2(PP + PEC) + 1,3(TTmedVmax xcd + PVmaxEx).
e)
1,2( PP + PEC) + 1,3 (TTmedVmax z cd + PVmaxEz).
f)
1,2 ( PP + PEC ) + 0,65 TTmedVmax x +0,65 TTmedVmax z + 0,78 PVmaxEx + 0,78 PVmaxEz.
g)
1,2 (PP + PEC ) + 0,65 TTmedVmax xcd + 0,65 TTmedVmax zcd
PVmaxEz.
h)
1,2 (PP + PEC + TTmedsv ) + CSx + 0,3 CSz.
i)
1,2 (PP + PEC + TTmedsvcd ) + CSx + 0,3 CSz.
j)
1,2 (PP + PEC + TTmedsv ) + CSz + 0,3 CSx.
k)
1,2 ( PP + PEC + TTmedsvcd ) +CSz + 0,3 CSx.
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+ 0,78 PVmax45x +0,78
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l)
0,9 ( PP + PEC) + 1,3 (TTmedVmax x cd + PVmaxEx).
m)
0,9 ( PP + PEC ) + 1,3 ( TTmedVmax z cd + PVmaxEz).
n)
0,9 (PP + PEC ) + 0,9 TTmsvcd + CSx + 0,3 CSz.
o)
0,9 (PP + PEC) + 0,9 TTmedsvcd + CSz + 0,3 CSx.
p)
PP + PEC + TTminsv.
En las combinaciones de la b) a la e), l) y m) si el viento actúa en la dirección de los cables TTmedVmax se sustituye
por TTmedsv.
5.4.2
Análisis estructural
El análisis debe incluir todos los miembros de la estructura considerando los efectos de orden superior debidos a los
desplazamientos. Se debe realizar mediante un programa de computadora.
5.4.3
Diseño estructural
El diseño estructural se debe hacer por el método de estados límite y factores de carga y resistencia, de acuerdo a la
referencia [1] del capítulo 9 de esta especificación.
Adicionalmente se debe considerar:
5.4.4
a)
Las diagonales de las estructuras metálicas en celosía, no deben tener un ángulo menor de 600,
para celosía simple, ni menor de 450, para celosía doble, con relación al eje del elemento principal
(cuerdas).
b)
Todos los detalles de empalme (ángulos, placas, tornillos, entre otros) que se requieren para
prolongar un elemento principal, cuerdas, se deben calcular para soportar la capacidad del
elemento menor a unir, independientemente de que el elemento esté trabajando con una carga
menor.
c)
En elementos estructurales para celosía (ángulos), el espesor mínimo a utilizar debe ser 5 mm
(3/16”) y la dimensión mínima a utilizar debe ser de 38 mm (1 ½”).
Deformaciones elásticas admisibles
La deformación máxima de elementos de las estructuras en cualquier dirección, debe ser menor a L/100, para una
carga concentrada al centro del elemento de 130 kg, L corresponde a la longitud no arriostrada del elemento.
La deformación máxima permisible para estructuras (trabes y columnas), debe ser de acuerdo a la tabla 1.
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TABLA 1 – Deformaciones lineales permisibles para estructuras mayores y menores en subestaciones
Combinaciones de carga:
Cargas permanentes sin factorizar
Combinación No. 16, del punto
5.4.1.2.
Trabes de celosía
L/360 (vertical y horizontal)(1)
Columnas de celosía H/360 (horizontal en el extremo libre)(2)
Tipo de estructura
NOTA:
1.- L = Longitud de la trabe
2.- H = Altura de la columna
En caso de exceder estos valores en campo, se deben efectuar las correcciones necesarias aún cuando las
deformaciones calculadas estén dentro de las permisibles.
5.5
Características de los Materiales
5.5.1
Perfiles y placas
El acero que se emplea en la fabricación de las estructuras debe cumplir con alguna de las siguientes normas en
función de su diseño:
a)
Para ángulos, vigas de sección I, sección cajón, tubulares y placas con fy mínimo de 248,1 MPa,
aplica la norma NMX-B-254.
b)
Para ángulos, vigas de sección I, sección cajón, tubulares con fy mínimo de 345 MPa, aplica la
norma NMX-B-285.
No se aceptan perfiles hechos a base de placa doblada, excepto para perfiles tubulares.
5.5.2
Tornillos, anclas y tuercas
El acero de tornillos debe cumplir con la norma NMX-H-124.
Las tuercas deben ser de acuerdo a la referencia 10 del capítulo 9 de esta especificación.
El acero de fabricación para anclas debe ser redondo estructural liso NMX-B-254 con fy mínimo de 248,1 MPa o
NMX-B-285 de alta resistencia con fy mínimo de 345 MPa.
5.5.3
Tolerancias y ajustes de fabricación
5.5.3.1
Tubos
-
longitudinal de una sección: ± 25 mm,
-
longitudinal de empotramiento entre secciones: +15 %,
-
perimetral:
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.
sección macho: + 2 mm, -12 mm,
.
sección hembra: + 9 mm, - 6 mm,
.
otras: + 9 mm, - 6 mm.
perpendicularidad de la placa de base con la columna: 1:480,
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5.5.3.2
5.5.3.3
centrado de la columna en la placa base: 6 mm.
Placas base
-
longitud:
+ 6 mm,
-
diámetro de barrenos
+ 2 mm,
-
localización de barrenos: + 2 mm.
Anclas
-
5.5.3.4
longitud:
+ 25 mm.
Barrenos
El diámetro de los barrenos debe ser de 1,6 mm mayor que el diámetro del tornillo respectivo.
La conicidad de los barrenos punzonados no debe exceder de 0,8 mm entre diámetros máximo y mínimo.
Las tolerancias deben ser, entre:
5.6
-
gramiles:
0,4 mm,
-
centro de barrenos:
0,8 mm,
-
centros de grupos de barrenos: 1,6 mm.
Doblado
Las limitaciones en el doblez de perfiles se expresan mediante el cociente del radio interior del doblez al espesor, esta
relación se debe ajustar a la referencia [6] del capítulo 9.
Los dobleces mayores a 5 grados, a los perfiles se deben hacer en caliente a temperatura de 600 °C a 650 °C, para
materiales hasta espesores de 12,7 mm y de 850 °C a 950 °C cuando son menores.
5.7
Soldadura
En elementos principales sólo se acepta soldadura cuando se unen a la placa base y en los capiteles; siendo
elemento principal las cuerdas de la estructura. Para todos los demás elementos se aceptan soldaduras respetando
los lineamientos de la Ingeniería de Detalle (inciso 5.8.f).
La soldadura se debe hacer en taller y su empleo, diseño y pruebas, se debe ajustar a los lineamientos de la
especificación CFE DY700-08.
5.8
Ingeniería de Detalle
a)
Estructuras tubulares, las secciones telescópicas se deben detallar para una longitud de
acoplamiento igual a 1,5 veces el diámetro interior de la sección hembra.
b)
Todos los tornillos deben llevar arandela plana, tuerca y contratuerca o arandela de presión y
tuerca. La longitud del tornillo debe ser tal que sobresalga de la tuerca cuando menos la distancia
mostrada en la tabla 2.
c)
Las anclas deben llevar tuerca de nivelación, arandela plana, tuerca de sujeción y contratuerca.
La longitud del ancla debe ser tal que sobresalga de la contratuerca cuando menos la distancia
mostrada en la tabla 2.
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d)
Los tubos telescópicos deben llevar marcas para identificar la longitud de acoplamiento de la
sección macho.
e)
Todas las piezas deben llevar la marca de identificación en bajo relieve según los planos de
montaje y de taller. Ésta se estampa antes del galvanizado. Los números y su posición deben ser
claramente legibles.
f)
En estructuras de celosía no se aceptan elementos fabricados con dos o más tramos unidos con
soldadura y en estructuras tubulares se permite el empleo de soldadura en la fabricación de los
módulos, siempre y cuando ésta se realice en taller. Las uniones de campo deben ser atornilladas,
Tampoco se aceptan sellos (tapones), ni soldadura o ranuras en barrenos.
g)
La existencia de soldadura en elementos principales es motivo de rechazo, a excepción de lo
indicado en el párrafo 5.7.
TABLA 2 - Longitud mínima del tornillo o ancla a sobresalir de la tuerca
Diámetro nominal del tornillo o ancla
12,7 mm (½”)
15,9 mm (5/8”)
19 mm (¾”)
22,2 mm (7/8”)
25,4 mm (1”)
28,6 mm (1 1/8”)
31,8 mm (1 ¼”)
34,92 mm (1 3/8”)
38,1 mm (1 ½)
5.8.1
Longitud mínima a sobresalir de la tuerca
8 mm (5/16”)
11,1 mm (7/16”)
12,7 mm (½”)
14,3 mm (9/16”)
14,3 mm (9/16”)
19,1 mm (¾”)
19,1 mm (¾”)
20,7 mm (13/16”)
22,2 mm (7/8”)
Escalones
Las estructuras deben estar provistas de soportes para montaje de escalones galvanizados atornillados. Los
escalones deben estar localizados a partir de 3,0 m del nivel del terreno, espaciados alternadamente 40 cm en sentido
vertical, y solo se colocarán en una pierna de cada columna.
El escalón debe ser formado por un redondo de 19 mm de diámetro y 295 mm de largo con una escuadra de 40 mm;
atornillado a la estructura, véase figura 1.
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FIGURA 1 – Detalle de escalón
5.8.2
Barrenos especiales
Para la conexión a tierra se requieren barrenos de 13 mm de diámetro. Su posición se indica en los dibujos
correspondientes.
5.8.3
Herrajes
El proveedor de las estructuras debe suministrar los accesorios necesarios para la sujeción del cable conforme a las
normas NRF-018-CFE y NRF-023-CFE.
5.9
Protección Anticorrosiva
5.9.1
Galvanizado
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a)
Todos los elementos de la subestación, incluyendo las anclas y la tornillería, deben ser
galvanizados por el método de inmersión en caliente (Hot-Dipping), después de haber sido
cortados y taladrados; dicho galvanizado debe cumplir con la norma NMX-H-004-SCFI y las
referencias 5, 6y 12del capítulo 9 de esta especificación. El espesor requerido del
galvanizado debe ser de 100 m como mínimo para piezas con espesores iguales o mayores de
6 mm, y para espesores menores de 6 mm, el espesor de galvanizado debe ser de 85 m como
mínimo, considerando la nota 7 de la tabla 2 de la norma NMX-H-004-SCFI.
b)
El galvanizado de las tuercas, contratuercas, tornillos, escalones, anclas y arandelas, debe
efectuarse por el método de “inmersión en caliente”, y cumplir con la norma NMX-H-004-SCFI.
c)
En las zonas con ambiente marino y/o industrial (de acuerdo a la norma ISO 9223) adicionalmente
al galvanizado, debe aplicarse, anterior al montaje, el siguiente sistema de recubrimiento:
Rev
-
limpiar la superficie aplicando el método CFE-LSO indicado en la especificación
CFE D8500-01,
-
preparar la superficie aplicando un mordentador CFE-P17, de acuerdo con la especificación
CFE D8500-02, a un espesor seco de 13 m,
-
aplicar un primario vinil-epóxico fosfato de zinc óxido CFE-P21, en dos capas, con un
espesor seco por capa de 25 m y un acabado epóxico altos sólidos CFE-A3, en una capa,
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con un espesor seco de 125 m de acuerdo con las especificaciones CFE D8500-01 y
CFE D8500-02. El color del acabado debe ser 24 marfil, de acuerdo con la especificación
CFE L0000-15.
6
d)
El galvanizado debe quedar liso, continúo y uniforme, sin escamas, gotas o rugosidades en la
superficie, bordes o parte interna de los elementos (perfiles angulares, placas y tornillos).
e)
El galvanizado que haya sufrido daños en planta o en campo, se debe reparar de acuerdo a la
norma NMX-H-004-SCFI.
f)
La evaluación visual, así como la medición del espesor del galvanizado, se deben realizar de
acuerdo a la norma NMX-H-004-SCFI.
g)
El muestreo para la inspección del galvanizado se debe realizar en taller de acuerdo a las normas
NMX-Z-012-1 y NMX-Z-012-2 usando un muestreo sencillo para inspección reducida S-4. CFE se
reserva el derecho de obtener muestras para efectuar pruebas de los materiales por suministrar,
así como solicitar certificados de calidad de los mismos.
h)
Se considera lote para pruebas de rutina, a la carga o atado que entra a la tina de galvanizado, en
pruebas de aceptación, a un máximo de hasta 35 000 piezas o elementos estructurales para cada
espesor de galvanizado, y en pruebas de prototipo, a una estructura completa. No se deben
mezclar en un lote miembros estructurales de diferentes empresas galvanizadoras.
i)
Se acepta el uso de soluciones para sellar el galvanizado, que no sean a base de cromo
hexavalente.
CONDICIONES DE OPERACIÓN
No aplica.
7
CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE
No aplica.
8
CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL
No aplica.
9
CONTROL DE CALIDAD
9.1
Generalidades
La CFE rechazará los bienes que no cumplan con las pruebas descritas en esta especificación:
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a)
El proveedor debe notificar a la CFE en un plazo máximo de 5 días naturales posteriores al fallo,
las fechas de fabricación en el taller, de manera que ésta programe sus visitas de inspección.
b)
El proveedor debe proporcionar a los supervisores las facilidades que le permitan cerciorarse de
que los materiales, y las pruebas a que se sujeten son satisfactorias para los intereses de la CFE.
c)
La CFE debe recibir 3 (tres) copias certificadas de las pruebas realizadas en la planta laminadora
para determinar las propiedades físicas y químicas del acero que se utiliza en el trabajo, así como
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ESPECIFICACIÓN
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3 (tres) copias de certificados de calidad de los otros materiales, de conformidad con las
especificaciones que los rigen.
9.2
d)
El proveedor debe enviar o entregar a los supervisores de CFE dos copias de los dibujos de taller y
montaje aprobados para que la inspección se realice en base a los dibujos aprobados por la CFE.
e)
Los informes sobre todas las pruebas hechas por el proveedor, así como los informes de avance
de trabajo y otros semejantes que se envíen a la CFE, deben redactarse en español y llevar la
aprobación de los supervisores.
f)
El proveedor debe incluir los documentos de inspección con la aceptación de los supervisores de la
CFE.
Pruebas
a)
Se deben efectuar pruebas en la planta laminadora para la determinación de las propiedades
físicas y químicas del acero utilizado en el trabajo.
b)
Previo al embarque se deben montar temporalmente en el taller del proveedor para revisar la
exactitud del trabajo, los largueros, columnas y partes principales de la estructura de acero a fin de
que sean aprobados por la CFE.
c)
Antes de efectuar el embarque de las diferentes partes de la estructura, se deben someter a la
inspección de la CFE, la cual debe intervenir cuando sea necesario, durante los procesos de
fabricación y pruebas.
d)
Las pruebas de calificación de las soldaduras se deben sujetar a lo establecido en la
referencia 14 con excepción de la soldadura de arco metálico que debe cumplir con la referencia
15ambos del capítulo 9.
Los resultados de las pruebas de calificación deben estar a disposición del supervisor de la CFE o
su representante.
9.3
950519
e)
Todas las soldaduras de placas de espesor mayor o igual a 50 mm que trabajan a tensión o de
miembros principales, se deben someter a pruebas no destructivas del tipo radiografía, ultrasónicas
o de partículas magnéticas, según lo especifique la CFE.
f)
La CFE debe seleccionar un número determinado de soldaduras de acuerdo a la norma
NMX-Z-012-2, con el fin de hacer las pruebas necesarias y de no ser satisfactorias, las soldaduras
deben ser retiradas y repuestas a satisfacción de la CFE.
Aceptación
a)
La CFE debe rechazar cualquier trabajo defectuoso de fabricación o de detalle, o solicitar que se
realicen las correcciones necesarias.
b)
La CFE acepta la estructura en forma definitiva siempre que el proveedor la fabrique en la misma
secuencia que requiere su instalación final en el sitio, como se estipula en el programa de montaje
y cada embarque debe contener todos los accesorios tales como pernos y otros dispositivos
indispensables para la correcta instalación de las porciones de la estructura incluidas en el
embarque. Por cada lote el proveedor debe enviar una lista detallada de su contenido. Estas listas
preparadas con la responsabilidad del proveedor deben ser verificadas y firmadas de conformidad
por los supervisores.
c)
La estructura y sus accesorios no son aceptados por la CFE hasta que se efectúe el montaje
indicado en el inciso 6.2 (b).
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ESPECIFICACIÓN
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Las entregas hechas por el proveedor a dichos inspectores tienen que estar de acuerdo con el
programa de fabricación establecido en la presente especificación.
9.4
Inspección y Aceptación del Material
El proveedor debe permitir al personal de CFE las facilidades necesarias a fin de inspeccionar la materia prima,
procesos de fabricación, exactitud del equipo de control y medición así como productos terminados.
Mientras el inspector de CFE no dé la aprobación por escrito de las solicitudes de inspección, el proveedor no debe
embarcar ni entregar el material.
Las estructuras deben ser armadas en negro en las instalaciones del proveedor y supervisadas por la Gerencia del
LAPEM, para verificar su geometría, inspección visual, dimensional y ensamble, a fin de evitar que después del
galvanizado se realicen barrenos, cortes y marcado.
a)
Las uniones soldadas deben estar totalmente limpias, sin escoria, exentas de porosidades y grietas
o cualquier otra impureza de acuerdo a las referencias4 y 15 del capítulo 9.
Antes de que el proveedor entregue las estructuras tubulares al área usuaria, éstas se deben ensamblar después de
galvanizadas hasta las marcas de empotramiento con la fuerza especificada, supervisado por la Gerencia del LAPEM
y después, desensamblarlas para su embarque.
9.5
Verificación del Marcado
Se debe verificar, antes del galvanizado, que todas las piezas llevan la marca de identificación según los planos de
montaje y fabricación, con caracteres de por lo menos 2 cm de altura. A la recepción en sitio, el marcado de estas
piezas debe ser legible y permanente.
10
MARCADO
Cada pieza debe llevar una marca de identificación, igual a la indicada en los planos de montaje y de taller, además
del logotipo del fabricante, esta se estampa antes del galvanizado. Los caracteres y su posición deben ser claramente
legibles y tener 2 cm de altura. La marca, en bajo relieve, se debe formar como se indica a continuación:
a)
Logotipo del fabricante.
Carácter que identifica al fabricante de la estructura.
b)
Marca del elemento.
Número consecutivo de identificación del elemento.
11
EMPAQUE,
EMBALAJE,
ALMACENAJE Y MANEJO
EMBARQUE,
TRANSPORTACIÓN,
DESCARGA,
RECEPCIÓN,
De acuerdo a las normas NRF-001-CFE y NRF-010-CFE.
12
BIBLIOGRAFÍA
[1]
AISC LRFD
Manual of Steel Construction – Load and Resistance Factor
Design. American Institute of Steel Construction.
2
ANSI B18.1.1-1972
Small Solid Rivets 7/16 Inch Nominal Diameter and Smaller.
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ESPECIFICACIÓN
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3
ANSI B18.2.1-1981
Square and Hex Bolts and Screws Inch Series.
4
ASTM A36/A36M-2001
Standard Specification for Carbon Structural Steel.
5
ASTM A123/123M-2001
Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coating on
Iron and Steel Products.
6
ASTM A143-2003
Standard Practice for Safeguarding Against Embrittlement of HotDip Galvanized Structural Steel Products and Procedure for
Detecting Embrittlement.
7
ASTM A325M-2000
Standard Specification for High-Strength Bolts for Structural Steel
Joints.
8
ASTM A394-2000
Standard Specification for Steel Transmission Tower Bolts, ZincCoated and Bare.
9
ASTM A490-2000
Standard Specification for Structural Bolts Alloy Steel Heat 150 ksi
Minimun Tensile Strenght.
[10]
ASTM A563-2000
Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts.
11
ASTM A572/A572M-2001
Standard Specification for High-Strength Low-Alloy ColumbiumVanadium Structural Quality.
12
ASTM E376-1996
Standard Practice for Measuring Coating Thickness by MagneticField or Eddy-Current (Electromagnetic) Test Methods.
[13]
ASTM F1554-04
Standard Specification for Anchor Bolts, Steel, 36, 55, and 105-ksi
Yield Strength.
14
AWS D.1.1-2000
Structural Welding Code-Steel.
15
AWS C5.6-1989
Recommended Practices for Gas Metal Arc Welding.
[16]
MDOC-DV-2008
Manual de Diseño de Obras Civiles, Diseño por Viento.
[17]
MDOC-DS-2008
Manual de Diseño de Obras Civiles, Diseño por Sismo.
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ESPECIFICACIÓN
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APÉNDICE A
(Normativo)
CÁLCULO DE PRESIONES DE VIENTO A PARTIR DE LA VELOCIDAD REGIONAL
A1
CLASIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA SEGÚN SU IMPORTANCIA
De acuerdo con el MDOC-DV, inciso 4.1.3, las estructuras consideradas en esta especificación pertenecen al tipo A
(estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad elevado).
A1.1
Clasificación de la Estructura Según su Respuesta ante la Acción del Viento
De acuerdo con el MDOC-DV, inciso 4.1.4, las estructuras consideradas en esta especificación pertenecen al tipo 2
(estructuras que por su alta relación de esbeltez o las dimensiones reducidas de su sección transversal son
especialmente sensibles a las ráfagas de corta duración - entre 1 s y 5 s - y cuyos periodos naturales largos favorecen
la ocurrencia de oscilaciones importantes en la dirección del viento). En caso de que el periodo natural de vibración de
la estructura sea menor o igual que 1 s y que su relación de esbeltez sea menor o igual que 5, los efectos dinámicos
no son importantes por lo que el factor de amplificación dinámica definido en A4.2 o A5.2 será igual a 1.
A1.2
Efectos del Viento que Deben Considerarse
Para diseñar las construcciones del tipo 2, se deben considerar los efectos dinámicos causados por la turbulencia del
viento. Éstos se toman en cuenta mediante la aplicación del factor de amplificación dinámica debido a ráfagas.
A2
DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO,
VD
La velocidad de diseño, V D , es la velocidad con la cual se calculan los efectos del viento sobre la estructura o sobre
un componente de la misma.
La velocidad de diseño, en km/h, se obtendrá de acuerdo con la ecuación:
VD
 FT Frz VR
(A.1)
Donde:
FT
Factor que depende de la topografía del sitio, adimensional.
Frz
Factor que toma en cuenta el efecto de las características de exposición local y adimensional.
VR
Velocidad regional que le corresponde al sitio en donde se construirá la estructura, en km/h.
El factor Frz se debe evaluar de acuerdo con las características de exposición del sitio en donde se desplanta la
estructura. En cuanto al factor de topografía FT es proporcionado en las Características Particulares o en su defecto
se evaluará de acuerdo al inciso 4.2.4 del MDOC-DV.
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ESPECIFICACIÓN
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A2.1
Factor de Exposición,
Frz
El factor de exposición, Frz , establece la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el nivel del terreno,
z , y está en función de la categoría del terreno según su rugosidad. Este factor de exposición se obtiene de acuerdo
con las expresiones siguientes:
Frz  c si z  10 m
(A.2.a)

 z 
Frz  c  si 10 m < z < 
 10 
(A.2.b)

 
Frz  c  si z  
 10 
(A.2.c)
Donde:
c


Coeficiente que varía según la rugosidad del terreno, adimensional.
Exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la altura, adimensional.
Altura gradiente, medida a partir del nivel del terreno de desplante y por encima de la cual la variación de la
velocidad del viento no es importante y se puede suponer constante, en m.
Los coeficientes  ,  , y c están en función de la categoría del terreno según su rugosidad. En la tabla A1 se
presentan los valores que se recomiendan para estos coeficientes, con base en la categoría del terreno mencionada.
La categoría del terreno según su rugosidad es proporcionada en las Características Particulares.
En caso de que la categoría del terreno no sea proporcionada en las Características Particulares, se debe aplicar
las recomendaciones establecidas en el inciso 4.2.1 y en la tabla 4.2.1 del MDOC-DV.
A2.2
Determinación de la Velocidad Regional del Viento,
VR
La velocidad regional del viento, VR , es la máxima velocidad probable de presentarse con un cierto periodo de retorno
en una zona o región determinada del país. Será proporcionada en las Características Particulares o en su defecto
en el MDOC-DV, en las figuras 4.2.1, 4.2.2 y 4.2.3, se presentan los mapas de isotacas regionales para diferentes
periodos de retorno, en los cuales las velocidades están referidas a velocidades de ráfaga de viento con un tiempo de
promediación de 3 s a 10 m de altura, en terreno plano con categoría 2 (véase la tabla 4.2.1 del MDOC-DV). La
importancia de la estructura dictamina el periodo de retorno que se deba seleccionar. De acuerdo al MDOC-DV, los
grupos A, B y C se asocian con los periodos de retorno de 200 años, 50 años y 10 años, respectivamente. Salvo que
se mencione otra cosa en las Características Particulares, las estructuras de subestaciones corresponden al grupo
A. El sitio de desplante se debe localizar en el mapa con el periodo de retorno que corresponde al grupo al que
pertenece la estructura con el fin de obtener la velocidad regional.
El MDOC-DV también contiene dos mapas opcionales con velocidades de viento óptimo, los cuales están asociados a
dos niveles de pérdidas representados por la variable Q, para que el diseñador seleccione el nivel que acepta en caso
de producirse una falla estructural, de acuerdo con lo que se mencione en las Características Particulares, si se
optara por la aplicación de estos mapas. Dada la gran variedad de estructuras existentes, en el MDOC-DV se optó por
definir dos niveles de pérdidas, Q = 5 y Q = 15. Los mapas correspondientes a esos niveles de pérdidas se presentan
en las figuras 4.2.4 y 4.2.5 del MDOC-DV.
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ESPECIFICACIÓN
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TABLA A1 – Valores de c,  y 
Categoría
c

 (m)
1
1,137
0,099
245
2
1,000
0,128
315
3
0,881
0,156
390
4
0,815
0,170
455
del terreno
A3
PRESIÓN DINÁMICA DE BASE,
qz
Cuando el viento actúa sobre un obstáculo, genera presiones sobre su superficie que varían según la intensidad de la
velocidad y la dirección del viento. La presión que ejerce el flujo del viento sobre una superficie plana perpendicular a
él, se denomina comúnmente presión dinámica de base y se determina con la siguiente ecuación:
q z  0.047 G V D2
(A.3)
(En el sistema mks, q z  0.0048 G V D ,
2
q z en kg/m2)
En la expresión anterior:
qz
Presión dinámica de base a una altura z sobre el nivel del terreno, en Pa.
VD
Velocidad de diseño definida en el inciso A2, en km/h.
G
Factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensional; Se obtiene con
la siguiente ecuación:
G
0.392 
273  
(A.4)
Donde:

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Presión barométrica, en mm de Hg.
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ESPECIFICACIÓN
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
Temperatura ambiental en ºC.
En la tabla A2 se presenta la relación entre los valores de la altitud, hm , en metros, y la presión barométrica, , en
mm de Hg. En el Apéndice C del MDOC-DV, se proporcionan valores de la altura sobre el nivel del mar y
temperaturas medias para las ciudades de mayor importancia en la República Mexicana.
TABLA A2 - Relación entre la altitud y la presión barométrica
(m)
Presión barométrica 
(mm de Hg)
0
760
500
720
1 000
675
1 500
635
2 000
600
2 500
565
3 000
530
3 500
495
Altitud hm
A4
FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE, FeE , SOBRE ESTRUCTURAS DE CELOSÍA
La fuerza dinámica equivalente, FeE , que actúa sobre los marcos formados por celosías, en dirección paralela a la
dirección del viento y perpendicular a las áreas expuestas, a una altura z, se calcula con la expresión:
FeE  Aexp Ca q ( z ) FADE
(A.5a)
Donde:
FeE
Fuerza dinámica equivalente que actúa en los marcos formados por celosía, en N.
Aexp
Área expuesta, medida perpendicularmente a la dirección del viento, de cada panel en que se divide el
marco, en m2.
Ca
Coeficiente de arrastre, el cual es función de la relación de solidez del panel considerado y perpendicular a
la dirección del viento, adimensional, según A4.1; en este caso, el valor del ángulo de incidencia del viento,
 , es 0º o 90º, (véase la figura A1), según corresponda.
q z (z )
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Presión dinámica de base variable a una la altura z , en Pa.
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ESPECIFICACIÓN
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Factor de amplificación dinámica para el marco de celosía, adimensional; se calcula de acuerdo con lo
especificado en el inciso A4.2.
FADE
Para el caso cuando el viento tenga un ángulo de incidencia,  , de 45º en un plano horizontal (véase la figura A1), las
componentes de la fuerza dinámica equivalente en actuando en forma perpendicular a las cara 1 o 2 se calculan con
la siguiente expresión:


FeE  0.6 A p C a i q(z) FADE
i
i
i
(A.5b)
Donde:
Área expuesta proyectada normalmente a la cara i (i = 1 ó 2), (véase la figura A1), de cada panel en que se
Ap i
divide el marco, en m2.
Coeficiente de arrastre perpendicular a la cara i (i = 1 ó 2), respectivamente, el cual es función de la relación
Ca i
de solidez del panel considerado, adimensional, según A4.1.
La parte de la componente sobre la trabe, en la dirección de su longitud, podrá despreciarse.
FIGURA A1 - Definición de algunas características geométricas para el cálculo de Ca1 y Ca 2
A4.1
Coeficientes de Arrastre para Estructuras de Celosía
Los coeficientes de arrastre para los paneles en que se dividen los marcos de celosía dependen del área expuesta al
viento sobre las caras del marco. Los coeficientes de arrastre se especifican según la cara de referencia como Ca1 y
Ca 2 , para la cara 1 y 2, respectivamente (véase la figura A1).
Para marcos de celosías con paneles donde todos sus miembros expuestos tienen superficies planas, los coeficientes
de arrastre se calculan mediante:

C ai  4.1727  i2  6.1681 i  4.0088

(A.6)
Y para paneles donde todos sus miembros tienen una sección transversal circular, mediante:

C ai  0.2293  i3  2.7091 i2  3.1323  i  2.2002
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
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(A.7)
ESPECIFICACIÓN
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Donde:
C ai
Coeficiente de arrastre para la cara i , i = 1, 2, adimensional.
i
Relación de solidez para la cara i , i = 1, 2, adimensional.
La relación de solidez de una cara,  , es la relación entre el área total de los miembros de las estructuras de apoyo,
definida anteriormente, y el área circunscrita de la cara del panel correspondiente.
En la figura A2 se muestra el factor F  4.1727   6.1681  4.0088 en función de la relación de solidez para
marcos de celosía con paneles donde todos sus elementos tienen superficies planas.
2
En la figura A3, se muestra F  0.2293   2.7091  3.1323   2.2002 para paneles donde todos sus
elementos tienen una sección transversal circular. Para las estructuras menores de soporte de equipo que tengan
sección transversal circular, el coeficiente de arrastre será el calculado con las expresiones A 22 y A 23.
3
2
4.2
4
3.8
3.6
3.4
3.2
3
2.8
2.6
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6

0.7
0.8
0.9
1
FIGURA A2 - Factor F  4.1727   6.1681  4.0088 para estructuras de
celosías formadas con elementos de lados planos
2
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PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
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FIGURA A3 - Factor F  0.2293   2.7091  3.1323   2.2002 para estructuras de
celosías formadas con elementos redondeados
3
A4.2
2
Factor de Amplificación Dinámica para Estructuras de Celosía
Los marcos estructurales de las subestaciones eléctricas usualmente están formados por dos o más columnas, unidas
por medio de vigas horizontales, también de celosía. Para cuantificar los efectos dinámicos que produce el viento
sobre un marco completo, se debe calcular el factor de amplificación dinámica para las marcos de celosía, FADE .
Este factor se obtiene mediante la expresión:
FADE 
1  2 k p I v (zs ) B 2  R 2
1  7 I v (zs )
1
(A.8)
Donde:
kp
Factor pico; se calcula mediante la expresión A.19, adimensional.
Iv (zs )
Es el índice de intensidad de la turbulencia evaluada en la altura de referencia mediante la expresión A.9,
adimensional.
zs
Altura de referencia (véase la figura A4), en m.
B2
Factor de respuesta de fondo; obtenido mediante la expresión A.10, adimensional.
R2
Factor de respuesta en resonancia; obtenido mediante la expresión A.12, adimensional.
El índice de intensidad de la turbulencia, I v
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 zs  , está definida como:
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PARA SUBESTACIONES
z 
I v ( zs )  d  s 
 10 
Iv (zs ) 
ESPECIFICACIÓN
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'

si
1
z
Ln mín
 z0
z mín  z s  z máx
si z s <



(A.9.a)
(A.9.b)
z mín
Donde: z máx = 200 m y los valores del las constantes d ,
 ' , z0
y
z mín , se presentan en la tabla A3.
El factor de respuesta de fondo está dado por:
B2 
1
bh
1  0 .9 

 L( z s ) 
(A.10)
0.63
Donde:
b
Ancho de la estructura de acuerdo con la figura A4, en m.
h
Altura de la estructura, en m.
L( z s )
Longitud de escala de turbulencia evaluada en la altura de referencia; se obtiene mediante la
expresión A.11, en m.
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021213
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ESPECIFICACIÓN
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ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
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NOTA:
Los ejes de la figura son locales para mostrar la geometría del marco. Cuando se trate del viento en la dirección local de Z, la
dimensión
b
es el largo de toda la trabe del marco y
para el viento en la dirección local de X, la dimensión
marcos con varias crujías, el valor de
b
z s es la altura del centroide (en dirección local Y) de ésta en tanto que,
b es el ancho promedio de la columna y z s  (2 / 3)h . Si hay varios
sería el largo de la trabe más larga y el valor de h sería el de la altura mayor.
FIGURA A4 - Condiciones geométricas para el cálculo del
FADE
TABLA A3 - Valores de las constantes d ,  ' , z 0 , z mín ,  , b ,
Categoría de
 y Ls
d
'
z 0 (m)
z mín (m)

b

Ls (m)
1
0,15
0,12
0,01
1
0,44
1,17
0,003
76
2
0,19
0,16
0,05
2
0,52
1,00
0,005
67
3
0,29
0,21
0,30
5
0,61
0,77
0,010
52
4
0,43
0,29
1,00
10
0,67
0,55
0,015
45
terreno
La longitud de la escala de turbulencia; para alturas z s menores que 200 m, puede calcularse con:
L( z s )  L( z mín )
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si z s <
000718
(A.11.a)
z mín
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ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
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
 z 
L( z s )  300  s 
 200 
si z s 
Donde los valores de

(A.11.b)
z mín
y z mín se presentan en la tabla A3.
2
El factor de respuesta en resonancia, R , originado por la turbulencia en resonancia en el modo de vibrar
considerado, se debe determinar con la expresión:
R2 

S L ( z s ,1, x ) Rh ( h ) Rb ( b )
4  est
(A.12)
Donde:
 est
Relación de amortiguamiento de la estructura; se debe tomar igual a 0,005 para conexiones
atornilladas y 0,003 para conexiones soldadas, adimensional.
S L ( z s ,1, x )
Densidad espectral de potencia del viento; se obtiene mediante la expresión A.13,
adimensional.
Rh ( h ) y Rb ( b )
Funciones de admitancia aerodinámica adimensionales, calculadas con las expresiones A.16
y A.17, respectivamente.
1, x
Frecuencia natural de vibración de la estructura en la dirección del viento, en Hz.
La densidad espectral de potencia del viento se obtiene con:
1, x L( z s )
6.8 (
S L ( z s ,1, x ) 
VD ' ( z s )
)
1, x L( z s ) 

)
1  10.2(
VD ' ( z s ) 

(A.13)
5/3
VD es la velocidad, en m/s, evaluada en la altura efectiva z s mediante la expresión:
VD 
Donde:
FT Frz VR
3.6
( en m/seg)
FT y VR , en km/h, se definen en el inciso A2, mientras que
Frz  0.702 b
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(A.14)
Rev
si z s  10 m
000718
021213
(A.15.a)
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
24 de 34
'
z 
Frz  0.702 b  s 
 10 
si 10 m < z s  200 m
Para la ecuación A.15, los valores de b y
'
(A.15.b)
se obtienen de la tabla A3.
Las funciones de admitancia aerodinámica se obtienen con:
Rh ( h ) 
Rb ( b ) 
1
h
1
b


1
2 h2
1
2 b2
1  exp(-2 h );
Rh ( h )  1 si  h  0
(A.16)
1  exp(-2 b );
Rb ( b )  1 si  b  0
(A.17)
Donde:
b 
4.6 b1, x
V ´D
h 
4.6 h1,x
(A.18)
V ´D
El factor pico, k p , se define como la relación del valor máximo de la parte de las fluctuaciones de la respuesta entre
su desviación estándar. Así, se tiene que:
k p  2 Ln (T ) 
0. 6
3
2 Ln (T )
(A.19)
Donde:
T = 600 s
Tiempo de promediación de la velocidad media del viento.

Frecuencia de cruces por cero, en Hz, y se calcula con la ecuación A.20.
  1, x
R2
 0.08
B2  R2
(A.20)
Donde:
1, x
A5
Frecuencia natural de vibrar del marco de celosía en la dirección considerada, en Hz.
FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE,
FeT , SOBRE ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS TUBULARES
Para las estructuras con elementos de sección transversal tubular, el efecto de la carga de viento en la dirección
longitudinal se calcula con:
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
25 de 34
F C
d h q(z) F
ADT
eT
aT tT tT
(A.21)
Donde:
FeT
Fuerza dinámica equivalente debida al efecto del viento, en N.
CaT
Coeficiente de arrastre para elementos tubulares de sección transversal circular, adimensional.
d tT
Diámetro promedio del tramo considerado del elemento tubular en, en m.
htT
Altura del tramo considerado del elemento tubular, en m.
q z (z )
Presión dinámica de base en Pa, variable con la altura z .
FADT
Factor de amplificación dinámica para estructuras con elementos tubulares, adimensional; se calcula de
acuerdo con lo especificado en el inciso A5.2.
A5.1
Coeficiente de Arrastre para Elementos Tubulares
El valor del coeficiente de arrastre para elementos tubulares de sección transversal circular,
número de Reynolds, Re , correspondiente a la velocidad de ráfaga a la altura de referencia
C aT ,
depende del
zs , la cual se establece
de acuerdo a la figura A6.
El número de Reynolds se calcula con:
Re 
D p VD
(A.22)

Donde:
Dp
Diámetro promedio del elemento tubular, en m.
VD
Velocidad de diseño del viento, en m/s, evaluada en la altura de referencia,
figura A6.

Viscosidad cinemática del aire a 15 ºC que es igual a 1.45 x 10-5 m2/s.
El valor del coeficiente de arrastre,
C aT  1.20
C aT , se obtiene de:
si Re  3 x 105
C aT  1.1098 Ln( Re )  15.197
950519
Rev
000718
021213
(A.23.a)
si 3 x 105 < Re < 4.5 x 105
080229
110816
(A.23.b)
z s , según se establece en la
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
26 de 34
C aT  0.75
si Re  4.5 x 105
Alternativamente, el valor de
C aT
(A.23.c)
se puede obtener de la figura A5.
1.40
1.20
1.00
CaT
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
Número de Reynolds, Re
FIGURA A5 - Coeficientes de arrastre C aT para elemento circulares y conductores o cables
Para equipo de forma cilíndrica, su coeficiente de arrastre es el calculado con la expresión A.23.
Para el caso en que los soportes de equipo sean celosías, se deben aplicar las expresiones A.6 y A.7; si dichos
soportes son tubulares de sección circular se debe aplicar la expresión A.23, pero si la sección tubular es poligonal,
los coeficientes de arrastre se toman de las tablas 4.3.22 o 4.3.23 del MDOC-DV.
A5.2
Factor de Amplificación Dinámica para Estructuras con Elementos Tubulares
El factor de amplificación dinámica,
circular, se calcula con:
FADT 
1  2k p I v ( z s ) B 2  R 2
1  7I v (zs )
FADP , para estructuras formadas de elementos tubulares de sección transversal
1
(A.24)
Donde:
kp
Factor pico estadístico dado por la ecuación A.19, adimensional.
Iv (zs )
Intensidad de la turbulencia evaluada en la altura de referencia mediante la expresión A.9, adimensional.
zs
Altura de referencia (véase la figura A6), en m.
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
27 de 34
B2
Factor de respuesta de fondo; obtenido mediante la expresión A.25, adimensional.
R2
Factor de respuesta en resonancia; obtenido mediante la expresión A.12 , adimensional.
La relación de amortiguamiento  est para estructuras tubulares se toma igual a 0,005 en el caso de ser atornilladas y
de 0,003 para conexiones soldadas.
El factor de respuesta de fondo está dado por:
B2 
1
bh 
1  0 .9 

 L( z s ) 
(A.25)
0.63
Donde:
b
Ancho de la estructura o diámetro promedio del elemento de sección circular de estructuras menores, de
acuerdo a la figura A6, en m.
h
Altura total del marco o elemento circular, en m.
L( z s )
Escala de longitud de turbulencia evaluada en la altura de referencia; se obtiene mediante la
expresión A.11, en m.
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
28 de 34
NOTA:
Los ejes de la figura son locales para mostrar la geometría del marco. Cuando se trate del viento en la dirección local de Z,
la dimensión
b
es el largo de toda la trabe del marco y
zs
que, para el viento en la dirección local de X, la dimensión
es la altura del centroide (en dirección local Y) de ésta en tanto
b
es el ancho promedio entre elementos tubulares que forman
las columnas y z s  ( 2 / 3) h . Si hay varios marcos con varias crujías, el valor de
el valor de h sería el de la altura mayor.
FIGURA A6 - Condiciones geométricas para el cálculo del
A6
FADT
b
sería el largo de la trabe más larga y
para estructuras mayores y menores
FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE, FeC , SOBRE LOS CONDUCTORES O CABLES
La fuerza dinámica equivalentes, FeC , que actúa sobre los cables se calcula con la expresión:
FeC  C ac d c q z ( Z s ) FADC
(A.26)
Donde:
FeC
Fuerza dinámica equivalente sobre el conductor debida al efecto del viento, en N/m.
C ac
Coeficiente de arrastre del conductor, adimensional.
dc
Diámetro del conductor, en m.
qz (zs )
Presión dinámica de base evaluada para una altura de referencia definida por la altura media del
conductor, z s (ecuación A.27), en Pa.
FADC
950519
Factor de amplificación dinámica para el conductor, adimensional.
Rev
000718
021213
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
29 de 34
La altura media del conductor o cable se debe tomar como altura de referencia, z s , y se calcula con:
zs 
1 1
z1  z2   zm in   10 m

2 2

Donde las alturas z1 ,
(A.27)
z 2 y zm in se definen en la figura A7.
FIGURA A7 - Condiciones geométricas para el cálculo de FeC
A6.1
Coeficientes de Arrastre para los Conductores o Cables
Para los conductores o cables la presión varía con la velocidad del viento y depende del número de Reynolds, Re .El
coeficiente de arrastre está dado por la expresión A.28.
C ac  1.20
si Re  3 x 105
C ac  1.1098 Ln( Re )  15.197
C ac  0.75
(A.28.a)
si 3 x 105 < Re < 4.5 x 105
si Re  4.5 x 105
(A.28.b)
(A.28.c)
El número de Reynolds se calcula con:
Re 
d c VD
(A.29)

Donde:
dc
950519
Diámetro de la sección transversal del conductor o cable, en m.
Rev
000718
021213
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
VD
30 de 34
Velocidad de diseño del viento, en m/s, evaluada en la altura de referencia, z s , según la expresión A.27.

Viscosidad cinemática del aire igual 1.45 x 10-5 m2/s a 15 ºC.
Para la mayoría de los conductores estándar y velocidades del viento, el coeficiente de arrastre, C ac , se puede
considerar igual a 1,2. Asimismo, se pueden emplear otros valores si se realizan pruebas que los justifiquen.
A6.2
Factor de Amplificación Dinámica para los Conductores o Cables
Los efectos dinámicos que produce el viento sobre los conductores o cables se calculan con:
FADC 
1  k p E B c  R c
g 2 (Z s )
En ningún caso
1
(A.30)
FADC debe ser menor a la unidad.
Donde:
FADC
Factor de amplificación dinámica para los conductores o cables, adimensional.
kp
Factor pico estadístico considerado igual a 3,5.

Factor debido a la separación entre los conductores y la estructura, se considera igual a 0,75.
E
Factor de exposición calculado mediante la ecuación A.31, adimensional.
BC
Factor de respuesta de fondo para los conductores o cables; se obtiene con la ecuación A.32,
adimensional.
RC
Factor de respuesta en resonancia para los conductores o cables; se obtiene con la ecuación A.33,
adimensional.
g z (zs )
Factor de ráfaga, evaluado para la altura media del conductor, z s (ec. A.27), para convertir velocidades
promediadas en 3 segundos a velocidades promediadas en 10 minutos, adimensional; se obtiene con la
ecuación A.36, y
El factor de exposición,
 10 
E  24  
 zs 
E , está dado por:
'
(A.31)
Donde:
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
31 de 34
subestación eléctrica; se obtiene de la tabla A3,

Factor de rugosidad del terreno donde se ubicará la
adimensional.
'
Exponente de variación de la velocidad media del viento con la altura; se obtiene de la tabla A3, adimensional.
zs
Altura de referencia del conductor o cable, obtenida con la ecuación A.27, en m.
Para una altura de referencia del conductor o cable menor o igual que 10 m, z s se mantiene constante e igual a este
último valor.
El factor de respuesta de fondo de los conductores o cables, BC , se calcula con:
BC 
1
(A.32)
F
1  0.81 L
Ls
Donde:
Ls
Escala de turbulencia que depende de la categoría del terreno; se obtiene de la tabla A3, en m.
FL
 30 m, factor de longitud del conductor o cable (véase la figura A7), en m.
El factor de respuesta en resonancia de los conductores, RC , se calcula con:
 z
RC  0.0113  c s
 V D



5 / 3
zs
FL  c
(A.33)
donde:
VD
Velocidad evaluada en la altura de referencia del conductor o cable, z s , mediante la expresión A.14, en m/s.
c
Frecuencia fundamental del cable o conductor, en Hz, se calcula con la expresión A.34.
c
Fracción de amortiguamiento aerodinámico, con respecto al crítico, del cable o conductor, adimensional. Se
calcula con la expresión A.35.
La frecuencia fundamental de un cable o conductor, en Hz, se puede calcular con la expresión:
c 
1
2
3g
2f
(A.34)
Donde:
f
Flecha o catenaria máxima del cable (véase la figura A7), en m.
g
Aceleración de la gravedad igual 9,81 m/s2.
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
32 de 34
La fracción de amortiguamiento aerodinámico, con respecto al crítico, del cable o conductor, se puede calcular con:
 d c2  aire  V D

 c  
  d C ac

m
4
 c c

(A.35)
Donde:
dc
Diámetro del cable o conductor, en m.
m
Masa por unidad de longitud del cable o conductor, en kgm/m.
 aire
Densidad media del aire igual a 1.2 kgm/m3.
VD
Velocidad evaluada en la altura de referencia del conductor o cable, z s , mediante la expresión A.14, en m/s.
C ac
Coeficiente de arrastre del conductor o cable según se establece en A6.1, adimensional.
El factor de ráfaga se calcula con la siguiente expresión:
g z ( z) 
c
0.702b
para z≤ 10 m
(A.36.a)
para 10 m < z ≤ 200 m
(A.36.b)
  '
c  z
g z (z) 
 
0.702b  10 
En la expresión anterior, los valores de c y α se muestran en la tabla A1, en tanto que los valores de b y
dados en la tabla A3.
950519
Rev
000718
021213
080229
110816
 ' están
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
33 de 34
APÉNDICE B
(Normativo)
INFORMACIÓN REQUERIDA
B.1
EN LA PROPUESTA
La propuesta del proveedor debe incluir la siguiente información:
B.2
a)
Cuestionario técnico debidamente contestado.
b)
Planos de dimensiones generales de las estructuras.
c)
El peso de las estructuras.
d)
Carta en la que acepta, en caso de resultar ganador, que los diseños de las estructuras deben ser
propiedad de la CFE y se compromete a entregar la información necesaria, como planos de taller y
memoria de cálculo.
AL FORMALIZARSE EL CONTRATO
El proveedor que resulte ganador, debe entregar un programa de las actividades por desarrollar para cumplir con el
suministro de las estructuras, en los plazos indicados por la CFE. Este programa incluye entre otros conceptos los
siguientes:
B.2.1
a)
Cálculos y planos para la revisión por parte de la CFE.
b)
Entregas de cálculo y planos para la revisión por parte de la CFE.
c)
Planos definitivos.
d)
Pruebas mecánicas a los materiales.
e)
Fabricación.
f)
Inspección.
g)
Embarque y entrega en obra de las estructuras.
h)
Montaje de estructuras.
Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad
Este dibujo debe contener la información solicitada en el inciso 5.2.
B.2.2
Análisis y Diseño
Se debe entregar la documentación siguiente:
a)
Criterios de diseño y memoria de cálculo detallada. Junto con los resultados se entregan los datos
de entrada impresos, así como las memorias, hojas de cálculo electrónicas y demás archivos en
formato original, sin restricciones para la CFE; no se acepta ningún tipo de información electrónica
con restricciones.
b)
Propiedades prismáticas de las secciones que se utilizan en el diseño.
c)
Tabla-resumen de cargas y diseños donde se indique, para todos y cada uno de los miembros
analizados, lo siguiente:
-
950519
Rev
número de identificación. Corresponde al número de la pieza indicado en el plano de cuerpo
básico,
000718
021213
080229
110816
ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES
PARA SUBESTACIONES
ESPECIFICACIÓN
CFE JA100-57
34 de 34
d)
B.3
-
cargas y momentos de diseño,
-
número de las combinaciones de carga correspondientes,
-
dimensiones del perfil,
-
bajo cargas de servicio un análisis de deformaciones para diferentes alturas de la estructura,
-
diseño de las conexiones mecánicas. Número de tornillos y la forma en que trabajan.
Planos y/o dibujos en hojas de 884 mm x 555 mm. Debe contener la siguiente información:
-
isométrico general de la estructura,
-
planos estructurales de columna,
-
planos estructurales de trabes,
-
planos de detalles tipo,
-
identificación y estructuración de todos los niveles especificados y sus masas,
-
para estructuras telescópicas, indicar las fuerzas de acoplamiento para cada ensamble y el
equipo de aplicación recomendado,
-
estos planos y/o dibujos deben hacerse a escala y contener el siguiente enunciado
“PROHIBIDA LA REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL. PROPIEDAD DE CFE”,
-
lista de partes incluyendo masas unitarias y totales.
e)
Criterio de diseño y memoria de cálculo de las cimentaciones y su dibujo.
f)
La revisión por parte de CFE no exime al proveedor de su responsabilidad por el diseño.
CONSIDERACIONES ADICIONALES
En las dimensiones de los dibujos y en todos los cálculos, el proveedor se debe basar en la norma NOM-008-SCFI. El
proveedor se debe dirigir para:
950519
a)
Especificaciones de diseño: al área técnica usuaria.
b)
Control de calidad y pruebas de materiales: la Gerencia del LAPEM.
c)
Suministro: Con el área contratante.
Rev
000718
021213
080229
110816