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Diseño, proyecto
y construcción de
sistemas de transmisión
de energía eléctrica
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I. Proyecto de LAT
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I Materiales que constituyen las líneas aéreas
En general en todo tipo de construcción, los materiales
que se utilizan se ensayan para comprobar que su calidad
se compadece con la obra a ejecutar, de la misma forma
que se comprueba el cumplimiento de todas las exigencias inherente a ella.
I.1 Cables de transporte de energía (desnudos)
En la actualidad, las líneas de transmisión en 132 kV se
construyen con cables desnudos de aleación de aluminio
con alma de acero (Al/Ac) de secciones 185/30 hasta
300/50 mm2. A los efectos de la normalización de los cálculos mecánicos de los conductores, nos basaremos en
los cables de clase A, correspondiente a conductores fabricados según norma IRAM Nº 2187/70.
• Aisladores de material compuesto de suspensión o retención (polimérico).
• Aisladores soporte para líneas aéreas tipo “line post”
de material compuesto.
Para la fabricación y ensayos de los aisladores, se respetará lo indicado en las normas detalladas en la tabla I-1.
Tabla I.1
Aisladores de porcelana o vidrio
2234-1/2
2235
IEC 60305
IEC 60383
IEC 60575
IEC 60 672-3
Aisladores de suspensión o retención
de material compuesto
IRAM 2355
IEC 61109
I.2 Cables de protección
Estos cables son de acero galvanizado (pesado, tipo B) y
la sección del mismo y sus características se determinarán en función de las necesidades de diseño. El cable responderá a la norma IRAM 722 y sus complementarias
mencionadas en el punto 1 de dicha norma.
I.3 Aisladores
Los cables se suspenden en los postes a través de cadenas
de aisladores o se los fija a aisladores del tipo aislador soporte en diseños especiales.
En el mercado se tienen aisladores de porcelana, porcelana con alto contenido de alúmina y de vidrio templado.
En la actualidad se están ensayando en condiciones normales de uso, aisladores en barra con alma de fibra de
vidrio con resina epoxi (elemento que le da rigidez) y
campana de goma siliconada que le confiere las propiedades aislantes. Se están utilizado en el país aisladores
de barra larga tipo pedestal (similar al aislador soporte,
sólo que se coloca horizontal), el cual hace las veces de
ménsula, con sistema de sujeción del cable en el extremo, lo que permite conseguir menores valores en las distancias eléctricas, siendo adecuados para ser utilizados
en zonas urbanizadas y principalmente en postes tubulares de acero.
En principio se propone adoptar en el caso de cadenas de
aisladores, juegos de nueve (9) aisladores para las cadenas de suspensión y de diez (10) para las de retención.
Según se determine, los aisladores a utilizar en las estructuras podrán ser:
• Del tipo de suspensión a rótula vidrio o porcelana (según IRAM 2234-1/2).
Aisladores soporte para líneas aéreas tipo IRAM 2406
“line post” líneas de material compuesto IEC 61952
Aisladores para uso en condiciones
de contaminación ambiental
IRAM 2405
IEC 60815
Acoplamientos
IRAM 2248
IEC 60120
Elementos de fijación
IRAM 2249
IEC 60372-1
La carga mecánica que deberán poder soportar los aisladores no será inferior a 3,12 veces el valor de la mayor
fuerza a que se hallen sometidos. En el caso de las cadenas de suspensión la fuerza a considerar es igual a la mitad del tiro máximo, mientras que en las cadenas de
retención es igual al tiro máximo.
Cuando las líneas estén ubicadas a más de 1.000 m sobre
el nivel del mar, se deberá hacer el estudio de aislación
correspondiente para determinar la cantidad de aisladores que corresponda a cada nivel de tensión.
Las cadenas de aisladores múltiples formadas por “n” cadenas simples (cadenas en “V”, de suspensión y retención dobles, etc.), deberán poder soportar una carga
mecánica que será por lo menos “n” veces la carga que
soporta cada cadena individual.
Se deberá asegurar que la distribución de las cargas, den5
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tro de lo posible, sea uniformemente repartida entre todas las cadenas.
El ángulo formado por las cadenas en la suspensión en
“V”, será como mínimo 60°.
I.4 Morsetería
Los empalmes y elementos de reparación de los cables
responderán a lo solicitado en la norma IRAM NIME
20022.
Están incluidos dentro de esta denominación, todos los
elementos constitutivos de las cadenas de aisladores, para sujetarlas de las ménsulas y/o crucetas así como también para tomar a los cables.
Se podrán utilizar empalmes y elementos de reparaciones del tipo a compresión o del tipo preformado; no se
permitirá el uso de soldadura ni calentamiento para ejecutar los empalmes.
Todos los elementos que componen las cadenas de aisladores y los de suspensión y amarre del cable de protección, deberán responder a la norma IRAM NIME 20022,
tanto en la fabricación como en los ensayos estructurales.
Los materiales a utilizar serán fundición de hierro maleable, acero o aleaciones especiales de aluminio de alta resistencia. En caso de ser materiales ferrosos, serán
galvanizados.
La morsetería para el cable será antivibratoria, con morsas aptas para la colocación de varillas preformadas en
las suspensiones.
Toda la morsetería a utilizar deberá ser apta para el mantenimiento bajo tensión.
Los accesorios de suspensión y amarre para el cable de
protección, serán de acero galvanizado, con morsas oscilantes en las suspensiones.
Los accesorios para cadenas de retención, con morsas del
tipo a compresión, serán provistos de los correspondientes prolongadores regulables, a efectos de posibilitar el
ajuste de flechas durante el tensado del cable.
Podemos hacer un comentario especial respecto a las cadenas de aisladores convencionales, a las cuales para
compensar la diferencia en la caída de potencial entre sus
unidades cercanas al cable respecto a las centrales, se le
colocan elementos para el control del campo. Al comienzo de la construcción de este tipo de líneas en el país, se
colocaban anillos en ambos extremos de la cadena. Con
el tiempo, debido a su inconsistencia mecánica provocada por las vibraciones de los cables, lo que hacía que se
desuelden y el aro quede suelto sobre el cable, se introdujo una variante, el elemento llamado “raqueta”. Estudios
realizados en laboratorio, demostraron que dicho elemento no tenía ninguna utilidad para los fines específicos, razón por la cual, llevaron a desaconsejar su uso y
volver para zonas urbanas y suburbanas, a colocar los
anillos.
6
De este modo, las cadenas de suspensión con control de
campo peden tener una longitud aproximada entre 1,50 y
1,60 m.
I.5 Armaduras de protección
Se utilizan las denominadas “Preform Rods” y como su
nombre lo indica, ya se fabrican con un preformado en
hélice, de manera que el armado se realiza en forma manual sin necesidad de herramientas y queda perfectamente ajustado, de manera que no se puede deslizar una vez
colocado. Permite su reutilización en caso de resultar necesario efectuar un re-tendido de la línea.
En las grapas de suspensión, el cable se protegerá mediante varillas preformadas de longitud adecuada, con el
número de varillas acorde a la sección de éste.
Los extremos de las varillas deberán estar terminados de
forma tal que no produzcan efluvios, debiendo cumplir
con los valores de RIV y corona para el ensayo de cadena
completa según se especifica en la norma IRAM NIME
20022.
I.6 Amortiguadores de vibración de los cables
Es aconsejable utilizar los amortiguadores del tipo asimétricos tanto para el cable de energía como para el de protección. Esto se debe a que presentan cuatro frecuencias
de resonancia, con lo cual se obtiene una mayor eficiencia. Para su colocación, se deben realizar las mediciones
según las indicaciones IEEE PAPER 31 TP 65-156 y CIGRE 22.11 que nos tipifique la amplitud máxima que se
puede obtener y la frecuencia máxima con que se produce. De esta manera se puede determinar la distancia exacta a colocarlo desde el último punto de contacto del cable
con la morsa de suspensión, a efectos de reducir las vibraciones de origen eólico y mantenerlas dentro de valores
que no comprometan la vida útil de los conductores y cables de guardia; al mismo tiempo deberán evitar daños en
el propio amortiguador y los herrajes involucrados. Permitirán su montaje y desmontaje con tensión.
Los cálculos se deberán realizar para un perfil de vientos
que abarcará como mínimo un rango de 2 a 12 m/s.
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Las deformaciones unitarias correspondientes a las flexiones vibratorias, en las zonas del último contacto del
conductor con la grapa de suspensión, no deberán exceder de:
300 microstrain pico-pico para el 5% de los ciclos de vibraciones.
250 microstrain pico-pico para el restante 95% de los ciclos de vibraciones.
Las mediciones deberían repetirse en las distintas estaciones del año y cada estudio debería tener una duración
entre 15 y 20 días aproximadamente. En todos los casos,
los representantes de las partes presenciarán las colocaciones y retiro de los equipos de medición mencionados.
La fabricación, los ensayos y la inspección se realizarán
conforme a lo solicitado con la última revisión de las normas y recomendaciones indicadas a continuación, además de lo solicitado por estas especificaciones. Cuando
no se indique expresamente otra norma se utilizará el criterio de la IEC 61897 - IRAM -722, IRAM -777, IRAMNIME -20022, IEEE PAPER 31 TP 65-156, IEEE std
664-1993, CIGRE WG 22-04.
Las grapas estarán diseñadas de manera tal que sujeten
firmemente al conductor y al cable de guardia con suficiente presión, adecuadamente distribuida, para prevenir
deformaciones en frío de los materiales en contacto y
permitan además un fácil montaje en línea con tensión.
Estas serán de tipo abulonada, cuya concepción requiere
tornillos de apriete y dispositivos elásticos para almacenamiento de energía, contra el aflojamiento por vibraciones. Los elementos de ajuste, después del cincado,
deberán poder roscarse a mano toda la longitud roscada.
I.6.4 Cable mensajero. El mismo estará conformado
con alambres de acero cincado de 130/160 daN/mm2
de resistencia a la tracción
I.6.5 Contrapesos. Podrán ser de fundición de hierro o
de aleación de cinc.
Se realizarán los ensayos indicados en la tabla 1-“test on
damper” de la IEC 61897. Se podrán incluir los siguientes ensayos:
• Deslizamiento de la grapa.
• Respuesta del amortiguador en frecuencia.
• Eficiencia de amortiguamiento según IEEE 664.
• Fatiga.
I.7 Postes
I.7.1. Hormigón armado. Los troncocónicos son los que
se utilizan en la actualidad. Son de sección anular, y la
conicidad también se encuentra normalizada en un crecimiento hacia la base de 1,5 cm por metro de longitud.
Se los fabrican con saltos de a 50 kg de tiro en la cima.
Se debe especificar con que coeficiente de seguridad se
desea. Corresponde hacer mención, que en general se diferencian los coeficientes de seguridad para las hipótesis
normal (Cn) y de emergencia (Ce), estableciéndose los
valores mínimos a cumplir por los soportes, por ejemplo
Cn = 2,5 o 3 para la hipótesis normal y Ce = 1,5 o 2 para la extraordinaria, para lo cual se debe cumplir:
Los materiales que lo componen deberán cumplir con las
siguientes condiciones:
I.6.1 Grapa. El material de la grapa del amortiguador
será de aleación de aluminio primaria cuya composición química asegure una buena protección contra la
corrosión. La aleación de aluminio debe estar de acuerdo con la norma ASTM B85 o similar.
I.6.2 Bulonería. Será de acero al carbono.
I.6.3 Protección anticorrosiva. Serán cincados por inmersión en caliente, de acuerdo con el Anexo D de la
norma IRAM-NIME 20022, a excepción del cable de
unión, que se regirá por la Norma IRAM-777. El espesor mínimo de recubrimiento de cinc será de 85 micrones.
Donde Tc es el tiro en la cima del poste adoptado y Crot
es la carga a partir de la cual debe romper el poste.
I.7.2. Tubos de acero. Su utilización resulta muy adecuada en zonas urbanizadas.
I.7.3. Perfiles de acero. Se pueden utilizar en algunos casos en líneas de 132 kV, cuando el acceso al piquete resulta difícil para los postes de hormigón.
Su competitividad con el hormigón, depende fundamentalmente de las condiciones de mercado del país,
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donde todo pasa por una ecuación económica. Este tipo
de construcción, permite obtener estructuras resistentes
importantes, pudiéndose emplear vanos de mayor longitud, que con hormigón resultarían postes de mucha
envergadura. Por esta situación siempre resulta interesante realizar estudios comparativos a efectos de decidir la utilización de uno u otro.
I.8 Puestas a tierra
I.8.1. De soportes o estructuras metálicas. Está compuesto por un cable de conexión provisto de terminales
en los extremos, el cual une el poste tomando desde el
bloquete dispuesto para tal fin en la armadura del mismo, hasta la jabalina que se coloca hincada en el terreno junto a la fundación. En los postes de hormigón, el
cable de tierra generalmente pasa a través de la fundación por medio de un caño de PVC dispuesto a tal fin.
Se deberán realizar estudios geoeléctricos a fin de determinar el tipo de puesta a tierra a utilizar en cada estructura.
De manera general dicha puesta a tierra puede estar
constituida por:
• Jabalina
• Contrapesos
• Combinación de ambos
Se utilizan jabalinas de acero cobreado tipo Coperweld
(JL 14X3000, según IRAM), de longitud mínima de 3
metros y sección de 1/2 pulgada. Se hincan verticalmente hasta que su extremo superior quede a unos 0,50 m
bajo el nivel del terreno natural. La longitud de la jabalina debe ser tal que ante descargas impulsivas, no se
produzcan fenómenos oscilatorios
La jabalina se hincará a tres (3) metros de la fundación
y se unirá a la estructura mediante cable de acero cobreado con una sección mínima de 50 mm2.
La unión de la jabalina al cable con el que se une al bloquete de la estructura se realiza a través de un tomacable de bronce forjado de alta resistencia mecánica.
La unión del cable al bloquete de la estructura se realiza con terminal soldado mediante soldadura cuproaluminotérmica.
La jabalina se coloca a tres (3) metros de la base de la
estructura en la línea que une el centro de dicha estructura (o pata de estructura) con el centro de la estructura
siguiente (o pata de la estructura siguiente). En el caso
8
de estructuras con patas separadas la conexión de la
puesta a tierra de las patas deberá efectuarse en aquellas
que posean la misma ubicación.
Los contrapesos se disponen en zanjas a una profundidad de 0.60 m bajo el nivel del terreno. En terrenos de
labranza se incrementa la profundidad llevándola a 0.80
m como mínimo.
A la salida de la base de las estructuras (donde se instalarán caños de PVC para su paso), los conductores llevarán un doblez para evitar que sean arrancados desde
el exterior.
En el caso de utilizarse contrapesos deberá analizarse la
conveniencia que la longitud total de los mismos se divida en 2, 3 o 4 brazos siempre que la topografía del terreno lo permita.
Si se requiere mejorar las condiciones de puesta a tierra, se puede aumentar el número de jabalinas, las que
se conectan en paralelo a la primera y se ubican alrededor de la base de la estructura o pata de la estructura
formando un círculo con diámetro de tres (3) m y cuyo
centro sea la base de la estructura o pata de la estructura en cuestión.
Cuando la puesta a tierra se realiza en terrenos rocosos,
la resistencia de puesta a tierra no está limitada.
Las mediciones de control de las resistencias de tierra
de las estructuras solo se llevan a cabo durante períodos
de clima estable como mínimo después de 5 días a partir de la última lluvia aislada. La medición debe efectuarse preferentemente con un instrumento de alta
frecuencia. En ese caso, la resistencia de puesta a tierra
no debe superar los 10 ohms. Cuando la medición se
realice con instrumento de baja frecuencia desconectando la tierra de la estructura el valor de resistencia no
deberá superar los 15 ohms. Se pueden aceptar valores
superiores de hasta el 200% de los anteriores, en un
10% de las totalidad de las estructuras, excluyendo las
estructuras próximas a las E.E.T.T.
Las condiciones para aceptar resistencias mayores que
los mencionados son las siguientes según sea el instrumento que se utilice:
a) Cuando los valores de la resistencia de puesta a tierra de las estructuras anterior y posterior sean inferiores a 10 o 15 ohms medidas con instrumentos de
alta y baja frecuencia respectivamente.
b) Cuando el valor medio entre un tramo de retención
no sea superior a 10 o 15 ohms medidas con instrumentos de alta y baja frecuencia respectivamente.
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Para las estructuras próximas a las E.E.T.T., los valores máximos serán de 6 y 10 Ohms utilizando instrumentos de alta y baja frecuencia respectivamente, no
debiéndose en ningún caso superar estos valores.
Cuando se efectúe la medición con instrumentos de alta frecuencia, no será necesario desconectar el conductor de puesta a tierra de la estructura. Si la
medición se realiza con instrumento de baja frecuencia, debe desconectarse el conductor de puesta a tierra
de la estructura.
Para disminuir el valor de la resistencia de puesta a tierra de una torre en particular, deberá incrementarse la
longitud de los conductores contrapuestos y/o combinar
con la instalación de jabalinas hasta lograr el valor requerido. Si se instala más de un jabalina, las mismas deben distanciarse como mínimo 10 m y conectarse en
paralelo con los conductores contrapuestos.
I.8.2. Puesta a tierra de alambrados, cercos y construcciones metálicas. Todo cerco, alambrado y otra
instalación construida con elementos metálicos de cier-
ta longitud que no posea toma de tierra natural y que
cruce o corra paralela a la línea, será puesto a tierra.
Para los alambrados paralelos a la línea y dentro de la
franja de seguridad, se efectuará una puesta a tierra vinculando los alambres a la jabalina de cada estructura de la línea. La conexión de puesta a tierra se materializará en
todos los hilos del alambrado. De existir tranquera, se realizará una puesta a tierra adicional e independiente a cada
lado de la misma con jabalina de 1 m de profundidad.
Para los alambrados que crucen aproximadamente a
90° la franja de servidumbre, se instalará una p.a.t independiente con jabalina de 1 m de profundidad en correspondencia con cada borde de la franja de seguridad.
Los conductores de puesta a tierra son de alambre galvanizado de diámetro mínimo ∅ 5 mm. La conexión
con los hilos del alambrado se hacen mediante preformados u otro método.
Las conexiones de los conductores de puesta a tierra a
la jabalina se hacen con tomacables.
II Trazad0 de líneas
En los casos de tensiones iguales o superiores a 132 kV,
no resulta necesario utilizar camino de apoyo para la construcción, dado que son obras de grado de seguridad elevado y con baja probabilidad de fallas y por lo tanto,
menor mantenimiento preventivo.
En general, el dimensionamiento de las líneas aéreas deberá responder a lo prescrito en la Norma VDE 0210 (revisiones de las del 59, 62, 65, 69 y definitiva de 1985).
El conocimiento del medio físico y humano a lo largo del
trazado preliminar es de fundamental importancia durante el proceso de selección de la traza óptima. En esta etapa inicial pueden evitarse muchas dificultades de diseño
estructural, de construcción y mantenimiento y de impacto ambiental.
El proyectista deberá tener en cuenta:
• La ubicación de los centros poblados que se hallen
cercanos al trazado general. Deben evitarse desvíos
innecesarios que impliquen el uso de estructuras más
caras o elevados resarcimientos económicos a los propietarios afectados.
• Otras construcciones civiles lineales que pudieren atravesarse, tales como rutas, caminos, ferrocarriles, canales, gasoductos, oleoductos, otras líneas de energía y
de comunicación etc. que suelen imponer el uso de es-
tructuras de mayor altura o dificultar su localización.
• Las construcciones o instalaciones discretas, tales como cascos de estancia, casas, galpones, corrales, tanques y molinos, que se constituyan en obstáculos a ser
removidos, reinstalados o sorteados.
• Los accidentes geográficos naturales que dificulten o
encarezcan la instalación de fundaciones (lagunas
temporarias o permanentes, arroyos, ríos, afloramientos rocosas, etc.), o que por sus características dentro
del contexto geográfico local faciliten la aparición de
vientos adversos (vibraciones y oscilaciones de cables, “galloping”, efecto embudo) u otras cargas adicionales tales como nieve o escarcha.
• La topografía del terreno (colinas, morros, sierras o cuchillas) que puedan generar una dispersión en los vanos gravantes y exigir el uso de estructuras especiales.
• La Infraestructura vial existente, como ser caminos,
picadas y otras condiciones de la zona en que se desarrolla la traza a fin de facilitar el acceso a la mismas
con la finalidad de que el mantenimiento de la línea y
por lo tanto la calidad del servicio no se vean afectadas
por la inaccesibilidad a los piquetes. Este mismo criterio de accesibilidad permitirá reducir el impacto ambiental que podría tener la construcción de picadas etc.
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Sobre estos temas se recomienda la lectura de las consideraciones contenidas en el Manual ASCE 74.
También deberá obtenerse toda la información posible
sobre las condiciones climáticas del área pues son éstas
las que rigen el diseño global del sistema estructural
(fundaciones-torre-cables) y el desempeño de una línea.
La temperatura, el viento (sinóptico o tornádico) y el hielo son los más importantes a considerar. De un modo indirecto y secundario, también la presión atmosférica.
El proyectista deberá consultar las fuentes de datos más
actualizadas y precisar las características climáticas dominantes a lo largo del trazado general. Se recomienda
contar con la asistencia de meteorólogos que faciliten la
compilación e interpretación de los datos. En caso de ser
necesario, en el software de cálculo mecánico de los cables se pueden modificar cualquiera de los estados cli-
máticos para adaptarlos a las nuevas condiciones impuestas en la zona. En la etapa de diseño preliminar, o
cuando no se cuente con información más precisa, podrá
tomarse como referencia la zonificación existente para la
Argentina (Anexo I), en la cual se definen zonas de características climáticas constantes. Para cualquier etapa
posterior deberán realizarse estudios complementarios.
En lo referente al medio ambiente, deberán contemplarse las limitaciones y restricciones impuestas por el correspondiente estudio de Impacto Ambiental para la
etapa de diseño, confeccionado según los lineamientos
del “Manual de Gestión Ambiental del Sistema de Transporte Eléctrico” Resolución Nº 15/92 de la Secretaría de
Energía y los “Procedimientos ambientales para la construcción de instalaciones del sistema de transporte de
energía eléctrica, que utilicen tensiones de 132 kV o superiores, Resolución ENRE 0546/1999.
III Implantación del trazado
Una vez definido el trazado general sobre planos viales o
generales, deberá obtenerse la documentación cartográfica mínima necesaria para precisarlo, la que estará constituida por cartas geográficas con curvas de nivel,
planos satelitales y catastrales y, si es posible o necesario,
por restituciones aerofotogramétricas a lo largo del trazado, preferentemente a color.
Las escalas a utilizar dependerán del área atravesada, de
la longitud de la línea y de los obstáculos a salvar. En general, la escala será de 1:50.000 o más ampliada.
Sobre esta cartografía se definirá la traza con suficiente
precisión como para establecer la cantidad y variedad de
estructuras especiales (ángulos, terminales, cruces especiales, transposiciones, etc.) y permitir la implantación
del trazado en el terreno.
Deberá realizarse un detallado relevamiento planialtimé-
trico a lo largo del trazado, consignando todos los obstáculos naturales y las construcciones existentes dentro de
la franja de servidumbre, esta última definida según la
Especificación Técnica T-80.
Durante esta etapa podrán introducirse correcciones al
trazado tendientes a evitar obstáculos no detectados anteriormente, mejorar el acceso a la traza o disminuir el impacto ambiental.
De cada punto singular se obtendrán las coordenadas
Gauss-Kruger y se confeccionarán monografías suficientemente detalladas como para localizar posteriormente el
punto, aún en ausencia de estacas u otras señalizaciones.
Para la definición de la traza se debe contar con más
de una alternativa disponible, de la cual se seleccionará
una primera a fin de iniciar los relevamientos planialtimetricos de detalle.
IV Diseño geométrico de líneas
Si hablamos de líneas simple terna (figura I-1), las disposiciones típicas son las indicadas desde la D a la I, según
se trate de líneas rurales o urbanas, en todos los casos se
instalan cables de protección. En doble terna, se colocarán una terna de cada lado, simétricas al eje del poste y el
cable de protección sin ménsula.
En el desarrollo de la traza de una línea, se deberán colocar postes que deberán cumplir diferentes funciones,
10
de acuerdo a los distintos accidentes que ella deba sortear.
IV.1 Funciones de los soportes
IV.1.1 Soporte de Suspensión. Su única función es la de
sostener los cables suspendidos y mantener las distancias entre cada uno de ellos y los puntos conectados a
tierra y de ellos entre sí.
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IV.1.2.- Suspensión angular. Su función es similar al anterior, sumándose la resultante de los tiros de los cables
en sentido de la bisectriz del ángulo. Los ángulos que se
pueden admitir son pequeños y depende de la sección
del cable, en función de las cargas a las cuales estará sometido. Lo normal sería que no se supere los 4º.
IV.1.3. Retención. La función principal es la de oficiar
de divisor mecánico de la línea, a los efectos del tendido de los cables. En general su ubicación coincide con
los puntos singulares de la línea y cuando la distancia
entre ellos resulta muy grande, se colocan retenciones
intermedias denominadas en alineación o rectas (debido a que su ángulo es aproximadamente cero).
Se sugiere tomar un ángulo mayor de 4° a partir del
cual prever la colocación de una estructura de esta naturaleza.
Siempre las retenciones resultan como mínimo estructuras dobles, debido a que están en juego todas las cargas, inclusive las de tendido. En aquellos casos en que
las cargas en juego resulten muy elevadas y haga que
una estructura de dos postes genere tiros en la cima
muy elevados, se colocan estructuras triples.
El concepto general que se debe considerar, es que una
retención recta es un caso particular de las retenciones
angulares y no a la inversa.
F igu r a I -1
El concepto general que se debe considerar, es que una
retención recta es un caso particular de las retenciones
angulares y no a la inversa.
IV.1.4. Terminales de línea. Como su nombre lo indica,
es el poste que se instala al final de la línea y su función es soportar en forma permanente el tiro de todos
los cables y como complemento, en caso de resultar
necesario, la acometida a subestaciones con tiro reducido. El valor del tiro reducido en los cables, en general se establece 4 kg/mm2 para los cables de energía
mientras que es de 6 kg/mm2 para el de protección.
IV.1.5. Postes especiales. Se incluyen dentro de esta denominación todos aquellos postes (dobles o triples) que
no se los pueda encuadrar dentro de los anteriores.
Dentro de estos podemos mencionar los siguientes.
IV.1.6. Postes no normalizados. Son aquellos que en
general no tienen definida su situación en las hipótesis
establecidas en la norma de referencia, por lo que se
deberán considerar las funciones que debe cumplir para luego plantear para su cálculo todas las hipótesis que
las contemplen. Serán observadas todas las reglamentaciones nacionales, provinciales y/o municipales en
vigencia sobre cruces, paralelismos y acercamientos
con otras conducciones (sean estas eléctricas, ferroviarias, de comunicaciones, hidráulicas y/o viales), aeropuertos (cuando estos estén debidamente inscriptos o
registrados en los entes que corresponda), edificios públicos o privados, etc. Cuando no existan normas que
reglamenten lo anterior o las existentes no sean de aplicación, regirán las recomendaciones establecidas en la
Tabla del Anexo 2 o lo estipulado en el punto 1.2.3 del
capítulo VIII. Para los casos especiales no contemplados, se deberán respetar las recomendaciones de la norma VDE 0210.
Cruce de ferroca rril: para este caso, vale la aclaración
que las normas vigentes desde el año 1972 para todos
los cruces de líneas de transporte de energía hasta 132
kV, establecen que el cruce debe realizarse con seguridad aumentada 100% (el tiro de los cables al 50% y
colocación de cadenas dobles de retención). Esta admite la colocación de un solo cable por fase, generalmente se colocan dos para equilibrar las cargas en la
estructura. No obstante, resulta conveniente realizar
una evaluación económica entre colocar dos cables o
calcular el poste de cruce con una carga de desequilibrio mucho mayor, dado que de un lado tenemos la
carga normal de la línea y del otro el 50% de la máxi11
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ma admisible. Esta norma también define que el cruce debe ser recto hasta tensiones de 132 kv, pudiendo
cruzarse con ángulos mayores, adjuntando el cálculo
de interferencias de la línea de energía con la telegráfica utilizada para comunicaciones y seguridad, a la
empresa concesionaria del ferrocarril. Asimismo, define que la altura mínima de cruce sobre el nivel superior de los rieles será de 11,75 m, excepto que dicha
empresa extienda un “permiso definitivo” avalando
una altura menor. Para tensiones mayores se pueden
cruzar con ángulo pero siempre hay que presentar el
estudio mencionado y en caso de resultar necesario
hay que presentar la propuesta de corrección de las
anomalías por métodos que luego serán aceptados por
las autoridades correspondientes.
IV.3 Altura libre de los cables
Cruce de ruta: en estos casos hay que diferenciar entre
rutas nacionales y provinciales. En el primer caso,
siempre se debe utilizar retenciones a ambos lados y
deben ser rectos (perpendicular a la ruta). Hay excepciones, las cuales deberán contar con aprobación de la
Dirección Nacional de Vialidad, en todos los casos las
cadenas de retención serán dobles. En el caso de rutas
provinciales, dependen de la repartición de cada provincia, pues en la de Bs. As., se permite el cruce con
postes de suspensión, guardando seguridad aumentada en la zona de cruce, utilizando cadenas dobles de
aisladores de suspensión.
Cruce de líneas de ener gía y comunica ciones: se efectuarán con estructuras de suspensión, empleándose cadenas dobles de suspensión o cadenas en “V”, según
el tipo de aislación empleado en la línea. Para el cruce
de Líneas de energía se tendrá en cuenta lo establecido en el punto 4 del capítulo V. En zona urbana, para
el cruce de líneas de baja tensión no se utilizarán cadenas de aisladores dobles.
IV.2 Definición de zonas
Zona ur ba na: zonas o centros fraccionados en manzanas.
Se define como manzanas a las fracciones limitadas por
calles, cuyas superficies no resulten mayor de 1,5 hectárea.
Zona subur ba na: se entiende por tal a las zonas subdivididas en macizos tipo barrio parque o fin de semana o
fracciones limitadas por calles, cuyas superficies no resulten mayor de 5 hectáreas y en general se encuentran
adyacentes a las zonas urbanas.
Zona rural: quedan definidas como tal las zonas no comprendidas en las definiciones anteriores.
12
En general, los cables deben guardar una altura mínima
al nivel del suelo, del camino, de las vías, etc., dependiendo esta de la zona y/o lugar por donde transcurre. La
norma VDE establece distancias mínimas de seguridad
que se deben respetar, en función de la tensión nominal
de transmisión de la línea.
Algunas de las distancias mínimas que deben respetarse
son las siguientes:
ZONA
ALTURA (m)
Rural
7,0
Suburbana
7,5
Urbana
9,0
Cruce de Ruta
7,5
Cruce de FC
11,75
IV.4 Definición de las tensiones máximas admisibles
A efectos de definir las tensiones para los distintos estados, nos basaremos en el mapa de zonas climáticas (Anexo I) y definiremos las tensiones admisibles según la
tabla 3 correspondiente a la Norma VDE 0210/85.
a ) Tensión má xima admisible. Es la tensión máxima a la
que puede estar sometido, en cualquier estado, el material del cable a utilizar. En la tabla 3 (VDE 0210/85),
se define el valor para distintos cables con sus correspondientes configuraciones de armado.
b ) Tensión de tracción prolonga da. Se encuentra definida en la tabla 3, y solo se deberá tener en cuenta para
la zona D del Mapa del Anexo I. Así por ejemplo, se
deberá considerar la carga adicional incrementada
(especificada en el punto 8.2.1.3 de VDE), en cuyo
caso se podrá exceder la tracción máxima admisible,
pero no se puede superar el valor establecido.
c) Tensión de tracción pa ra la tempera tura media anual.
El valor máximo de la tensión para este estado es el establecido en la tabla I-2. El valor especificado se puede
incrementar hasta un 25% porque se utilizan Varillas
preformadas (en general se adopta 6,5 Kg/mm2). Esta
carga, tiene como fundamental objetivo el de contemplar las condiciones de vibración de los cables debidas
al viento, las que se producen generalmente con velo-
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Estados I a IV: 9,00 [kg/mm2] (en muchos casos se
encuentra 8,25)
cidades pequeñas o brisas (entre 3 y 10 km/h). En este caso la carga de viento se toma 0, ya que a los fines
prácticos, estas velocidades no influyen en las cargas
específicas sobre los accesorios de la línea.
Resumen de tensiones. Como conclusión de lo expuesto, para los estados climáticos definidos, podemos determinar para los cables normalizados más utilizados
(Al/Ac con relación 6), las tensiones máximas admisibles de acuerdo a lo establecido en la norma VDE 0210:
a ) Zona rural
Estados I a IV: 12 [kg/mm2]
Estado V: 5,6 [kg/mm2] (con varillas preformadas 6,5)
b ) Zona ur ba na. Por razones de seguridad, se adopta que
las tensiones máximas se reducen en su valor al 75%,
mientras que se mantiene el valor de la tensión media
anual:
Estado V: 5,6 [kg/mm2] (con varillas preformadas 6,5)
c) Zona de cruce de ruta. En este caso, hay que diferenciar el cruce de rutas nacionales de las provinciales.
Para el primer caso, siempre la tensión mecánica admisible es coincidente con la urbana, dado que se basa en el mismo criterio de seguridad. En el segundo,
depende de cada organismo provincial de Vialidad.
d ) Zona de cruce de ferroca rril. Deberá contemplarse
seguridad aumentada en un 100%, de acuerdo a lo establecido por el Decreto 7594/72, por ello en todos
los estados se adopta el 50% de la tensión máxima
admisible:
Estados I al V: 5,5 {kg/mm2}
TABLA I-2
Material Relac. Nº de
Peso
del
de secc. Alambres Unitario
conductor
N/mxmm2
Aluminio –
Acero
(Al/Ac)
O
6,0
Aleación
de Alum. –
Acero
(AlAl/Ac)
6/1
Coef.de
alargamiento
0.000001/K
Mod. de
elasticidad
Real
KN/mm2
19,2
81
0,035
26/7
18,9
7
Acero
(Ac)
0.0792
Tension med. Tension
Anual Adm. prolonN /mm2
gada
Adm.
N /mm2
120
56
208
I 160
II 280
III 450
IV 550
120
130
150
320
560
900
1100
77
180
11,0
19
Tension Máx
Adm N/mm2
175
V Determinación de las dimensiones de los postes
V.1 Cálculo mecánico de los cables
En los cables aéreos, el cálculo mecánico consiste en determinar las tensiones mecánicas a las cuales estará sometido durante su vida útil, a efectos de verificar que
estas no excedan los valores recomendados en las Norma
VDE 0210 en cuanto a las máximas admisibles para cada material. Esto se realiza a efectos de limitar las averías
y racionalizar los cálculos.
13
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De esta forma, determinamos la flecha que tendrá el cable, con la cual se definirán las distancias eléctricas para
el dimensionamiento del cabezal del poste como así también las alturas libres que deberá respetar.
V.1.1 Cálculo mecánico de un cable suspendido entre dos puntos fijos a igual nivel.
1
La expresión 1 es la denominada ecua ción de la ca tena ria , si a esta le aplicamos las siguientes condiciones de
contorno:
Si x = 0, de la expresión surge que C1 = O
Si desarrollamos en serie tenemos:
(
Y = h 1+
x2
h2
2!
+
x4
h4
4!
+ ...
(
que se pueda respetar la altura libre mínima. Todo esto
se debe cumplir sin importar la condición climática imperante en la zona donde se va a implantar la línea.
a ) Esta dos de car ga . A los efectos de los cálculos, para
los estados climáticos que es factible obtener, se
adoptarán los del Anexo I, salvo que se realicen estudios meteorológicos más actualizados. De esta manera, se pueden definir tantos estados de carga como la
exigencia o importancia de la obra lo requiera.
b ) Car gas específicas. El cable, como se dijo, además
de estar sometido a la carga del peso propio, lo esta
por el viento y en ciertas zonas donde las condiciones climáticas así lo imponen, por el peso propio de
la cobertura adicional de hielo que se produce sobre
la capa del cable y la carga de viento adicional sobre
él (figura I-2).
El tercer término elevado a la cuarta potencia, ya resulta doce (12) veces menor que el segundo y si consideramos que h es mayor o igual que x, se concluye que los
valores a partir de él se pueden despreciar cometiendo
un error que no supera al 0,5% en la determinación de
la flecha, obteniendo la expresión 6 denominada ecua ción de la pa rá bola :
2
F igu r a I -2
En la expresión 2, Y representa la posición relativa del
cable en cada uno de los puntos a la distancia x del soporte. Por esto, la flecha máxima se da en el medio del
vano y la expresión tomará la siguiente forma:
Referencias de la figura : Gc, carga específica debida al
peso propio; Gi, carga específica debida al peso del hielo; Gh, carga específica debida a la velocidad del viento
sobre cable más hielo.
Por lo tanto, el valor de la carga específica será:
3
Donde p ≅ pi (la tensión mecánica en todos los puntos
del vano), g es la carga específica sobre el cable y a es
el vano entre dos soportes.
V.1.2 Ecuación de cambio de estado. En la ejecución
de una línea, al realizar el tendido de los cables, estos no
deben nunca estar sometidos a una tensión mecánica superior a la admisible, como así tampoco su flecha debe
aumentar en demasía para altas temperaturas, de modo
14
g=
2
2
( gvc + gvh ) + ( gc + gh )
4 4
Como se puede observar, variando el estado de carga, varía la carga específica a la cual está sometido el cable.
c) Longitud del ca ble. La expresión que nos da la longitud del cable en función de los esfuerzos a los que está expuesto, es la siguiente:
•
5
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Como L ≅ a cometiendo un error despreciable, tenemos:
La expresión que la define la longitud del cable en el
vano es la siguiente:
6
12
Como en la relación de dos estados, lo que realmente importa es la forma en que se relacionan la tensión
p2 respecto de la p1, operando la expresión 12 se obtiene la siguiente:
Donde f es flecha máxima del cable y a , vano.
En el caso de la compra del cable necesario para una
obra, hay que tener en cuenta los desperdicios en los
cuellos muertos de las retenciones, accesos a subestaciones, etc., por lo cual resulta conveniente incrementar la compra en un 5%, dependiendo esto de las
longitudes de las bobinas en las que provee el cable
el fabricante.
13
La expresión es la denominada ecua ción de esta do.
d ) Rela ción entre los esta dos de car ga . Como ya se dijo, el cable tiene que cumplir las pautas previstas en
todos los estados de carga, para ello hay que relacionarlos entre si. Si tomamos la expresión 5 y la aplicamos para dos estados (I y II) donde tenemos (g1 - p1)
en el I y (g2 – p2) en el II, el alargamiento será:
e) Condiciones extremas que pueden ocurrir en una
línea . Va nos Cor tos: en esta situación analizaremos
la condición del vano “a” tendiendo a 0, por ello en la
ecuación de estado tenemos:
7
Dividiendo todos los miembros por p22 tenemos:
Al pasar de un estado climático a otro, se producen
variaciones de temperatura que generan alargamiento o acortamiento del cable (∆Lt), de la misma forma,
si hay variaciones en la velocidad del viento, se produce el mismo fenómeno (∆Le), pero debido a las
cargas mecánicas donde entran en juego el módulo
de elasticidad o de Young:
14
Como se puede observar, no interviene la carga específica g, por lo cual no tiene influencia la carga de
viento. Esto quiere decir que la variación de la tensión mecánica dependerá exclusivamente de la variación de la temperatura. Multiplicando la expresión
14 por (-1), podemos analizar que si resulta una t2 > t1,
tendremos una variación de la tensión p2 < p1, por lo
que el estado mas desfavorable para vanos cortos es
el de menor temperatura de los dos relacionados.
8
9
Va nos lar gos: analizaremos para este caso la situación del vano “a” tendiendo a infinito, en la Ecuación
de Estado dividimos por a2 y nos queda:
Analizadas estas situaciones, al pasar del estado I al
II, el cable se alarga por suma de los dos efectos:
10
Los efectos producidos según las expresiones 7 y 10
son iguales, por lo que igualando ambas expresiones
obtenemos la siguiente relación entre los estados I y II:
15
11
Como se observa, la variación de la tensión mecánica
no depende de la temperatura, por lo que se puede defi15
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nir que para vanos largos el estado más desfavorable resulta ser el de mayor carga específica (máximo viento).
Va no crítico: en el análisis de la relación de dos estados de carga para vanos cortos y largos, aparecerá un
vano en el cual influirán de la misma manera la variación de temperatura que la variación de las cargas específicas, por lo que se compensan una con la otra.
Ese vano se denomina Vano Crítico “Acr”.
Esta do bá sico: como ya se analizó, entre dos condiciones climáticas se puede adoptar una de las dos como estado básico y ello dependerá del vano a utilizar,
si es considerado corto o largo, nos dará la indicación
de cual adoptar como tal. No obstante ello, aunque
nos equivoquemos al adoptarlo, la ventaja que nos
brinda el software es que en forma inmediata corregimos el estado adoptado y resolvemos el problema.
V.1.3 Procedimiento del Cálculo Mecánico utilizando el software CAMELIA
a ) Para el cable de transporte de energía: cargado el
software, se procede como se indica a continuación.
• Se ingresa al sistema aplicando F2 (cálculo mecánico de conductores de líneas aéreas).
• En el menú aparecen varias ex empresas del estado
nacional y provinciales, se puede adoptar AyEE que
presenta 5 zonas, tal como se encuentra detallado en
el Anexo I.
• El menú siguiente es el de ingreso de la operación
de cálculo de Tiro y Flecha. Sigue el menú de los
distintos tipos de cables, se elige Aluminio / Acero.
• Seleccionaremos en la página siguiente el cable a
utilizar.
• Se selecciona una zona, la más adecuada al lugar
donde se ejecutará la línea (por ejemplo la C).
• En el próximo menú, aparecen los estados climáticos y da la opción de modificar cualquiera de ellos
en caso de resultar necesario en función de los estudios atmosféricos actualizados.
• La próxima página muestra todos los datos de cálculo, para su verificación.
• Presionando F8, se ejecuta el cálculo y se muestra en
pantalla tiros y flechas para todos los estados. Se verifica que en el estado de temperatura media anual
supera el valor de 6.5 kg/mm2, por ello se vuelve al
punto 12 y se cambia el estado básico colocando la
nueva pmáx= 6,5 kg/mm2 y luego se sigue el cálculo.
• Se termina el cálculo y se obtienen los datos finales
de p y f para cada estado.
b ) Pa ra el ca ble de protección. Antes de pensar en el cálculo mecánico del cable de protección, se debe entender que su función es precisamente la de proteger a los
de energía para que no caigan sobre ellos descargas de
origen atmosférico. Existen varios métodos para la determinación de su ubicación en el poste, partiendo de
distintas hipótesis con diferentes grados de protección
de acuerdo al autor de cada uno de ellos. En todos los
casos se obtiene una distancia (c), comprendida entre
los planos que contienen al de protección y al de transporte de energía ubicado en la posición superior, que
no debe resultar inferior a la distancia eléctrica mínima (D) determinada según se indica en el punto 2 del
presente capítulo. Dicho esto, considerando la declinación de los cables por efecto del viento, a efectos de
asegurar la protección en el medio del vano, se adopta
que el valor de la flecha del cable de protección debe
resultar menor o igual a 0,9 de la obtenida para el de
transporte de energía, en todos los estados. El procedimiento de cálculo es similar al realizado para el cable
de transporte, una vez determinadas las flechas, se deben multiplicar por 0,9 y adoptar una hipótesis climática como estado básico. Se inicia el cálculo en el
punto 5 y continúa de la siguiente forma:
• En el menú de los distintos tipos de cables, se elige
acero.
• En el próximo paso se debe ingresar el vano elegido.
• Seleccionamos la sección a utilizar.
• Luego hay que definir el estado básico, para esto recordar el tema anterior relacionado con vanos cortos
y largos.
• Adoptamos la misma zona C.
• Luego hay que definir que tipo de cálculo se quiere realizar, tiro ó flecha. En el caso de cables de energía siempre se realiza el cálculo de los tiros. Se ingresa “T”.
16
• En el próximo paso, se debe definir la tensión máxima para el estado elegido como básico. Si tomamos
de ejemplo el estado 2, pmáx es 11 kg/mm2.
• Los pasos 8 y 9 son similares.
• Debemos elegir el estado básico.
• Luego en la opción de elegir Tiro ó Flecha, se adopta Flecha (“F”).
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• Adoptamos 0,9 x fc del estado climático 3 que tomamos como básico. En este paso se autodefine la tensión mecánica.
• Verificamos los datos en la pantalla siguiente y finalmente calculamos con F8.
• Se verifica si en alguno de los estados climáticos la flecha es mayor que 0,9 la del cable de energía para cada
estado, en caso de suceder en uno o más, se repite el
cálculo cambiando el estado básico adoptado. Si se
cumple en todos, quiere decir que se adoptó bien y por
lo tanto tenemos las tensiones mecánicas definitivas.
V.1.4. Cargas específicas debida al peso de los materiales
V.1.4.1. Cable. La carga específica se utiliza en el cálculo mecánico de los cables y por lo tanto ya está contemplado en el software, la carga debida al peso propio
se determina según:
En zonas de baja temperatura (como puede ser la D),
se admite la formación en el cable, de un manguito de
hielo de un espesor de 10 mm que lo rodea en todo su
perímetro (figura I-3). En estos casos, se debe calcular
el volumen de la corona de hielo y luego con la densidad volumétrica del hielo (0,95 kg/dm3), se puede determinar la carga adicional.
El software Ca melia ya lo considera en sus cálculos
para la Zona D.
V.1.4.2.- Aislador. Es dato del fabricante y en los cálculos, directamente se toma la carga real del aislador o
de la cadena.
V.1.4.3.- Poste. En caso de ser de hormigón armado, se
encuentran normalizados y la tabla de pesos correspondiente se encuentra en el Anexo.
V.1.4.4.- Ménsulas, crucetas y vínculos. Se determina
el volumen de la pieza y luego mediante su densidad
(δH°A° =2200 kg/m3), obtenemos su peso.
En el caso de las ménsulas, el punto de aplicación de
la carga, de acuerdo a su forma constructiva, corresponde aproximadamente a 1/3 de su longitud. Se entiende por longitud de la ménsula a la correspondiente
entre el eje del poste y del péndulo.
V.1.5 Cargas específicas debidas al viento. La presión ejercida por el viento sobre una superficie plana,
surge del Teorema de Bernoullí:
Donde: pv, presión del viento; δaire = 1,29 kg/dm3;
g = 9,81 m/seg2; V = velocidad del viento [m/seg]
Por esto, la carga de viento responde a la siguiente expresión:
Donde C es el coeficiente de presión dinámica, depende de la superficie del elemento (ver Tabla 6 VDE). K es
el factor que contempla la desigualdad de la velocidad
del viento a lo largo del vano (tabla I-3). Sólo vale para
los cables, para el resto de los elementos es = 1. S es la
sección expuesta al viento.
TABLA I-3
FACTOR K PARA LA CARGA DE VIENTO DE CABLES
F igu r a I -2
Entonces, la carga específica en el cable debida al hielo será:
V < 110 Km/h
0,85
V > 110 Km/h
0,75
Sobre Cables
17
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V.1.5.1. Sobre cables. Por esto, la carga de viento sobre
1 m de cable para un vano de viento am, responde a la
siguiente expresión:
Donde V es la velocidad del viento en m/seg, C es el
coeficiente de presión dinámica (Tabla 6 VDE 0210), d
es el diámetro del conductor, en metros, y am es el vano
medio (vano de viento), en metros. Para valores de am
< 200 m, el factor (0,6+80/am) se tomará igual a 1.
Las velocidades del viento adoptadas en las hipótesis
de cálculo tiene validez hasta una altura sobre el nivel
del terreno no mayor de 20 m.
altura igual al paso (estos datos surgen del Catálogo). En
los aisladores comunes para líneas aéreas tradicionales y
para velocidad del viento de 130 km/h, la fuerza del
viento sobre cada unidad representa una carga equivalente de aproximadamente 1,4 kg (tomando C y k iguales a 1). Para el cálculo de la carga del viento sobre una
cadena de aisladores, se considerará la misma velocidad
de viento adoptada para los conductores de energía.
V.1.5.3. Carga sobre postes. Para determinar la carga del
viento sobre los postes, corresponde utilizar el coeficiente según el tipo de que se trate, debiéndose utilizar
la superficie equivalente. En el caso de los troncocónicos de hormigón o sus equivalentes en tubos de acero
(decagonales o dodecagonales), la expresión que nos da
la carga del viento traducida a la cima es la siguiente:
Para alturas mayores de 20 m y hasta 30 m se adoptarán los mismos valores mencionados anteriormente incrementados en un 5%.
Para alturas mayores de 30 m la velocidad del viento
se calculará mediante la ecuación:
Donde V es la velocidad del viento hasta la altura de
20 m, en m/seg, y h es la altura del punto considerado
sobre el nivel del terreno, en metros.
Si los conductores no estuvieran a un mismo nivel, se
adoptará para todos ellos la velocidad de viento que
corresponda al nivel del centro de gravedad del conjunto de los mencionados puntos de sujeción.
Corresponde aclarar que la Norma VDE 0210/85, para la presión del viento en función de la altura, presenta la tabla I-4.
En consecuencia, la carga específica sobre 1 m de cable será:
(
)
]
Donde Sc es la sección nominal del cable (se obtiene del
catálogo). Ver tabla de coeficientes aerodinámicos (pág. 15).
En caso de existir manguito de hielo (Zona D), se debe contemplar sumado al diámetro del cable, el valor 2
× e (donde e es el espesor del manguito).
V.1.5.2. Carga sobre aisladores. Debido a que los aisladores presentan una superficie muy irregular, se adopta con
la forma de un triángulo de base igual a su diámetro y la
18
Donde hp es la altura libre del poste [m]; do, el diámetro en la cima del poste [m] y db, el diámetro en la base del poste [m].
En el caso de estructuras dobles o triples, según se
considere el ángulo de ataque del viento, la carga se
determinará utilizando para ello, el valor que corresponda del coeficiente aerodinámico según se indica en
la tabla de coeficientes aerodinámicos.
V.1.5.4. Carga sobre Ménsulas y vínculos. Aplicando
la expresión consiste solamente en determinar la superficie que se encontrará expuesta el viento.
V.22 Distancia entre conductores
Cualquiera sea la disposición de los cables en el soporte, la
distancia mínima que deben guardar entre ellos en el medio del vano para evitar que se pueda provocar la perforación del espacio disruptivo, por resultar el lugar donde más
acercamiento pueden tener. Tal distancia se verifica en el
soporte y se determina mediante la siguiente expresión:
c
c
Donde f es la flecha máxima del cable [m]; la, la longitud de
la cadena de aisladores (tomada desde la sujeción en el péndulo hasta el eje del cable en la morsa de suspensión) [m];
Un, la tensión nominaI [kV], y K, el coeficiente qué depende de la disposición de los cables y del ángulo de inclinación de ellos con el viento o meneo (tabla I-5).
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TABLA I-4
PRESION DINAMICA EN FUNCION DE LA ALTURA
Altura de la línea
aérea sobre el
terreno ( m )
De 0 a 200 metros
Altura del elemento
constructivo sobre
el terreno ( m )
Presión dinámica
(q) en ( kN / m2)
Estructuras,travesaños, aisladores
Conductores
De 0 a 40 m
De 40 a 100 m
De 100 a 150 m
De 150 a 200 m
0,70
0,90
1,15
1,25
0,53
0,68
0,86
0,95
TABLA DE COEFICIENTES AERODINAMICOS (C) (Tabla 6 VDE – 0210 / 85)
Caras planas de reticulados formados por perfiles
Postes reticulados cuadrados y rectangulares formados por perfiles
Caras planas de reticulados formados por tubos
Postes reticulados cuadrados y rectangulares formados por tubos
Postes de tubos de acero, de Hormigón Armado y de madera,
de sección circular
Postes de tubos de acero, de Hormigón Armado y de madera,
de sección cuadrada y rectangular
Postes de tubos de acero, de Hormigón Armado y de madera,
de sección hexagonal y octogonal
Postes dobles y tipo “A” de tubos de acero, de Hormigón Armado y
de madera, de sección circular:
a ) En el plano del poste:
Parte del poste expuesta al viento
Parte del poste a resguardo del otro respecto del viento
Para a < 2 dm
Para 2 dm < a < 6 dm
Para a > 6 dm
b ) Perpendicular al plano del poste
Para a < 2 dm
Conductores hasta diámetro 12,5 mm
Conductores de diámetro entre 12,5 mm y 15,8 mm
Conductores de diámetro mayor de 15,8 mm
Conductores de sección no circular
Dispositivos de radar y balizas de señalización aérea con
diámetros de 300 mm a 1000 mm
1,6
2,8
1,2
2,1
0,7
1,4
1,0
0,7
0
0,35
0,70
0,80
1,2
1,1
1,0
1,3
0,4
a: Distancia de separación entre los postes
dm: Diámetro del poste a la altura del terreno natural
19
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Para ilustrar los casos de los ángulos de ubicación de los
cables, tenemos la figura I-4, donde el cable 1 indica una
de las fases y el 2 la ubicación de otro de los cables respecto del 1, para dar un ejemplo, el caso de coplanar vertical el ángulo es 0, mientras que en coplanar horizontal
es 90º, luego tenemos todos los casos intermedios.
Ángulos de 0º a 30º
F igu r a I -4 (con t .)
Para conductores de materiales y/o secciones y/o flechas
diferentes, la determinación de la distancia mínima se hará mediante la misma expresión, debiendo adoptarse los
valores de k y f que resulten mayores.
Ángulos de 80º a 90º
Además deberá verificarse la aproximación de los conductores declinados desigualmente por la acción de ráfagas de
viento de igual dirección y sentido cuyas velocidades difieran entre sí en el 20%. Para vanos grandes, donde la flecha supera el 4% del vano, la diferencia entre las
velocidades de ambas ráfagas se tomará igual al 10%. La
distancia así determinada será mayor o igual que Un/1150.
Para líneas situadas en zonas donde exista la posibilidad
de formación de hielo sobre los conductores, deberá tomarse en consideración el peligro de acercamiento inadmisible entre los mismos o entre conductor y partes de
Ángulos de 30º a 80º
F igu r a I -4
Tabla I-5
Angulo de
inclinación
del cable
Ø (grados)
20
Sección de cables en (mm2)
Angulo entre los cables
en el poste
0º a
30º
30º a
80º
80º a
90º
(Al / Ac)
( Al Al)
(Cu)
(Ac)
≥ 65,1
0,95
0,75
0,70
35/6, 50/8,
75/12
35, 50, 70,
95, 120 y
150
55,1 a 65,0
0,85
0,70
0,65
95/15, 120/
20, 150/25
> 150
< 400
25, 35
35
40,1 a 55,0
0,75
0,65
0,62
> 150 / 25
< 300 / 50
> 400
< 1000
50, 70
y 95
95
″ 40,0
0,70
0,62
0,60
De mayor
sección
1000
> 120
> 95
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instalaciones puestas a tierra. Esto puede ocurrir en los
siguientes casos:
• Caída del hielo en uno de los conductores, provocando
el alzamiento brusco del mismo en el plano vertical. De
existir otro conductor mas alto, dispuesto en el mismo
plano vertical, puede producirse el contacto entre los
mismos o una aproximación tal que origine descarga.
• El mismo fenómeno anterior puede dar lugar a desequilibrios considerables entre vanos adyacentes de un
mismo conductor, provocando la inclinación de la cadena de aisladores de suspensión en la dirección de la
línea, con la consecuente disminución de distancias en
ciertas partes de la instalación.
• Descarga del hielo de uno de los conductores mientras
que el otro conductor dispuesto al mismo nivel permanece cargado. Tal situación combinada con viento transversal puede dar lugar a oscilaciones asincrónicas, con el
consiguiente peligro de acercamiento en mitad del vano.
V.33 Definición de las distancias eléctricas en un
poste
V.3.1. Distancia entre conductor de energía e instalaciones puestas a tierra. Los conductores y sus accesorios bajo tensión deberán guardar distancias mínimas a
las instalaciones puestas a tierra (figura I-5), que se verificarán de la siguiente manera:
• Con el conductor en reposo o declinado por la acción del viento de 20 m/seg (velocidad típica durante las tor mentas eléctricas), la distancia denominada
dt que deberá mantener, será mayor o igual a 1,26
metros.
• Con el conductor declinado por la acción del viento
máximo, la distancia mínima que deberá respetar será
dt1 = Un/150, expresando Un en kV.
• El ángulo ϕ de declinación de una cadena de aisladores
de suspensión se determinará mediante la expresión:
Donde F vc es la carga del viento sobre el conductor en
ambos semivanos adyacentes de la estructura, en kg;
F va es la carga del viento sobre la cadena de aisladores, incluidos elementos móviles de la morsetería, en
kg; Gc es el peso del conductor gravante sobre la cadena de aisladores, en kg, y Ga es el peso de la cadena de
aisladores, incluidos elementos móviles de la morsetería, en kg.
En las estructuras con cadenas de aisladores de retención, se considerará que los puentes de conexión, bajo
la acción del viento, alcanzan un ángulo de inclinación que es función de las características del conductor y de la velocidad del viento. La tabla I-6 da los
valores de dicho ángulo ϕmáx, (viento máximo) y ϕ20
(viento de 20 m/seg) de acuerdo a la zona climática
correspondiente.
En caso de tratarse de líneas ubicadas en zonas especiales, como por ejemplo en alta cordillera, se definirán
los valores para cada caso de acuerdo a las condiciones
climáticas imperantes.
V.3.2. Distancia entre ménsulas. En función de las distancias definidas en el punto anterior, se puede determinar la separación entre ménsulas de la siguiente manera:
Donde lp es la longitud del péndulo y lc la de la cadena
de aisladores
F igu r a I -5
Se comparan dm con dc y se adopta el mayor valor de
ambos para la separación entre las ménsulas, con lo que
se garantiza el cumplimiento de la separación de los cables en el medio del vano (figura I-6).
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a ) Distancia mínima a masa: Se considera desde el punto
extremo más comprometido de la morsa de suspensión,
hasta el poste o la ménsula. Su valor surge de la siguiente expresión (denominada SAM según la Norma VDE):
lp
dm
l
Donde Un, [kV]
b ) Distancia mínima a ma sa desde el bor de del aisla dor :
Se exige el cumplimiento de la distancia dt1, desde el
borde del aislador sometido a potencial hasta el punto más comprometido de la ménsula o cruceta (según
la disposición). En caso de que no se verifique el
cumplimiento de esta distancia mínima, corresponde
colocar un péndulo de mayor longitud (lp).
Dc
F igu r a I -6
V.3.3 Determinación de la longitud de la ménsula (lm)
(figura I-7)
Como se dijo, la longitud de la ménsula se considera desde el eje del poste hasta el eje de ubicación del
péndulo y responde a la siguiente expresión:
lm
dt1
Donde lo es la longitud de la cadena de aisladores
[m], φ es el ángulo de inclinación de la cadena con
viento máximo, dt1 es la distancia mínima a masa con
la cadena inclinada [m] y dmp es el diámetro medio
del poste en la altura de declinación de la cadena [m].
dt1
dt1
φ
En el cálculo de la longitud de la ménsula, hay que
contemplar en el caso de la declinación máxima de la
cadena, dependiendo del tipo de disposición de los
cables adoptada, si la distancia dt1 coincide con el
F igu r a I -7
Tabla I-6
C O NDUC T O R
Al/Ac
435/55
300/50
240/40
150/25
120/20
22
ÁNG UL O
ϕ máx
ϕ 20
ϕ máx
ϕ 20
ϕ máx
ϕ 20
ϕ máx
ϕ 20
ϕ máx
ϕ 20
Z O NAS C L I M ÁT I C AS
A
B
C
D
E
21º
10º
28º
10º
32º
10º
32º
10º
39º
10º
21º
10º
28º
10º
32º
10º
32º
10º
39º
10º
26º
13º
35º
13º
39º
13º
39º
13º
46º
13º
34º
18º
44º
18º
48º
18º
48º
18º
56º
18º
40º
22º
50º
22º
54º
22º
54º
22º
61º
22º
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borde de la ménsula inmediata inferior. Si esto sucede, hay que sumar a la longitud de la ménsula, el espesor de dicho borde, el cual oscila entre 0,07 y 0,12
m, según el fabricante de postes. Hay que verificar, si
en el caso de la ménsula inferior, el diámetro medio
del poste (dmp) es mayor que el existente a la altura
de la ménsula intermedia sumado el espesor mencionado, en este caso hay que tomar el mayor de ambos
para la determinación de la longitud de la ménsula.
V.3.4. Métodos para la ubicación del cable de protección. No se puede garantizar que una ubicación determinada del cable de protección asegure plenamente
la imposibilidad de descarga de un rayo sobre el cable
de energía, máxime atendiendo la calidad de aleatoriedad que presenta la naturaleza de formación de la descarga desde el comienzo de la ignición del aire hasta la
determinación de si la descarga resulta ascendente o
descendente.
esto responde a una ley probabilística y además, no
siempre los rayos se comportan de la misma manera. La
expresión para la determinación de la altura del cable de
protección es la siguiente:
Donde hcs es la altura del cable superior [m], hcp es la altura del cable de protección [m], lm es la longitud de la ménsula [m] y lmcp es la longitud de la ménsula del cable de
protección (cuando no se coloca, este valor es igual a 0).
Con esta expresión se determina la car pa de protección
en el poste, según se indica en la figura I-9.
0,10
Cp
Según
Langrehr
B
dt
F igu r a I -8
La función fundamental entonces del cable de protección, es precisamente captar las posibles descargas para
que no continúe su viaje hacia el cable de energía. Ocurrido esto, drenará la energía que transporta el rayo en
dos o más caminos, donde se irán descargando a tierra
en cada uno de los postes. En estos, se encuentra conectado a través de bloquetes adecuadamente soldados a la
armadura del poste, y desde este mediante cable hasta la
jabalina enterrada a profundidad adecuada. El principio
considerado para el estudio de la descarga, es la adopción del último escalón de la descarga ubicado a una altura H, eligiendo para caer el punto conectado a tierra
más cercano. Para nuestro cálculo, adoptaremos la determinación basándonos en el método de Langrehr y
que consiste en tomar como punto de ubicación del
mencionado escalón en el punto H = 2h, donde h es la
altura del cable de protección en el poste (figura I-8). De
esta forma, si el último escalón se encuentra en el punto
O, el rayo cae sobre el cable de protección, mientras que
si está en O’ cae en la tierra. Hay que comprender que
F igu r a I -9
V.3.5. Definición de la altura del poste. A efectos de
visualizar la metodología, analizaremos un poste con
configuración triangular simétrico (típico en la Pcia. de
Bs. As.) en las líneas de 132 kv. Supongamos que inicialmente el poste tiene un cable de protección en el eje
del poste.
Para comenzar, con las características de los materiales
a utilizar en la línea, cable de energía, cable de protección, zona donde se implantará la línea, tensión nominal, longitud del vano, etc., operaremos de la forma en
que se indica a continuación:
a ) En función de la zona, tenemos definido el valor
de hl [m]
b ) Del cálculo mecánico de los cables, obtenemos la
flecha máxima fmáx [m]
c) Con los datos de aisladores a utilizar y elementos de
morsetería, obtenemos la longitud de la cadena de
aisladores lc [m]
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d ) Verificadas las distancias dt1 a masa, se determina
la longitud del péndulo lp [m]. Con los datos mencionados, tenemos la altura de la ménsula inferior:
e) Con el valor de la distancia entre cables en el medio
del vano (dc) y la separación entre ménsulas del mismo lado (dm), tomando el mayor de los dos, se lo sumamos a hmi y obtenemos la altura de la ménsula
superior:
f) Obtenemos el valor de la altura del cable superior, a
efectos de calcular la altura del cable de protección
(en caso de existir):
g) La altura de la ménsula intermedia se obtiene como:
De esta forma también tenemos definida la altura
del cable de la fase del medio según:
hcm
hcm
se adopta el 10% de la longitud total (salvo raras excepciones). Con estas consideraciones, obtenemos la
longitud total del poste de la siguiente manera:
Resumen de distancias en el poste.
En este tema corresponde aclarar que los postes normalizados se fabrican en escalones de 0,50 m, según se ve en
las tablas del Anexo VI. De los cálculos de hcp, al realizar
las verificaciones, puede ocurrir que nos dé un resultado
ligeramente superior al escalón (por ejemplo 15,05 o
15,55), con lo que la altura hcp quedaría de mayor valor
que el necesario para lograr la protección. En estos casos
resulta conveniente, sumar a la altura de los cables de
energía esa diferencia, a efectos de que nos quede margen
para cuando se realice la distribución de postes en la planialtimetría, esto nos permitirá en algunas situaciones,
sortear accidentes del terreno o cruce de instalaciones sin
necesidad de tener que apelar a postes de mayor altura.
El resumen de todas las distancias determinantes en la altura total de un poste se puede observar en la figura I-10.
hcs
hmm lp
lc
h ) De esta forma, con las alturas del cable superior y
medio, aplicamos Langhrer para determinar la altura
del cable de protección hcp [m], considerando inicialmente situado sobre la cima del poste. Seguidamente, comenzamos ensayando una ménsula de 0,50 m y
verificamos el cumplimiento de la protección en lo
cables medio y superior. En caso de tener cualquier
otra disposición, se debe verificar generalmente con
el cable superior. Si nos da margen para seguir aumentando la longitud de la ménsula, ensayamos aumentando a razón de 0,05 m, hasta llegar a un valor
de equilibrio en que se protejan adecuadamente a los
dos cables mencionados. En esta condición se obtiene el poste de menor altura con la menor longitud de
ménsula para el cable de protección.
i) Determinado el valor hcp (según el punto anterior), hay
que aclarar que la morsa de suspensión con su soporte,
tanto en el caso de colocación en la cima del poste como en la ménsula, tiene una longitud de 0,10 m. Para
considerar el empotramiento del poste en la fundación,
24
Dm
dc
F igu r a I -10
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Caso I: S1 ≠ S2
4 Consideración de vanos de distinta altura de
V.4
sujeción
En la realidad, los casos en que los cables en dos postes contiguos se encuentran al mismo nivel se dan casi exclusivamente en terrenos llanos o con escasa pendiente. En general,
el primer paso antes de comenzar a pensar en el proyecto de
una línea, lo primero que se debe tener es lo que se denomina perfil del terreno en toda la longitud de la línea. Con esto,
podemos comprobar aquellos puntos donde los cables presentan condiciones de distinta altura en la sujeción de los cables, debido a que en ese caso se produce un desplazamiento
en la ubicación del punto de flecha máxima.
a ) Sobre línea 1:
;
En la figura I-11 se puede observar el caso, complementado además con la determinación de la altura mínima que
debe respetar una línea que cruza además, cualquier otro
obstáculo como lo puede ser otra línea de transporte de
energía y/o telefónica. Se desarrollan a continuación todas
las expresiones que permiten jugar con todas las distancias a efectos de determinar si con el poste normal es suficiente para sortear los obstáculos o corresponde colocar
otro de mayor altura. En estos casos se acostumbra denominar los postes con el agregado de +1, +2, etc., en función de las necesidades. De la misma manera que a veces
corresponde colocar postes de mayor altura que los normales calculados para condiciones estándar, en algunos
casos puede suceder que haya que considerar la colocación de postes de menor altura, denominándose -1, -2, etc.
f
f
;
;
;
;
b ) Sobre línea 2:
;
;
;
;
;
;
;
Caso I I: S1 = S2
a) Sobre línea 1
11
f
y
x
m
m
n
n
n
cota menor
n
Δn1 = n1 – N1
Δn2 = n2 – N1
F i gu r a I - 11
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1
1
El valor de la distancia D se compone de un valor mínimo más otro variable que depende de la tensión nominal
de la línea que cruza por arriba:
b) Sobre línea 2
X 2=
1
a – m2 ;Ä Ä Ä Ä Y2 = A × X 22 ;Ä Ä Ä Ä Ä f 2 = f – Y2
2
Donde b es la distancia base mínima = 1 metro; t es la
distancia complementaria de la tensión (m).
D: valores mínimos: U < 66 kV = 2,00 m
U < 132 kV = 2,15 m
U < 220 kV = 2,75 m
Determinación de b: Para utilizar en la expresión de D, se
toma el mayor valor de los calculados:
a) En función de los parámetros de la línea que cruza por arriba:
b = 1+
2 d1
a1
[
×
f1 + lc
2
−1
[
Los dos casos mencionados hacen aparecer dos nuevos conceptos en los cálculos de los postes, tanto en la determinación
de esfuerzos como en las distancias eléctricas: “eolovano” y
“gravivano”. El primero considera las cargas de viento sobre
los cables; dado que serán distintas para postes contiguos en
casos de desigualdad en la altura de sujeción, corresponde
considerarlas si tal desigualdad es importante, a efectos de
verificar los cumplimientos de todas las condiciones para el
dimensionamiento del poste. El restante considera que el peso del cable también es distinto por la misma circunstancia,
debiendo tenerse en cuenta en los casos donde pueda influir
en la determinación de cualquiera de las distancias del poste.
En los cruces de líneas de energía de menor o igual tensión y
de líneas aéreas telefónicas o telegráficas, las distancias de
los cables inferiores a la línea a cruzar deberán responder a lo
indicado en la fig. I-12.
(m)
Nota: Si se cruza con retenciones, lc = 0.
b ) En función de la línea que se cruza:
F i gu r a I - 12
Referencias: a 1 y a 2: vanos de las líneas que se cruzan en la zona de cruce (m); f1 y f2, flechas de las respectivas líneas para el estado de máxima temperatura y sin viento (m); d1 y d2, distancias a los postes más cercanos; Lc, longitud de la cadena de aisladores de la línea que cruza por encima; D, distancia mínima que deberá existir entre los cables que se cruzan.
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Determinación de t: siempre se considera que U1 es la
mayor tensión y siempre se toma en kV.
a ) Si tenemos que U1 > U2 ⇒t = 0,0075 x (U1 + 0,4 U2) (m)
b ) Si tenemos que U1 = U2 ⇒t = 0,0075 x (1,25 U) (m)
VI Cálculo mecánico de los postes
VI.1 Consideraciones generales
El objeto del cálculo mecánico de los postes es llegar a
determinar el tiro equivalente en la cima, debido a la acción de las fuerzas a que va a estar sometido, en función
de las condiciones que deberá cumplir.
Nos basamos para esto, en las hipótesis de carga establecidas en la Norma VDE 0210/85, con ligeros cambios en
función de los estados de carga que hemos adoptado en
nuestro estudio.
Para cada elemento constructivo se debe elegir la hipótesis
de carga que provoque las solicitaciones máximas. En cada
una de las hipótesis de carga, tanto las normales como las
excepcionales, las cargas se consideran actuando simultáneamente. La velocidad del viento a adoptar, en los casos en
que no se especifique, es la que corresponde a la hipótesis
de cálculo considerada. El valor de tracción de conductores
a adoptar, en cada caso, es el que corresponde a la hipótesis
de cálculo considerada. Se designa “cargas permanentes” al
peso de los conductores, aisladores y accesorios.
Se deberán considerar en los cálculos de todos los tipos
de postes todas las cargas actuantes, aún cuando temporariamente sean utilizados en forma parcial.
En caso de que la función de un poste no este considerada específicamente, debe conformarse el conjunto de hipótesis de carga, que mejor interpreten su utilización.
El dimensionamiento mecánico de los accesorios (ménsulas, crucetas y vínculos) lo efectúa el fabricante en función
de las condiciones de carga que especifica el solicitante y
que surgen de realizar los cálculos en función de las hipótesis de carga que se describen en el presente punto.
En los casos de retenciones, terminales, etc., donde se
utilicen estructuras conformadas con dos o tres postes, la
forma de disposición resulta de guardar una distancia entre ellos en la cima de 0,30 m, mientras que ella va en aumento hacia la base a razón de 4 cm por metro de
longitud. En este tipo de estructuras, para lograr una mejor respuesta a las cargas, los postes se encuentran unidos
mediante vínculos, que se colocan de acuerdo a la distancia que existe desde la ménsula inferior al suelo, donde
éstas también hacen de vínculos superiores, dado que se
encuentran enhebradas en los postes y fijadas a ellos. Las
distancias que deben existir entre los vínculos y el orden
en que se colocan, desde abajo hacia arriba, en función
de la altura de la ménsula superior es el siguiente:
a ) h m i < 10 m
(n = 2) (0,3 x hmi, 0,335 x hmi y 0,365 x hmi)
b ) 10 < h m i < 12 m
(n = 3) (0,22 x hmi, 0,24 x hmi, 0,22 x hmi y
0,28 x hmi)
c) 12< h m i < 15 m
(n = 4) (0,17 x hmi, 0,185 x hmi, 0,2 x hmi, 0,215 hmi
y 0,23 x hmi)
Donde: h m i: Altura de la ménsula inferior.
En caso de altura mayor de las especificadas, se debe
consultar al fabricante.
La carga resistente de las estructuras en los casos de dobles o triples, se contempla de la siguiente manera:
Se debe utilizar una u otra, en caso de estructuras de dos
postes, dependiendo de la forma en que se colocan los
postes respecto de la bisectriz del ángulo. Con la expresión (1), trabajaremos cuando los dos postes se colocan
en el sentido de la línea y con la (2) en caso de colocarlos
en forma transversal.
En el caso de estructuras conformadas con tres postes,
para su disposición, algo que hay que tener muy en cuenta, es que el comportamiento del hormigón es mucho
mejor a la compresión que a la tracción, por ello siempre
hay que ubicarlos de manera que queden dos cargados a
la tracción y uno a la compresión.
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Debe quedar bien en claro que el valor obtenido de Fc es
el tiro en la cima que debe cumplir cada uno de los postes que conforman la estructura. Las estructuras se especifican de la siguiente forma:
a ) Altura del poste/tiro en la cima/coeficiente de seguridad (para postes de suspensión)
Ejemplo: 21,00 m/1.200 kg/3
b ) 2 x Altura del poste/tiro en la cima/coeficiente de seguridad (para estructuras dobles)
Ejemplo: 2 x 21,00 m/1200 kg/3
c) 3 x Altura del poste/tiro en la cima/coeficiente de seguridad (para estructuras dobles)
Ejemplo: 3 x 21,00 m/1200 kg/3
Para determinar los valores de las Cargas en la cima tanto de los postes de suspensión como los valores de Fl y Ft
en las expresiones precedentes, nos valemos de las hipótesis de carga dadas por la norma VDE 0210/85, que a
continuación se describen y posteriormente se detallará
la forma de interpretarlas.
Aplicadas todas las hipótesis y determinado el tiro en la
cima, se debe verificar el cumplimiento de los coeficientes de seguridad que se han establecido para la fabricación de los postes, según se establece en el punto III. 6.1.
VI.2 Cargas de viento oblicuo
Se debe tomar la dirección del viento con un ángulo de
ataque de 45º respecto de la cara del poste, para el caso
de postes de sección cuadrada o rectangular, o respecto
del eje de los travesaños para las restantes formas. Las
cargas de viento se pueden reemplazar por sus componentes normales a las caras de las superficies sobre las
que actúa. Dichas componentes se calculan como el producto de la presión dinámica, el coeficiente aerodinámico incrementado en un 10% y la superficie de ataque del
viento, multiplicada por el coseno del ángulo comprendido entre la dirección del viento y la perpendicular a la superficie considerada. Simultáneamente se debe tomar el
80% de la carga del viento máximo (Estado II) sobre los
cables en la dirección del eje del travesaño.
VI.3 Viento sobre los cables con hielo
En caso de existir hielo, se deberá considerar la incidencia de la carga de viento sobre los cables con hielo para
todos los tipos de postes. Se designa “cargas adicionales”
al peso del hielo sobre conductores y aisladores.
28
VI.4 Hipótesis excepcional FE.22
Esta hipótesis será de aplicación sólo en el caso de que
existan cargas adicionales por manguito de hielo.
VI.55 Hipótesis de carga para estructuras de fundación única
VI.5.1 Tipo de poste: suspensión
a ) Hipótesis nor ma les:
F N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Si existen).
3) Carga del viento máximo en dirección del eje de
los travesaños (ménsulas y/o crucetas) sobre el
poste, los elementos de cabecera y sobre cables
de las semilongitudes adyacentes.
F N. 2
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo en dirección perpendicular al eje de los travesaños (ménsulas y/o crucetas) sobre el poste y los elementos de cabecera.
F N. 3
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo en dirección oblicua,
sobre el poste, los elementos de cabecera y la proyección de los cables.
F N. 4
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento del Estado que contempla manguito de hielo, en la dirección del eje de los travesaños (ménsula y/o cruceta) sobre el poste, los
elementos de cabecera y los cables.
b ) Hipótesis excepciona les:
FE. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (sí existen).
3) El 50% del tiro máximo de un cable de transporte
de energía (aquel que provoque la solicitación
más desfavorable) o 65% del tiro máximo del cable de protección, por reducción unilateral del tiro del cable respectivo en el vano adyacente.
F E .2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales.
3) El 20% de los tiros en el Estado que contempla
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manguito de hielo, unilaterales de todos los cables de transporte de energía más el 40% del tiro
unilateral del cable de protección, considerando
que existe carga desigual del hielo en los vanos
contiguos.
VI.5.2. Tipo de poste: suspensión angular
a ) Hipótesis nor ma les:
F N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (sí existen).
3) Carga del viento máximo en dirección del eje de
los travesaños (ménsulas y/o crucetas) sobre el poste, los elementos de cabecera y sobre la proyección
de los cables de las semilongitudes adyacentes.
4) Resultante de los tiros máximos de todos los cables,
considerados en el Estado de viento máximo.
F N. 2
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo en dirección perpendicular
al eje de los travesaños (ménsulas y/o crucetas) sobre
el poste, los elementos de cabecera y la proyección
de los cables de las semilongitudes adyacentes.
3) Resultante de los tiros máximos de todos los cables,
considerados en el Estado de viento máximo.
F N. 3
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo aplicado en dirección
oblicua, sobre el poste, los accesorios y los cables.
3) Resultante de los tiros máximos de todos los cables para el Estado de viento máximo.
F N. 4
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento del Estado que contempla manguito de hielo, en la dirección del eje de los travesaños (ménsula y/o cruceta) sobre el poste, los
elementos de cabecera y los cables.
4) Resultante de los tiros máximos de todos los cables para el Estado de viento máximo.
b ) Hipótesis excepciona les
FE. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Sí existen).
3) La resultante del tiro máximo de un cable de
transporte de energía reducido unilateralmente un
50% (aquel que provoque la solicitación más des-
favorable) o la resultante del tiro máximo del cable de protección, reducido unilateralmente un
65%.
4) La resultante de los tiros máximos de los demás
cables.
F E .2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales.
3) El 20% de los tiros en el Estado que contempla
manguito de hielo, unilaterales de todos los cables
de transporte de energía, más el 40% del tiro unilateral del cable de protección, considerando que existe carga desigual del hielo en los vanos contiguos.
4) Tiros de todos los cables para el Estado que contempla manguito de hielo.
VI.5.3. Tipo de poste: retención angular (desde 0º a 90º)
a ) Hipótesis nor ma les
F N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento máximo aplicado en la dirección
de los travesaños (ménsula o cruceta) sobre la estructura, los elementos de cabecera y sobre la
proyección de la semilongitud de los conductores
de ambos vanos adyacentes.
4) Resultante de los tiros máximos de todos los cables para el Estado de máximo viento.
F N. 2
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo per pendicular a la dirección de los travesaños sobre la estructura, los
elementos de cabecera y sobre la proyección de la
semilongitud de los conductores de ambos vanos
adyacentes.
3) Resultante de los tiros máximos de todos los cables para el Estado de viento máximo.
F N. 3
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento máximo per pendicular a la dirección de los travesaños (ménsulas y/o crucetas)
sobre el poste, los accesorios y la proyección de
los cables del semivano tendido.
4) Dos tercios de los tiros unilaterales máximos de
todos los cables.
F N. 4
1) Cargas permanentes.
29
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2) Carga del viento máximo en dirección oblicua,
sobre el poste, los accesorios y la proyección de
todos los cables.
3) Resultante de los tiros máximos de todos los cables para el Estado de viento máximo.
F N. 5
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento del Estado que contempla manguito de hielo, en la dirección del eje de los travesaños (ménsula y/o cruceta) sobre el poste, los
elementos de cabecera y la proyección de los cables de ambos semivanos adyacentes.
4) Tiro de todos los cables para el Estado que contempla manguito de hielo.
b ) Hipótesis excepciona les
FE. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (SÍ existen).
3) El 100% del tiro máximo de un cable de transporte de energía (aquel que provoque la solicitación
más desfavorable) o 100% del tiro máximo del
cable de protección, por reducción unilateral del
tiro del cable en el vano adyacente.
4) La resultante de los tiros máximos de los demás
cables.
F E .2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales.
3) La resultante de los tiros de todos los cables, en el
Estado que contempla manguito de hielo, con el
tiro reducido unilateralmente un 40%, considerando que existe carga desigual del hielo en los
vanos contiguos.
VI.5.4 Tipo de poste: terminales
a ) Hipótesis nor ma les
F N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Si existen).
3) Carga del viento máximo en dirección del eje de
los travesaños (ménsulas y/o crucetas) sobre postes, los elementos de cabecera y los cables.
4) Tiros máximos unilaterales de todos los cables,
en el estado de máximo viento.
5) Tiro de los cables correspondientes a la acometida a la Estación Transformadora.
30
F N. 2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Si existen).
3) Carga del viento máximo en dirección perpendicular al eje de los travesaños (ménsulas y/o crucetas)
sobre postes, los elementos de cabecera y los cables.
4) Tiros máximos unilaterales de todos los cables,
en el estado de máximo viento.
5) Tiro de los cables correspondientes a la acometida a la Estación Transformadora.
F N. 3
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Si existen).
3) Carga del viento máximo en dirección oblicua sobre postes, los elementos de cabecera y los cables.
4) Tiros máximos unilaterales de todos los cables,
en el estado de máximo viento.
5) Tiro de los cables correspondientes a la acometida a la Estación Transformadora.
F N. 5
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales.
3) Carga del viento en el Estado que contempla
manguito de hielo, en la dirección del eje de los
travesaños (ménsula y/o cruceta) sobre postes,
los elementos de cabecera y los cables.
4) Tiros unilaterales de todos los cables para el Estado que contempla manguito de hielo.
5) Tiro de los cables correspondientes a la acometida a la Estación Transformadora.
b ) Hipótesis excepciona les
FE. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (sí existen).
3) El 100% del tiro máximo unilateral de todos los
cables menos uno, aquel que al anularse provoque la solicitación más desfavorable.
F E .2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales.
3) La resultante de los tiros de todos los cables, en el
Estado que contempla manguito de hielo, con el
tiro reducido unilateralmente un 40%, considerando que existe carga desigual del hielo en los
vanos contiguos (se aplica en los casos de terminales que cumplen la función de acometida o que
tiene conexión con otras estructuras, además de
cumplir la función de terminal).
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VI.5.5. Tipo de poste: soporte de aparato de estación
transformadora
a ) Hipótesis nor ma les
F N.1
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento (Estado II) en la dirección que
produzca el esfuerzo más desfavorable, sobre el
soporte, los elementos de cabecera, las conexiones
con los cables de las barras y sobre los aparatos.
3) Cargas de montaje (300 daN).
4) Cargas derivadas del montaje, como son las producidas por izado de los aparatos, apoyo de elementos, etc.
6 Hipótesis de carga para los travesaños y soporVI.6
te (o travesaño) del cable de protección, para
estructuras aporticadas (estaciones transformadoras)
VI.6.1 Generalidades. Todos los travesaños de los pórticos se deben calcular para el caso de una disminución
involuntaria del tiro de un cable, a causa de la cual aparecerá una carga en el travesaño en la dirección del
mismo. Además todos los travesaños deben ser verificados para la carga de montaje.
En cada una de las hipótesis de carga, las cargas se
consideran actuando simultáneamente.
El tiro unilateral se debe tomar de manera que produzca la solicitación mas desfavorable en cualquier elemento constructivo.
VI.6.2 Tipo de poste: suspensión de barras
a ) Hipótesis nor ma les
T N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (Si existen).
3) Carga del viento para el Estado que contempla
manguito de hielo, en dirección del eje del travesaño sobre el travesaño, los elementos de cabecera y los cables.
T N. 2
1) Cargas permanentes.
2) Carga del viento máximo en dirección del eje del
travesaño, sobre el travesaño, los elementos de
cabecera y los cables.
T N. 3
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento máximo perpendicular al eje del
travesaño sobre el travesaño y los elementos de
cabecera.
VI.6.3. Tipo de poste: terminales de barras
a ) Hipótesis nor ma les
T N. 1
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (sí existen).
3) Carga del viento para el Estado que contempla
manguito de hielo, en dirección del eje del travesaño sobre el travesaño, los elementos de cabecera y los cables.
4) Tiro de los cables para el mismo Estado.
5) Para el travesaño o soporte del cable de protección, el 100 % del tiro máximo.
T N.2
1) Cargas permanentes.
2) Cargas adicionales (si existen).
3) Carga del viento máximo perpendicular al eje del
travesaño, sobre el travesaño, los elementos de
cabecera y la proyección de los cables.
4) Tiros máximos unilaterales de todos los cables
para el estado de viento máximo.
5) Para el travesaño o soporte del cable de protección, el 100 % del tiro máximo.
B) Hipótesis excepciona les
T E .1
1) Cargas permanentes.
2) Para travesaños de soporte de los cables de transporte de energía, la resultante del tiro máximo unilateral de todos los cables, con anulación de aquel
que produzca la solicitación más desfavorable.
3) Para el travesaño o soporte del cable de protección, el 100 % del tiro máximo.
VI.77 Comentarios sobre las hipótesis de carga
Para realizar el cálculo de la carga mecánica en la cima de
un poste y/o estructura (de suspensión, de retención o terminal), hay que plantear todas las hipótesis, normales en
las cuales el coeficiente de seguridad para los postes puede ser 2,5 o 3 según la empresa que ejecute la obra y extraordinarias en las cuales el coeficiente de seguridad es
normalmente igual a 2. Corresponde aclarar que la construcción del poste se realiza para la hipótesis normal determinante con su correspondiente coeficiente de seguridad.
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En todas las hipótesis normales hay que realizar los cálculos y adoptar la carga en la cima que resulte de mayor
valor, debiendo realizar la verificación para las hipótesis
extraordinarias. La hipótesis extraordinaria es la que considera el corte de un cable, el que produzca la solicitación más desfavorable. En caso de que en alguna de ellas
no se verifique el cumplimiento del coeficiente de seguridad mayor o igual que 2, hay que adoptar poste/s de
mayor tiro en la cima y volver a calcular todas las hipótesis, inclusive verificar las dimensiones de ménsulas y/o
crucetas e inclusive la altura.
Se deben considerar todas las cargas, tal cual están expresadas, cuando se lee “cargas permanentes”, quiere
significar la consideración de los pesos de todos los elementos componentes de la línea que se encuentran sobre
el poste, los cuales a través de su peso, en algunos casos
producen desequilibrios que por medio de translación de
momentos, referimos las cargas a la cima.
Cuando dice “cargas adicionales”, se refiere a la consideración de cualquier otra carga que pueda aparecer y resulte importante como para ser tenida en cuenta, como
por ejemplo la carga del operario de montaje, algunos lugares el asentamiento de aves, etc.
La “carga del viento” resulta suficientemente clara en su
definición y se indica en que estado climático se aplica
dicha carga. Cuando se menciona la hipótesis de carga de
viento oblicuo, se refiere exclusivamente a los casos de
estructuras metálicas y/o estructuras de hormigón cuadradas, donde estas cargas de viento se verán incrementadas en raíz de 2 (1,41) veces, dado que en los postes de
sección circular la carga no varía según el ángulo de ataque del viento.
En el caso del poste de suspensión, en la hipótesis extraordinaria FE.1, el punto que especifica el 50% de la
carga del cable de energía, se debe a la acción de declinación de la cadena por un lado y por el deslizamiento del
cable en la morsa de suspensión, que hace que no se supere tal valor. En el cable de protección es algo mayor
porque precisamente no existe cadena de aisladores y los
valores de ajuste de las tuercas de la morsa de suspensión
son mayores. En la hipótesis extraordinaria FE.2, como
se puede ver se refiere exclusivamente al estado III, en el
cual se puede dar la existencia de nieve y por ello considera la posibilidad de desigualdad de acumulación en
dos vanos contiguos.
En los casos de postes de suspensión angulares, en las hipótesis normales, aparecen en consideración las resultantes de los tiros, que son coincidentes con las cargas de
32
viento, y que las distintas empresas le colocan límites de
ángulos en función de su experiencia en el tema. En las
hipótesis extraordinarias, se diferencia el poste de suspensión angular del poste angular, ello se debe a que el
primero es como indica su denominación “suspensión
angular”, o lo que es lo mismo, que en ellos los cables están suspendidos mediante cadenas de aisladores de suspensión. En cambio, en el segundo caso, hacen las veces
de postes de retención pero actuando como monoposte.
En el tipo de poste de retenciones angulares, abarca la totalidad de posibilidades de ángulos, desde 0º que sería el caso de las retenciones rectas, hasta 90º que sería el ángulo
equivalente mayor que se podría obtener en una traza en
condiciones normales, salvo que aparezca un caso donde la
línea debiera volver en un sentido similar, lo cual representaría un caso excepcional que debe considerarse puntualmente. En los casos de retenciones angulares, se pueden
colocar de distintas formas los postes como ya se vio en el
punto correspondiente. Esto responde a cuestiones económicas y técnicas, dependiendo ello en general de la empresa que contrata la ejecución de una obra, en algunos casos
no se admiten estructuras triples en líneas de 33 kV, en
otros casos los postes se deben ubicar en el sentido de la línea hasta cierto ángulo y según su bisectriz para ángulos
mayores, etc. Sobre esto en particular, el autor aconseja que
se deben realizar todos los cálculos y determinar la composición que resulte técnica y económicamente más apta.
En cuanto a los cálculos, se aconseja al alumno y/o profesional que proyecte, el manejo ordenado de todos los cálculos de las cargas, atendiendo fundamentalmente en el
caso de retenciones y terminales la separación de cargas
en el sentido de la línea o longitudinales y las correspondientes al ataque cruzado a la línea, las que se denominan
transversales. En este mismo sentido, se recuerda que en
todos los casos en que se especifica un soporte retención
y/o terminal con un ángulo superior y otro inferior, los
cálculos se deben realizar considerando para las componentes, el ángulo superior para los senos y el inferior para
los cosenos. Esto último se justifica admitiendo que la estructura calculada de esa manera pueda cumplir adecuadamente con las exigencias para cualquiera de los ángulos
abarcados entre el máximo y mínimo especificados.
En el caso de considerar la hipótesis extraordinaria, cuando
se corta un conductor en cualquier tipo de poste, aparece
una carga compuesta denominado esfuerzo flexotorsor. Se
denomina así, precisamente por estar compuesto de un momento flector de la cima del poste respecto del suelo y otro
torsor debido al momento generado por la carga sobre la
ménsula y/o cruceta respecto de su propio eje. En este caso
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en particular, hay que separar el efecto que se puede producir en un poste de suspensión respecto del que aparece en el
caso de postes de suspensión angulares, postes angulares o
de retención, en los cuales hay que tomar la descomposición de fuerzas para aplicar a la producción del momento
torsor. Esto se debe a que una de las componentes actúa
produciendo momento flector en dirección transversal y la
de sentido longitudinal produce momento torsor.
Ambos momentos actuando en forma conjunta, producen
un momento que deducido de la teoría elástica de Rankine, se obtiene la siguiente expresión:
Donde Mf1 es el momento flector producido por la suma
de las cargas multiplicadas por las alturas a las que están
aplicadas; Mf2 es el momento flector debido al desequilibrio de cargas, dado por la suma de pesos multiplicados
por la distancia desde el eje del poste al punto donde están aplicados. Mt es el momento torsor debido a la carga
de tiro de los cables por la distancia desde el eje del poste hasta el punto donde están aplicadas.
La hipótesis de tendido, denominada como la de los 2/3,
se puede observar que se considera como una hipótesis
normal, por lo que corresponde asignarle coeficiente de
seguridad igual a 3 o 2,5 según la empresa de energía. Si
tenemos en cuenta que se trata de una condición de carga
que se produce una sola vez en la vida útil de la línea, salvo que demande el reemplazo de todo el conductor en algún momento, debería estudiarse la posibilidad de
incluirla como una condición extraordinaria, con lo cual
su coeficiente de seguridad sería de 2, obteniéndose de
esta forma estructuras de menor tiro en la cima, dado que
en general ésta es la hipótesis determinante.
En el caso de estructuras de dos postes, hay que tener en
cuenta que el sentido de la velocidad del viento debe corresponder a aquel que provoque la solicitación más desfavorable, según la posición adoptada para los postes. Esto
también dependerá del ángulo de la retención considerada.
8 Resumen de las cargas actuantes en las hi pó VI.8
tesis de carga
F vp: fuerza del viento sobre el poste.
F va: fuerza del viento sobre los aisladores.
F vc: fuerza del viento sobre los cables de energía.
F vcp: fuerza del viento sobre el cable de protección.
F vm: fuerza del viento sobre la ménsula para los cables de
energía.
F vm cp: fuerza del viento sobre la ménsula para el cable de
protección.
F vv: fuerza del viento sobre vínculos.
P a: peso de la cadena de aisladores o del conjunto perno
aislador en caso de ser de montaje rígido.
P c: peso de los cables de energía, sumados ambos semivanos.
P cp: peso de los cables de protección, sumados ambos semivanos.
P m c: peso de las ménsulas que sostienen los cables de
energía, hay que tener en cuenta que el punto de aplicación se encuentra a 1/3 desde el eje del poste, debido a
su forma.
P m cp: peso de la ménsula que sostiene el cable de protección, aplicado según el punto anterior.
T c: tensión mecánica máxima del cable de energía [kg].
T cp : tensión mecánica máxima del cable de protección
[kg].
En caso de tener postes y/o estructuras de cualquier disposición, forma y/o material, se deberán adoptar las cargas de acuerdo a la representación mas real de las
condiciones de trabajo.
Al colocar la orden de compra a cualquier fábrica de postes de hormigón (simples o tipo pórtico), hay que especificar adecuadamente los postes. Para ello, hay que
adjuntar plano a escala con los detalles del cabezal y tipo
de ménsulas y/o crucetas, vínculos, ubicación de los bloquetes para puesta a tierra, agujeros en las ménsulas, etc.,
además hay que confeccionar el esquema de cargas para
la hipótesis normal determinante y la excepcional correspondiente. Todos estos son datos necesarios para que el
fabricante dimensione la armadura del poste como así
también la de los accesorios (vínculos, crucetas, ménsulas. En los planos 8 y 9 se pueden ver ejemplos.
VII Fundaciones
En la etapa de diseño deberán contemplarse las limitaciones y restricciones impuestas por el correspondiente estudio de Impacto Ambiental, confeccionado según los
lineamientos del "Manual de Gestión Ambiental del Sistema de Transporte Eléctrico" Resolución Nº 15/92 de la
Secretaría de Energía y los “Procedimientos ambientales
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para la construcción de instalaciones del sistema de
transporte de energía eléctrica, que utilicen tensiones de
132 kV o superiores, Resolución ENRE 0546/1999.
Como información básica, el proyectista deberá disponer
de las características físicas, mecánicas y químicas de los
suelos de fundación y de la información relativa a las
cargas actuantes sobre los apoyos.
Las resistencias últimas del terreno se calcularán a partir
de la información geotécnica obtenida en los ensayos,
posteriormente corroboradas mediante ensayos a escala
natural como los descriptos más abajo.
VII.11 Suelo de fundación. Estudio geotécnico
La finalidad del estudio geotécnico es conocer los parámetros de resistencia (cohesión no drenada, ángulo de
fricción interna, coeficientes de reacción lateral y de fondo) de los suelos afectados por la traza de la obra y la posición de la napa freática. La determinación de la
capacidad portante de la fundación y la estimación de su
probable deformación ante las cargas de la estructura se
realizará con los parámetros propios del lugar. Para ello
será indispensable disponer de estudios geotécnicos a lo
largo de la traza, a razón de un ensayo geotécnico por cada vértice y además uno cada 10 estructuras, no debiendo
excederse los 3.000 metros entre sondeos contiguos.
Esta tarea deberá ser realizada por una empresa o profesional con experiencia en el tema específico. Antes de desarrollar el plan definitivo de investigación geotécnica es
conveniente realizar una recorrida inicial de reconocimiento de la traza y recopilar antecedentes tales como estudios de la geología superficial, mapas topográficos,
fotografías aéreas, fundaciones de otras líneas existentes
en la zona, ubicación del nivel freático ensayos realizados
con otros fines, etc.
VII.22 Alcance del estudio geotécnico
El estudio geotécnico deberá incluir una descripción del
método utilizado para su ejecución. En el caso de utilizarse el ensayo estándar de penetración se aclarará y justificará el tipo de cuchara sacamuestras utilizada. En el
caso de adoptarse el penetrómetro estático de cono y fricción local, se justificará el tipo de punta utilizada y se
construirán gráficos mostrando la resistencia del suelo y
la de fricción en función de la profundidad.
De los ensayos de penetración se obtendrán datos sobre
la densidad de los suelos granulares y sobre la consistencia de los cohesivos, así como sobre su compresibilidad
y resistencia al corte. También sobre los límites de las ca34
pas, los niveles rocosos o estratos resistentes, las cavidades del terreno y el grado de uniformidad del terreno.
En aquellos casos en que la resistencia del suelo no permita la aplicación de métodos de penetración se utilizará el de
perforación por rotación con el diámetro BX, empleando
corona de widia o diamante y bentonita en el agua de circulación. Se hará una descripción geológica visual y se clasificará petrográficamente la roca o el suelo consolidado.
En lo referente a la profundidad de los ensayos se seguirán los lineamientos de la norma DIN 4020. La perforación, medida desde la cota de fundación adoptada, deberá
alcanzar una profundidad no menor de 6 m o de tres veces
el valor del lado menor de la fundación, el que resulte mayor. De esta manera podrá comprobarse si el manto sobre
el cual se asienta la fundación tiene el espesor suficiente
como para desarrollar la capacidad portante adoptada.
El método de estudio finalmente adoptado será el adecuado al tipo de suelo y deberá permitir la obtención de
muestras inalteradas para su posterior análisis en laboratorio para la obtención de las características mecánicas y
resistentes de los suelos.
En suelos arenosos, cuando se utilice el ensayo de penetración dinámica, se deberán emplear cucharas con cierre a
pistón para poder retener las muestras de suelo sin cohesión.
Estos suelos granulares garantizan la obtención de muestras
representativas no afectadas por el método y equipo de investigación, cuya resistencia y compresibilidad son principalmente función del tamaño del grano y de la densidad.
El método de penetración dinámica en suelos cohesivos se
utilizará con cuchara de paredes delgadas de tres pulgadas
(tubo Shelby) para evitar los “tapones” característicos de
la cuchara normal. La presencia de gravas en suelos sujetos al ensayo normal de penetración dinámica deberá tenerse en cuenta afectando el número de golpes resultante
mediante un factor de corrección. Los métodos descriptos
no son adecuados para suelos con alta presencia de rodados grandes. En estos casos podrá recurrirse a la exploración del suelo por medio de calicatas o de pozos de
inspección con protección lateral y ventanas. El conocimiento de los suelos más representativos de la traza se
completará con la ejecución de ensayos de plato de carga.
Los resultados serán presentados en diagramas de tensióndeformación. En las conclusiones, el estudio geotécnico
deberá incluir como mínimo la siguiente información:
• Descripción de los distintos estratos encontrados.
• Clasificación según el método universal de Casagrande.
• Nivel de la napa freática
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• Granulometría
• Contenido de sulfatos.
• Peso específico natural y secado a estufa
• Residuo sólido total.
• Humedad natural
Los ensayos geoquímicos tendrán por finalidad determinar la agresividad potencial del subsuelo a las cimentaciones y al sistema de puesta a tierra de los sostenes.
Además, permitirán definir el grado de agresión y las
protecciones anticorrosivas necesarias.
• Límite líquido
• Límite plástico
• Angulo de rozamiento interno
• Cohesión
VII.33 Interpretación del estudio geotécnico
• Tipo de fundación recomendada (directa o indirecta)
Los datos obtenidos en el estudio geotécnico deberán ser
analizados e interpretados por el proyectista. En particular
éste deberá definir los valores de resistencia a rotura del suelo a adoptar y si las características propias del suelo aconsejan aumentar los factores de minoración de la resistencia.
• Cota de fundación
• Valor de la resistencia de rotura del suelo (en caso de
fundaciones indirectas, resistencia de rotura de punta y
de fricción para los distintos estratos)
• Módulo de reacción lateral y de fondo
• Resistividad del terreno (orientada hacia el problema de
corrosión)
Cuando en la traza de la obra se presenten suelos que tengan un comportamiento mecánico inestable frente a cambios en su contenido de humedad (Suelos expansivos y
colapsables), de temperatura (suelos sometidos a congelamiento y deshielo) y vibraciones (suelos licuables o
fluidos) deberán ser analizados mediante ensayos geotécnicos especiales:
En suelos rocosos los testigos a ensayar se obtendrán por
el método de perforación rotativa. Sobre las muestras de
roca se realizarán como mínimo los siguientes ensayos y
determinaciones:
• Profundidad del manto rocoso
• Tipo de roca y su dureza
• Permeabilidad
• Posibles características de solubilidad
• Discontinuidades y posibles planos de falla
• Recuperación total
VII.3.1.Tipificación de suelos. En base a los resultados
obtenidos, los suelos semejantes entre sí se agruparán y
representarán por un sólo suelo “tipo” cuyas características serán elegidas con criterio conservador, es decir
adoptando los menores valores de los parámetros mecánicos que corresponden a dicho suelo tipo. La cantidad
de “tipos” de suelos a definir será función de la cantidad de ensayos y de la disparidad de los valores característicos encontrados a lo largo de la traza. Las fundaciones de piquetes ubicados en un determinado “tipo”
de suelo podrán ser resueltas con un proyecto único (tipificación de fundaciones).
Cuando los elementos que trabajan permanentemente a
la compresión y a la tracción están claramente diferenciados (por ejemplo estructuras arriendadas) es recomendable realizar una tipificación para las unidades que
trabajan a la compresión (bases centrales) y otra para las
que lo hacen a la tracción (placas de anclaje de riendas).
Esta recomendación es particularmente aplicable a los
suelos rocosos a escasa profundidad (que presentan altos valores de resistencia para cargas directas de compresión) recubiertos por dos o tres metros de materiales
sueltos de mal comportamiento ante la aplicación de
cargas de tracción.
• Ensayo de recuperación RQD
4 Tipo de fundaciones
VII.4
En cada ubicación de sondeos se realizarán ensayos geoquímicos de suelos de los estratos característicos y napas
freáticas con los cuales se determinará como mínimo:
En la gran variedad de disposiciones de líneas aéreas, se
pueden encontrar distintos tipos de fundaciones, las cuales se detallan a continuación.
• pH.
• Contenido de sales totales
• Contenido de cloruros.
VII.4.1. De macizo de hormigón único. Se pueden calcular mediante el método de Sulzberger, cuando el terreno donde se ejecutará presenta una adecuada resis35
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tencia lateral y en el fondo a profundidades compatibles con la de la fundación. Para terrenos con poca resistencia lateral, se pueden adoptar bases anchas, utilizando para su cálculo el método de Mohr. Cuando los
terrenos ya se presentan pantanosos sin resistencia lateral ni de fondo para esto se puede utilizar el de Mohr
complementado con las tablas de Pohl. De estos métodos, su demostración y expresiones básicas para la aplicación se describen en el Anexo XI.
En el mundo, existen otros métodos que también arrojan resultados suficientemente comprobados en el cálculo de fundaciones.
Cualquier método que se utilice para la verificación de
fundaciones, depende fundamentalmente de la confiabilidad del Estudio de Suelos. En la determinación de los
coeficientes de compresibilidad o de fondo (Cb) y de
reacción lateral (Ct) (en muchos casos iguales), el especialista que realiza el trabajo de campo y posterior determinación en laboratorio, en función de que los valores
que surjan resultarán de su exclusiva responsabilidad,
aplica a ellos sus propios coeficientes de seguridad, por
ello el proyectista generalmente sobredimensiona las
fundaciones. No obstante ello, a continuación se desarrolla someramente el método de Sulzberger, que resulta efectivo para suelos medianamente buenos.
Este método se basa en un principio verificado experimentalmente, donde un macizo de fundación de un poste
puede tener una inclinación limitada por tgα < 0,01, donde el suelo se comporta de forma elástica, obteniéndose
en consecuencia, una reacción de las paredes laterales de
la excavación y normales a la fuerza actuante sobre el poste. El método acepta que la profundidad de entrada del
bloque de fundación dentro del terreno, depende de su resistencia específica contra la presión externa en el lugar
considerado. Esta resistencia se denomina presión admisible del suelo y su unidad es kg/cm2. Esta presión es:
Donde λ es la profundidad de entrada (cm) y C, el índice de compresibilidad (kg/cm2)
En particular el método se comporta bien para fundaciones profundas en formas de bloque de hormigón. La tabla
I-7, presenta datos estadísticos recogidos de trabajos realizados en Austria, que perfectamente se adaptan a nuestros terrenos. Los valores de C, se toman a la profundidad
de 2,0 metros, en el fondo de la excavación se acepta para el valor de C (denominado Cb) hasta C = 1,2 Cb. Cuando se trabaja con fundaciones de menor o mayor
36
profundidad, el valor de dicho coeficiente se obtiene
por la siguiente relación:
Para definir el método podemos decir que la resistencia
que el terreno opone a la inclinación del conjunto poste-fundación, se origina en dos efectos fundamentales:
1) Encastramiento de la fundación en el terreno como
así también fricción entre hormigón y tierra, a lo largo de las paredes verticales, normales a la fuerza actuante.
2) Reacción del fondo de la excavación, provocada por
las cargas verticales.
Las fuerzas mencionadas en el punto 1, determinan el
momento Ms, llamado “momento de encastramiento o
de reacción lateral”, mientras que las del punto 2 original el denominado “momento de fondo” Mb.
En las fundaciones de profundidades relacionadas con
las líneas de transporte y distribución de energía, se
cumple la siguiente relación:
Así es que para obtener una estabilidad suficiente de la
fundación, es necesario multiplicar el valor del momento actuante por el coeficiente “S”, donde:
Este coeficiente depende de Ms/Mb y se indican en la
tabla I-8, debiéndose obtener los valores inter medios
inter polando entre los dos que lo comprenden en forma
lineal.
• En roca, γ = 2400 kg/m3 y la presión admisible para
roca debilitada por efectos geológicos, se acepta igual
a 10 kg/cm2 y en rocas sanas puede ser de 23 kg/cm2.
• Para categorías B a F y terrenos de buena cohesión, se
puede aumentar βº en 5º.
De esta forma, la ecuación para el dimensionamiento de
la fundación será el siguiente:
M s + M b ≥ S × Mv
El método, es de carácter general y puede ser utilizado para todas las formas de fundaciones. A continuación se mos-
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Tabla I-7
C
A
T
E
G
O
R
I
A
Naturaleza
del
terreno
Laguna,
aguazal,
terreno
pantanoso
A
Peso
específico
Presión
admisible
Indice
de
compresibilidad
Angulo
de la
tierra
gravante
Angulo
de la
fricción
interna
Coeficiente
de la
fricción entre
terreno y
hormigón
γ
σ
C
βº
δº
µ
kg/m3
kg/cm2
cm2
Vegetable Movido
650
Hasta 0,5
0,5 a
1,0
5º
3º
5º
3º
Liso
Escabroso
------
0,05
0,1
20º
30º
25º
0,2
0,3
0,3
0,2
0,5
0,4
Terrenos
muy blandos
Arena fina y
húmeda
Arcilla blanda
1700
Hasta 0,8
1,0 a
2,0
2,0 a 4
Arcilla medio
dura, seca
Arcilla fina,
seca
1700
Hasta
1,8
5,0 a 8
6,0 a 9
8º
6º
25º
30º
0,4
0,6
0,5
0,7
D
Arcilla rígida
Arena gruesa
y pedregullo
1700
Hasta
3,0
10
11 a 13
12º
10º
25º
35º
0,4
0,4
0,5
0,5
E
Arcilla
gruesa y
dura
1700
Hasta 4,0
13 a 16
15º
12º
37º
0,4
0,5
F
Rígido,
pedregullo y
cantorodado
1700
Hasta 0,5
13 a 16
20º
20º
40º
0,4
0,5
B
C
Tabla I-8
Ms/Mb
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
S
1,500
1,383
1,317
1,260
1,208
1,150
1,115
1,075
1,040
1,017
1,000
37
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trará el desarrollo para una fundación paralelepípeda rectangular, que resultan ser las más usadas en líneas aéreas.
Según se puede ver en la figura I-13, por efecto de la
fuerza F, la fundación tenderá a inclinarse un ángulo determinado, cuando ese ángulo no supera el valor tal que
tgα = 0,01, el valor del momento de encastramiento esta dado por:
1
En este momento, considerando que el eje de giro de la
fundación comenzaría a levantarse, se da la condición
extrema de que se igualan los momentos Mt = Ms:
2
Mediante la expresión 2, cuando la inclinación de la fundación es tal que tgα resulta menor de 0,01, el momento
de encastramiento lo calculamos con la expresión 1. Si
consideramos que al aumentar el ángulo de inclinación
de la fundación la fricción disminuye hasta su desaparición. Así es que si la despreciamos, el eje de giro se traslada al centro de gravedad de la superficie de carga (2/3
de t), por esto, considerando el momento de inercia de
un triángulo, en esta situación el momento de encastramiento resulta:
3
F igu r a I -13
Si consideramos que por efecto de la fuerza F, el macizo de fundación tenderá a levantarse haciendo giro en la
intersección del eje del poste con la base de la fundación, así es que en la profundidad t – y tenemos:
El índice de compresibilidad será:
La presión unitaria:
La penetración en el terreno:
De esta forma:
Esta expresión representa una función parabólica sobre la
pared vertical de la fundación, simétrica respecto del punto
medio o sea t/2, si R es la resultante de todas las fuerzas que
actúan sobre dicha pared, el momento lateral resultará:
Analizaremos ahora el comportamiento del macizo de
fundación con respecto a su fondo, por acción de todas las
cargas, la fundación tiende a penetrar en el terreno hasta
una profundidad λo dada por la siguiente expresión:
Donde G es la resultante de las cargas verticales; a y b,
lados del macizo de hormigón, y Cb el índice de compresibilidad en el fondo (kg/cm3)
En estas condiciones, el ángulo de inclinación de la
fundación, está dado por:
4
En caso de que el ángulo resulte tal que tgα no supere
el valor de 0,01, el momento de reacción de fondo está
dado por la expresión:
5
En el momento en que comienza a levantarse la fundación desde un extremo, quiere decir que se sobrepasa la
fricción del macizo con el suelo, por ello podemos decir que la resultante será:
Donde G representa la resultante de todas las cargas
verticales y µ es el coeficiente de fricción estática entre
tierra y hormigón en el fondo.
38
Caso contrario, cuando tg a supera el valor de 0,01,
quiere decir que la fundación se levanta más y se desplaza el eje de giro en el fondo, el Momento estará dado por la siguiente expresión:
6
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De la misma forma, debemos considerar que el momento de vuelco provocado por la fuerza actuante en la
cima del poste, en caso de no superarse el valor crítico
de inclinación resultara el momento aplicado desde la
cima del poste hasta el eje de giro de la fundación:
En caso de que se supere el valor crítico de inclinación
está dado por la siguiente expresión:
Es opinión del autor, que cuando estamos en presencia
de terrenos dudosos, resulta rentable contratar el servicio de estudio de suelos con el cálculo de las fundaciones incluidos. En estos casos, generalmente con el
ahorro debido al calculo más fino del macizo, compensamos el costo adicional por el servicio y en muchos
casos obtenemos mayor rendimiento, además de resultar total responsabilidad del profesional en la materia,
el futuro comportamiento de la fundación.
A modo de comentario, en caso de encontrarnos con terrenos pantanosos pero que a determinada profundidad
tenemos tierra firme, se pueden utilizar fundaciones con
zapata inferior. De la misma manera, en caso de terrenos
de poca capacidad portante se pueden plantear fundaciones con zapata superior o invertida. En estos casos hay
bibliografía al respecto que brindan todos los detalles
para su cálculo y ejecución como así también ciertos requisitos a tener en cuenta que son muy importantes. No
se desarrolla en este trabajo porque resulta un tema muy
específico de la especialidad de Construcciones-civil.
VII.4.2. De patas separadas. Se utiliza en general, para el caso de estructuras metálicas autosoportadas. En
líneas hasta 132 kv, se las puede encontrar en suspensiones y retenciones, mientras que en líneas de tensión
mayor dé 220 kv., se utilizan en retenciones y/o terminales solamente, debido a que los sistemas tradicionales para las suspensiones son del tipo “delta” arriendadas. Se pueden ejecutar sin inconvenientes cuando las
características del terreno lo permiten y en casos de
suelos de baja capacidad portante, se ejecutan con las
cuatro patas vinculadas entre si en algunos casos y en
otros con una platea inferior de mayor superficie que la
ocupada por las cuatro patas.
VII.4.3. Pilotes. Cuando encontramos terrenos con muy
baja capacidad portante, zonas pantanosas o de relleno
aluvional, se pueden utilizar “pilotes”. Los pilotes no son
otra cosa que un poste de dimensiones adecuadas para la
carga que tiene que soportar enterrado por métodos apropiados de hincado, hasta llegar a tierra firme según surja
del estudio de suelos.
Los pilotes pueden ser premoldeados e hincados, pilotes perforados y hormigonados en el lugar, cilindros de
fundación, pilotes raíz y micropilotes. El método de
cálculo se aplicará al conjunto pilotes-cabezal. Los pilotes pueden ser de acero (tubulares o perfiles laminados) u hormigón armado.
El sistema de fundación mediante pilotes se utiliza
cuando deben transmitirse cargas al subsuelo sin que se
produzcan asentamientos excesivos.
La capacidad resistente de los pilotes dependerá de la capacidad portante de los estratos de suelos atravesados, del tipo de pilote, y de la metodología de instalación empleada.
La cantidad de pilotes por cada apoyo de la estructura
no será inferior a dos; se podrá instalar un solo pilote
hormigonado “in situ” cuando su diámetro sea como
mínimo de 60 cm y pueda asegurarse la correcta instalación y hormigonado de los dispositivos de anclaje o
empotramiento de los apoyos.
En cada lugar donde se instale una fundación indirecta,
deberá realizarse un estudio geotécnico que tenga una
profundidad no inferior a 5 veces el diámetro de los pilotes, por debajo del nivel de punta.
En el diseño de fundaciones que utilicen más de un pilote, para dimensionar estáticamente el cabezal se utilizarán las cargas derivadas de la acción de la estructura
sobre la fundación. Su dimensión en planta quedará básicamente determinada por las dos condiciones siguientes:
• Separación mínima entre ejes de pilotes igual a tres
diámetros o lados del pilote.
• Distancia mínima entre las caras externas del cabezal
y del pilote de 15 cm o igual a medio diámetro o lado del pilote.
Una vez resuelto el cabezal, se definirán las cargas sobre los distintos pilotes, los que podrán dimensionarse
en cuanto a sección transversal y longitud por suma de
sus capacidades resistentes por fricción fuste - suelo y
por su resistencia de punta.
En el extremo superior, se coloca un cabezal con el hueco
adecuado para introducir el poste correspondiente y luego
operar para su montaje como si resultara una fundación
tradicional. Esto también se puede utilizar en el caso del
punto anterior para líneas con estructuras metálicas auto39
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soportadas, en las cuales se pueden colocar la cantidad de
pilotes que resulten necesarios según el cálculo, con el cabezal adecuado para asegurar las cuatro patas de la torre.
Cuando en el primer párrafo nos referimos a líneas importantes, se debe que la ecuación económica arroja un
resultado en el cual no se admitiría que los costos de los
materiales que se entierren, incluida la ejecución, resulten demasiado importantes frente a los que soportan, en
cuyo caso correspondería realizar el estudio de factibi-
lidad de alguna otra alternativa para efectuar el transporte de la energía.
VII.55 Ensayo de fundaciones
Con el objeto de corroborar los valores de resistencia obtenidos del cálculo, se deberá especificar la ejecución de ensayos a escala natural de fundaciones sometidas a esfuerzos
de arranque. El objeto, cantidad, interpretación y evaluación
de resultados de estos ensayos dependerá del tipo de anclaje seleccionado, tal como se indica más adelante.
VIII Ejecución de líneas aéreas
En este punto, desarrollaremos una apretada síntesis de
los pasos a seguir para la ejecución de las líneas aéreas,
basándose en conceptos generales para el proyecto y construcción, sumado a la experiencia recogida en obras ejecutadas en la Empresa de Energía de la Pcia. de Bs. As.
VIII.11 Trabajos preliminares
Partiendo de la base que la ejecución de una línea aérea
responde a necesidades especificas de la explotación del
servicio eléctrico, se entiende que la capacidad de carga
que puede transportar y por lo tanto el tipo de cable de
energía con la cual se dotará, resulta definido por el área
que maneja el sistema de potencia de la empresa propietaria de la línea a construir. De la misma manera, de
acuerdo a las magnitudes de energía que se desea transportar y a las distancias que se deben cubrir, se define
cual será el nivel de tensión de servicio que se utilizara.
La documentación estará integrada, como mínimo, por
los siguientes documentos:
• Planillas de distribución de las estructuras (planialtimetria y planta)
• Memorias de cálculo de los distintos tipos de estructuras.
• Memorias de cálculo de los distintos tipos de fundaciones.
• Planos de montajes de las estructuras.
Antes de comenzar la ejecución de una línea, hay que cubrir diversos aspectos que resultan indispensables para el
desarrollo de las tareas, obviando los procedimientos de
contratación de la Empresa Contratista que se encargará de
la ejecución, los pasos a seguir se detallan a continuación.
• Planos de morsetería correspondiente a los distintos
tipos de cadenas.
VIII.1.1. Proyecto. Una vez adjudicada la ejecución de
una Línea Aérea a una Empresa, la primer tarea que
tiene que desarrollar su oficina técnica es el proyecto
ejecutivo de la obra para lo cual hay que seguir todos
los pasos desarrollados en los puntos precedentes.
• Planos de las fundaciones.
Terminado el proyecto, se deberá confeccionar el diagrama acopio de materiales, en función de los plazos
de ejecución, se sabe por ejemplo, que el cable es lo último que se instala por lo que se acopiara en la etapa final del plazo de obra, lo mismo sucede con los aisladores y la morsetería. No resulta lo mismo el tema de los
postes, dado que los plazos de entrega son entre 60 y
90 días dependiendo de la capacidad de la planta de fa40
bricación, por lo que ni bien se termina el proyecto, resulta imperioso colocar la orden de compra cuanto antes, una vez aprobado el proyecto ejecutivo por el Comitente. Por lo menos se pueden ir solicitando los postes que ya se encuentren definidos (estándar), mientras
que los que surjan luego de confeccionada la planialtimetria, + 1, +2, - 1, etc., se ordenarán posteriormente.
• Planos de los stock-bridge.
• Planos de los aisladores.
• Planillas de estacas y sostenes y de tipificación de los
suelos.
• Planos de detalles de los cruces y de las acometidas.
• Memorias de cálculo de las puestas a tierra.
• Planos de detalles de las puestas a tierra de todas las
estructuras.
• Medición final de las puesta a tierra.
• Franja de servidumbre y mensuras.
• Tabla de tendidos (inicial y final).
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Los planos conforme a obra serán elaborados por el proyectista en un todo de acuerdo con las normas correspondientes y el pliego de condiciones y serán entregados
a la Transportista, en las condiciones establecidos cantidad, formatos, copias, soportes magnéticos etc.
Se debe tener en cuenta que es condición previa a la Recepción Provisoria de las Obras la aprobación y entrega
de la documentación establecida en este literal (b).
VIII.1.2. Planimetria, planialtimetria y servidumbre
de electroducto. Con la ejecución del proyecto, contemporáneamente se puede realizar el estudio planialtimétrico de la zona que atraviesa la línea.
En general, cuando se plantea la construcción de una
línea aérea comprendida entre el punto de partida (generalmente una Estación Transformadora) hasta donde
se instalará el terminal de línea, la empresa de energía
realiza un estudio que comprende el análisis de todos
los recorridos posibles, evaluando los pro y contras de
todas las variantes, llegando a definir lo que se denomina “pretraza”, la cual es utilizada a los efectos de la
confección de las Especificaciones Técnicas para la
contratación de la ejecución de la obra, permitiendo
obtener un costo orientativo en función de la consideración de las singularidades predefinidas.
Una vez definida la “pretraza”, la empresa propietaria
de la obra tiene la obligación definida en la Ley
8398/85, de aprobarla ante los organismos de contralor correspondientes a la jurisdicción donde se emplazará la línea, incluyendo la nómina de propietarios que
resultarán afectados por el electroducto como así también los coeficientes de afectación de los campos. Dichos organismos, deben declarar la obra de interés
público. Con la aprobación mencionada, se pueden
realizar las anotaciones preventivas en Catastro Provincial.
Esto permite solicitar a los propietarios, los permisos de
paso para que los encargados de realizar los trabajos de
agrimensura puedan efectuar la materialización de la
traza sin inconvenientes, dado que en caso de encontrar
la negativa de estos para el acceso a los campos, mediante dicho instrumento público se puede obtener a
través de la fuerza pública.
Una vez realizada la marcación de los puntos singulares, se realiza la planialtimetría del terreno a lo largo de
toda la traza, la cual se utilizará para la distribución de
los postes de suspensión, en función de los datos de
proyecto, como ser longitud de vano, tipo de postes calculados, flecha de los cables, etc.
Luego de concluida la tarea de gabinete en cuanto a la
distribución de postes, se realiza el piqueteado, lo que
consiste en marcar adecuadamente la posición de la totalidad de los postes en el terreno.
Para la elaboración y ejecución de la mensura de servidumbre administrativa de electroducto de la línea de alta tensión, se deben confeccionar los planos
correspondientes con sujeción a las normas que sean de
aplicación según la ubicación de la obra. Asimismo se
debe considerar la liberación total de la traza, para lo
cual se debe dar total cumplimiento a lo establecido en
la Ley de Servidumbre Administrativa de Electroducto
19.552 y los decretos reglamentarios y resoluciones
dictadas por la autoridad de aplicación, hasta la inscripción definitiva de los convenios con cada propietario,
en el registro de la propiedad correspondiente a cada
distrito, previo haberse efectuado las correspondientes
indemnizaciones de acuerdo a lo establecido en la Res.
ENRE 602 y/o la vigente al momento.
Con el fin de obtener la resolución de afectación de las
parcelas atravesadas por la franja de seguridad del electroducto, la transportista deberá presentar su solicitud a
la Autoridad de Aplicación, remitiendo para tal fin la siguiente documentación:
• Traza de la línea, identificando cada una de las parcelas afectadas y poniendo una numeración de referencia en orden creciente de 1 a N.
• Listado de parcelas afectadas por la Franja de Seguridad del Electroducto respetando la referencia indicada
anteriormente.
• Cálculo de la Franja de Seguridad de acuerdo a la Especificación T-80 de AyEE.
• Listado de restricciones solicitadas.
VIII.1.2.1. Condiciones técnicas generales. El proyectista debe tener en cuenta para las condiciones de la
obra que una vez aprobado el proyecto ejecutivo de la
obra, efectuado el replanteo y finalizado el montaje de
las estructuras de retención angular, se deberá comenzar con los trabajos de medición y vinculación necesarios para elaborar los planos de mensura de
servidumbre de electroducto de los predios que resulten afectados.
Para las operaciones de campo se deberá vincular el
eje del electroducto con los puntos de apoyo geodésicos que recomiende la autoridad catastral de aplicación correspondientes instrucciones de mensura y/o
con los que suministre la transportista y con el vértice
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o vértices más cercanos a cada uno de los predios
afectados.
En caso que en los extremos de línea existieran instalaciones del transportista, tales como estaciones transformadoras, deberán indicarse en el plano según
mensura como detalle aclaratorio, efectuándose las
vinculaciones correspondientes del punto de extremo
de línea con el polígono que determinen los límites de
la instalación.
En caso de existir tramos muy cercanos de paralelismo entre la línea de transmisión de energía eléctrica,
objeto del presente diseño, y todo otro electroducto, se
deberá informar, precediéndose a determinar las posibles superposiciones de franjas de servidumbre, si ello
ocurriese se harán constar en los correspondientes planos los polígonos y superficies de afectación que
comprendan cada una de las líneas y los polígonos y
superficies de superposición que ellas determinen.
En cada plano de mensura se deberán consignar las
coordenadas de los vértices del o los polígonos de
afectación que se generen expresadas en el sistema
adoptado por la autoridad de aplicación catastral y/o
lo que el transportista defina.
En el plano de mensura deberá constar la distancia del
vértice más próximo a los límites del predio afectado,
considerando estas medidas según el eje de línea; debiendo constar también el número de las estructuras de los
vértices.
VIII.1.2.2. Inscripciones registrales. Dentro de los plazos que la autoridad de aplicación establezca, se deberán inscribir de manera preventiva y/o provisoria, la
afectación de las parcelas a servidumbre de electroducto en los correspondientes registros de la propiedad.
Luego se deberá tramitar la aprobación definitiva y registro por la autoridad catastral que corresponda, de la
totalidad de los planos de mensura de servidumbre de
electroducto.
Una vez cumplidos los pasos anteriores se deberán tramitar la totalidad de los Convenios de Servidumbre con
las debidas indemnizaciones. Una vez cumplido se inscribirán en los dominios del Registro Inmobiliario correspondiente. Es decir que una vez finalizada la obra,
la Transportista deberá contar con el acceso legal irrestricto a las propiedades afectadas por el electroducto.
Si se presentaran casos en que ello no fuese posible, se
constituye la Servidumbre de Electroducto y se indemniza a los propietarios por la vía judicial interviniendo
42
en estos casos la justicia federal correspondiente.
VIII.1.2.3. Franja de seguridad del electroducto y restricciones al dominio. Las líneas aéreas de alta tensión que afecten predios rurales o urbanos, restringirán
el dominio sobre una zona del inmueble afectado, de
acuerdo con las siguientes condiciones:
1) En toda la afectación y en una zona cuyo ancho
queda definido por la fórmula siguiente, no se permitirá la existencia de construcciones de ningún tipo, ni se admitirán especies arbóreas cuyo porte
pueda llegar a superar los 2,50 metros de altura. No
se permitirá el emplazamiento de playas de estacionamiento, piletas de natación o cementerios. La circulación de vehículos o maquinarias agrícolas cuya
altura supere, incluida la antena los 4,50 metros de
altura. No se permitirá la instalación de antenas,
mástiles, torres, carteles, etc. No está permitido la
ejecución de obras y/o emprendimientos de cualquier tipo que puedan afectar los drenajes naturales
y puedan producir la erosión del terreno. El ancho
de esta franja, que denominaremos zona de seguridad, tendrá su eje coincidente con el de la línea.
Donde A es el ancho total de la zona de seguridad;
a , la distancia horizontal entre conductores extremos; lc, la longitud de la cadena de aisladores; fmv,
la flecha correspondiente a la hipótesis de viento
máximo; α, el ángulo de declinación de la cadena
de aisladores en la hipótesis de viento máximo, medido respecto a la vertical, y d, la distancia horizontal mínima de seguridad, medida a partir de la
posición del conductor declinado del ángulo α.
El valor de la distancia mínima de seguridad para
132 kV se define en 3,15 m para zona rural y de 4,35
m para zona urbana. Este último disminuido en 1,20
m, es la distancia que se debe respetar desde el conductor declinado hasta la parte más sobresaliente de
la edificación (balcones, aleros, marquesinas, etc.).
2) En zona rural se definen, además, dos franjas adyacentes, “e”, una a cada lado de la zona de seguridad, cuyo ancho para 132 kV es de 5,00 m. En
dichas franjas adyacentes se establecerán restricciones al dominio, permitiéndose la construcción
de viviendas de una sola planta, sin terrazas accesibles ni balcones sobresalientes.
3) Dentro de la zona total definida en los puntos 1 y 2
precedentes, el titular de la servidumbre podrá au-
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torizar la existencia de cualquier otro tipo de construcción (galpones, molinos, tanques, etc.) si, a su
solo juicio, no afecta la seguridad del servicio e
instalaciones de la línea.
4) No se permitirá, dentro de la zona de servidumbre,
la quema de cañas, yuyales, etc., ni el manipuleo
de combustibles.
5) Dentro de las franjas adyacentes no se permitirá la
existencia de plantaciones y/o árboles que en su
caída total o de alguna de sus partes puedan pasar
a una distancia menor de 2,00 m, respecto de los
conductores declinados.
6) La documentación del proyecto de la obra deberá
incluir los limites de los ejidos Municipales y toda
otra información que permitan determinar que sectores de la traza son urbanos y cuales rurales.
Para comenzar, en un tramo entre dos puntos singulares, sacamos la distancia que existe entre ellos en función de los datos de la progresiva de la planialtimetría.
Dicha distancia la dividimos por el vano adoptado en
los cálculos y sacamos la cantidad de vanos que tendremos en el tramo. En caso de que este número no resulte
entero se adopta un vano más. Con la cantidad de vanos
así determinada, se divide finalmente la longitud del
tramo por dicho valor y por lo tanto vamos a obtener un
vano promedio de menor longitud que el de los cálculos, pero la ecuación de la catenaria resultará la misma,
dado que la tensión de tendido resultara siempre la misma en todos los tramos, excepto en aquellos donde hay
condiciones particulares distintas.
7) La distancia entre conductor declinado y un árbol
debe ser mayor de 0,90 m, mientras que en el caso
de un conductor sin declinar y un árbol la distancia
debe ser mayor de 2,65 m.
VIII.1.3. Distribución de postes sobre la planialtimetría. Para realizar la tarea de distribución de los postes,
se confecciona lo que se denomina “plantilla”, tal como
se ilustra en la figura, la cual consiste en una placa
transparente de cualquier material, generalmente se utiliza celuloide. En la plantilla, se marcan los postes en la
posición correspondiente, según surge del cálculo mecánico de los cables, y se practica la forma de la parábola en función de la flecha máxima obtenida. La curva se continúa de manera que pueda alcanzar a vanos
mayores. A la altura correspondiente a la altura libre para la zona en que estamos trabajando, se traza la curva
de la parábola paralela a la anterior. Las escalas a utilizar, responderán a las escalas vertical y horizontal que
se utilizará en la confección de la planialtimetría.
En la figura I-14 se muestra un ejemplo de plantilla para una línea de 132 kV, con disposición triangular simétrica, para un vano de 200 metros, cuya flecha máxima
es de 3,75 metros, ubicada en una zona suburbana con
una altura libre de 7,50 metros. En este caso en particular se utilizó una escala horizontal 1:2500 y vertical
1:250. La distancia 1 indica la altura mínima que se debe respetar sobre cualquier obstáculo que pueda haber
en el vano y es coincidente con la posición del cable inferior. La distancia 2, indica la posición que deberá tener el cable superior, mientras que la distancia 3
representa la distancia entre ménsulas o la distancia de
los cables en el medio del vano (el mayor de los dos).
F igu r a I -14
Con este nuevo valor del vano, se comienza desde la
ubicación del punto singular colocando la plantilla de
manera que el poste se ubique exactamente perpendicular a la línea horizontal de la planialtimetría, de manera
que la curva de la parábola quede siempre por arriba de
la altura libre y en aquellos puntos donde existen accidentes en el terreno y/o líneas de energía o telefónicas,
se deberá verificar las distancias que correspondan. En
caso de que esto no suceda, se deberá colocar un poste
de mayor altura, hasta lograr cumplir dicho requisito.
De esta forma, se completa la totalidad de los postes del
tramo, pudiéndose determinar cuales son los postes que
resultarán necesarios de mayor altura.
En estos casos, hay que recordar que los postes de mayor o menor altura, se toman a escalones de un (1) metro en más o en menos, para lo cual solo hay que hacer
las verificaciones en función de las cargas a las cuales
está sometido.
43
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VIII.22 Ejecución de obra:
VIII.2.1. Ejecución de las Fundaciones. Para la construcción de las cimentaciones de hormigón armado,
como para los materiales componentes, son de aplicación las especificaciones de calidad y procedimientos
constructivos establecidos en el Reglamento CIRSOC
201 en vigencia.
Las dimensiones que resultaren de los cálculos correspondientes, serán consideradas como mínimas en excavaciones y encofrados.
Las fundaciones directas y los cabezales de fundaciones indirectas para estructuras autoportantes deberán
sobresalir del terreno natural un mínimo absoluto de 20
cm en zonas no inundables. Si la zona es inundable deberá analizarse cuidadosamente cada caso en particular
manteniendo siempre una saliente mínima de 20 cm sobre el nivel máximo absoluto de inundación.
En caso de estructuras metálicas, la cara superior de la
parte emergente se diseñará en forma de punta de diamante o inclinada a dos aguas para evitar acumulaciones de agua en el punto de encuentro del elemento
metálico de vinculación con la fundación.
Se puede comenzar con el trabajo de excavaciones para
llenar las fundaciones de hormigón, para las cuales el
mortero se prepara al pie de cada una de ellas, debiéndose trasladar los áridos hasta cada uno de los piquetes,
excepto que se utilice el hormigón preelaborado transportado mediante camiones mezcladores.
Para llenar las fundaciones, se colocan moldes metálicos especiales de dimensiones adecuadas, a efectos que
quede el hueco para colocar posteriormente el poste. El
diámetro del hueco tiene en general cinco (5) cm más
de cada lado que la base del poste, en caso de que el
molde resulte cilíndrico, si es troncocónico igual que el
poste, en la superficie de la fundación se mantiene la
diferencia citada, caso contrario, resulta mayor en igual
valor que la conicidad del poste.
En casos especiales como lechos de ríos permanentes,
temporarios e históricos deberá recurrirse a la ejecución
de una fundación profunda (indirecta).
En estos casos deberá además, incluirse en los estudios
de suelos, un estudio hidrológico de erosión que contemple crecientes históricas, a fin de determinar la máxima erosión esperable.
De cada fundación que se realiza, se extraen del mortero de hormigón probetas normalizadas, que luego son
44
ensayadas para verificar que la calidad del material utilizado responde a las normas IRAM correspondientes.
Se analizarán los estados de carga sobre fundaciones
provenientes del proyecto de estructuras para seleccionar el de máxima solicitación o “determinante”.
VIII.2.2. Montaje de los postes de suspención. Una
vez acopiados los postes y luego de que hayan pasado
28 días de llenadas las fundaciones se pueden montar
los postes en ellas.
Para el montaje de los postes, primeramente se colocan
las ménsulas y/o crucetas y en muchos casos se suelen
colocar las cadenas de aisladores, para lo cual hay que
tener la precaución de asegurarlas convenientemente, a
efectos de evitar que golpeen contra el poste o accesorios. Si ello sucede, se corren riesgos de afectar a los
aisladores, pudiendo aparecer fallas en su aislación.
Para Introducirlos en el agujero dejado por el molde
de la fundación, se utilizan lingas convenientemente
sujetadas al poste, siendo izados mediante hidrogrúa
u otro equipo adecuado. Luego de colocado en el orificio se debe alinear por cualquier método conocido,
el más antiguo es la “plomada”, consistente en un peso sostenido por un cable de acero colocado en una
regleta graduada, donde se tiene en cuenta la conicidad del poste para verificar la alineación. Otro método es utilizando teodolito.
Luego de alineado convenientemente, se asegura colocando cuñas y posteriormente se rellena el espacio vacío con
arena seca hasta una distancia de aproximadamente 0,10
m desde la superficie. Allí se realiza un sello con mortero
de cemento pobre. Esto se realiza a efectos de que si en un
futuro resulta necesario el reemplazo del poste por razones
de mantenimiento, se pica el sello, se remueve el relleno y
luego se puede extraer el poste, permitiendo el uso de la
fundación para colocar un poste nuevo.
En los casos en que se montan los postes sin los accesorios aislantes, en general el montaje se realiza con cuadrillas que trabajan con elementos trepadores y sogas,
sin apoyo de Hidrogrúa por una cuestión de costos, se
complementan solamente con camión para transportar
los materiales a instalar y los elementos de trabajo.
VIII.2.3. Montaje de los postes de retención y/o especiales. En estos casos el procedimiento de montaje
es similar a los de suspensión en cuanto al izado, pero
el armado se debe realizar una vez que están parados los
postes. Colocados los postes en la posición correspondiente en el extremo superior se coloca un separador ar-
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mado con travesaños de madera convenientemente sujetados, a efectos de mantener las distancias de proyecto. Seguidamente, se acuñan los postes en la base y luego se rellenan y se sellan.
El primer paso, es la instalación de los vínculos, los
cuales enhebran por la cima y se llevan hasta la altura
correspondiente, dónde se mantienen apoyados sobre
un cepo de madera, hasta que se termine el fraguado del
mortero utilizado en los sellos. Así se procede uno a
uno con los vínculos y de la misma manera, luego se
instalan las ménsulas y/o crucetas. Por supuesto que para esto, resulta necesario contar con el apoyo de una
grúa, dado el peso de los accesorios. Hay que tener en
cuenta que todos estos accesorios, tienen el huelgo suficiente como para enhebrarlos desde el extremo superior del poste y luego se puedan bajar hasta la posición
que deben ocupar cada uno de ellos.
Una vez fraguado totalmente el material, se comienzan
a colocar las cadenas de aisladores de retención con su
morsetería, a la espera del montaje de los cables.
VIII.2.4. Montaje de los cables. La ejecución del tendido de los cables de energía y de protección, podemos
describirla en los siguientes pasos:
VIII.2.4.1. Montaje de roldanas y enhebrado del cable. Generalmente, el montaje de roldanas y del cable
se realiza en tramos entre retenciones (aproximadamente entre 4 y 5 km de longitud), dependiendo de la
cantidad de cuadrillas que trabajen en la obra, la posibilidad de realizar la ejecución en más de un tramo en
forma simultánea.
El procedimiento consiste en colocar todas las roldanas
del tramo, se enhebra el cable en todas las roldanas, sujetándolo en una de las retenciones, y de la otra se le
aplica una tensión reducida (del orden del 20% del máximo de trabajo), sujetando los cables en forma provisoria. Esto tiene el objetivo de permitir el acomodamiento
de los cables y el acondicionamiento de las hebras.
Lo mencionado en el párrafo anterior se puede realizar en las estructuras de retención no especiales (como
ser cruces de ruta, de ferrocarril, etc.), donde no surgen inconvenientes por tener los cables a alturas inferiores a las mínimas permitidas. En los casos
especiales mencionados, el tramo de cruce hay que
tenderlo y tensarlo a los valores correspondientes, por
ello, cuando en los tramos adyacentes se efectúa el
tensado, a dichas estructuras hay que arriendarlas convenientemente a efectos de que no queden sometidas a
esfuerzos para los cuales no han sido dimensionadas.
VIII.2.4.2. Tensado de los cables. Luego de un tiempo
suficiente (10 a 15 días), comienza la tarea de tensado
de los cables, para lo cual hay que utilizar los valores
surgidos de los cálculos mecánicos. Sobre este tema en
particular, en el Punto IX se desarrolla el tema relacionado con el estiramiento de los cables por estar sometido a una tensión mecánica permanente, por lo cual
corresponde realizar un tendido a una carga mayor rara contemplar dicho fenómeno, a efecto de poder asegurar el cumplimiento de las distancias mínimas luego
de producido el relajamiento de los cables.
La forma de operar es tomar de a una de las fases y
tensarla hasta un valor de 2/3 de la tensión máxima
admisible, para luego hacer lo mismo en la misma fase del tramo siguiente. En este aspecto una de las hipótesis de carga para el dimensionamiento de las
estructuras de retención, contempla la condición de
tendido, por lo cual se encuentra preparado para soportar las cargas derivadas de él. En el caso de la estructura en la cual e tramo siguiente no se tensa, es
conveniente arriendarlo adecuadamente como para
prevenir las posibles cargas extras a las cuales puede
estar sometido y que no pueden ser contempladas en
las hipótesis de carga.
Luego de tensadas las tres fases de un tramo al valor
final, se continúa con el siguiente y así sucesivamente. Esto depende de la cantidad de roldanas que se tengan, si una vez tensado un tramo y estando el siguiente
a 2/3 de la tensión máxima, no se tiene suficiente cantidad de roldanas como para completar el tramo siguiente, hay que realizar el amarrado de los cables en
las morsas de suspensión, para lo cual hay que colocar
previamente el preform rod para luego apretar los bulones de la morsa. Paralelamente se extraen las roldanas las cuales se van colocando en los postes del
tramo siguiente.
Siguiendo el procedimiento, ocurre lo mismo entre los
dos tramos siguientes.
VIII.2.4.3. Verificación de la flecha de los cables. La
flecha de los cables puede realizarse haciendo mediciones con teodolito o distanciómetro, midiendo la
temperatura ambiente en el momento de practicarlas,
con la ecuación de la flecha y la tabla de tendido podemos deter minar la tensión mecánica, pudiendo
realizar una doble verificación. Otro método es el de
la onda de retor no, consistente en Ia medición del
tiempo en que tarda una onda en viajar por el cable
desde una retención hasta la otra una dada cantidad
de veces.
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IX Verificación del tendido de cables
IX.11 Medición de la flecha en el medio del vano
Siempre la medición de flecha se realiza en condiciones
climáticas estables, es decir con poca variación de la temperatura, sin viento y sin cargas adicionales por hielo (en
caso de que existiesen en la zona donde se implanta la línea). Por tal motivo vale la siguiente expresión:
Por esto, realizando el cálculo mecánico y la tabla de tendido para el vano de regulación, se puede obtener las flechas en los distintos vanos componentes del tramo, según
la siguiente expresión:
5
1
También se puede obtener en cualquiera de los vanos en
función de otra conocida.
(g = go peso propio del cable)
La tabla de tendido se confecciona aplicando la ecuación
de estado con solamente los cambios de temperatura
(puede ser con saltos de a 2 o 5 ºC). Esta se realiza para
cada tramo entre retenciones de línea (los cuales existen
un número determinado de suspensiones o no como es el
caso de un cruce que se realiza entre dos retenciones directamente).
Si en un tramo entre retenciones tenemos vanos desiguales por cualquier circunstancia, no se puede calcular la tabla de tendido para todos los vanos, pues la tensión
mecánica en todo el tramo debe ser la misma, porque dé
no ser así se inclinarían las cadenas para lograr el equilibrio de fuerzas. Por este motivo como resulta necesario
realizar el cálculo para un vano característico del tramo,
aparece el concepto de “vano de regulación” y responde
a lo siguiente:
Con este criterio, bastaría entonces para verificar el tendido de un tramo, efectuar la tabla de tendido para un solo vano y medir allí la flecha y la temperatura, para luego
verificar las condiciones de proyecto. No obstante, en
obra muchas veces se imposibilita el ingreso a algún lugar en especial, por lo que se estila hacer la tabla para dos
o tres vanos del tramo que resulten distintos.
Para la confección de la tabla de tendido, hay que considerar que deberá existir en el cálculo mecánico como mínimo una de las hipótesis que contemple uno de los
estados sin viento y sin hielo (por ejemplo el de máxima
temperatura sin viento o el de temperatura media anual
sin viento), tomando ese como básico, aplicando a partir
de allí los correspondientes saltos de temperatura. En estas condiciones la ecuación de estado a aplicar es:
6
2
Con los distintos tx, se sacan las px y por ello se obtiene la
flecha del vano de regulación y luego con este valor podemos obtener la flecha de un vano cualquiera.
n = cantidad de vanos en el tramo.
IX.22 Consideración de la relajación de los cables
Así la tabla de tendido se confecciona para ese valor de
“ar” y por ello para cada temperatura tenemos una flecha:
Todos los cables sometidos a un esfuerzo de tracción, sufren un reacomodamiento de las hebras, produciéndose
un alargamiento de su longitud, alcanzando un valor entre 0,01 y 0,02%, dependiendo del material (Cu, Al/Al,
Al/Ac, etc.) (figura I-15).
3
El alargamiento está dado por la expresión:
Por esto, si las tensiones son iguales en todos los vanos
de cada tramo, tenemos:
7
4
Donde P máx es la tensión máxima esperable posterior al
tendido; Pi es la tensión de tendido; Ei es el módulo de
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elasticidad inicial del cable, valores dados por el fabricante (Tgαi); Ef es el módulo de elasticidad final del cable (Tgαf), y a es el vano
Una forma de lograr esto, es corrigiendo la temperatura
de cálculo, tomando entonces temperaturas menores para el tendido, con lo que estamos compensando el aumento de la flecha.
La dilatación del cable por efecto de la temperatura responde a:
8
Reemplazando el valor de ∈ tenemos lo siguiente:
9
Si hacemos que K = Ei /Ef y multiplicamos por Ei /Ei el
[ ] tenemos lo siguiente:
F igu r a I -15
La transformación que sufre el cable se puede explicar
de la siguiente forma:
Al realizar el tendido con la tensión pi, al aparecer luego
una condición de trabajo más severa donde aumenta dicho
valor a la P máx, sobrepasa la zona elástica. Al volver a la
condición inicial de pi (como otra condición de servicio),
el alargamiento ya no será “A” sino que resultará igual a
“L” porque queda de remanente una deformación AD.
Esto quiere decir que para la ti tiene una flecha fi y luego
de un tiempo y sometido a distintas condiciones de trabajo, la flecha a la misma ti habrá aumentado mientras que
la pi habrá disminuido. Además de esto se ha producido
una modificación en el módulo de elasticidad del cable,
pasando del Ei al Ef. Si se tienen valores mayores o menores de P máx, se tienen rectas paralelas a la BD por lo
que se concluye que Ef resulta constante.
Por lo expuesto, es fácil de entender que resulta necesario
compensar tal fenómeno, a efectos de que el aumento de
la flecha no ponga en peligro el cumplimiento de las distancias mínimas consideradas en el proyecto.
10
Este valor es el que resulta necesario restarle al ambiente
en el momento de realizar el tendido a efectos de contemplar el fenómeno de “relajación de los cables”. Con el dato del fabricante del cable en cuanto a la relación K que
tiene en cuenta los módulos de elasticidad inicial y final
y que dependen exclusivamente de las condiciones de fabricación (tabla I-9).
Por lo expresado la temperatura tara el estado básico a
utilizar rara el cálculo de las tensiones de la tabla de tendido resulta:
Así pues con esta temperatura y utilizando la ecuación
(6) sacamos p, con la (3) obtenemos fr y finalmente con
la (5) sacamos la fi para el vano considerado.
TABLA I-9
Valores de K
Aluminio
7Alambres
0,86
Aluminio – acero
19 a 61
54/7
6/1
30/7
26/7
9/7
12/7
15/19
18/19
0,8
0,75
0,76
0,79
0,80
0,81
0,83
0,90
0,92
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X Criterios de diseño de estructuras metálicas
X.11 Geometría básica
El diseño básico de la estructura comenzará en la parte superior, a partir de los parámetros básicos definidos en el
proyecto eléctrico de la línea de transmisión. La ubicación
de las fases y sus correspondientes distancias mínimas a
tierra permitirán bosquejar la geometría del tramo superior. Se tenderá a obtener la configuración geométrica más
compacta posible. También se definirán los soportes de el
o los cables de guardia, manteniendo su ubicación relativa
a las fases y sus ángulos mínimos de protección.
A efectos de tener en cuenta la realización de mantenimientos con tensión, resulta indispensable que las distancias y forma de los cabezales que resulten del diseño,
contemplen las distancias mínimas de aproximación permitidas por la normativa en vigencia y una configuración
tal que no dificulte el trabajo con tensión.
Cuando se adopten mallas constituidas por diagonales y
contradiagonales, se recomienda diseñarlas para absorber esfuerzos de compresión y tracción, y no como “sólo
traccionadas”. De esta manera se obtienen estructuras
más rígidas.
Para asegurar la apropiada distribución de los esfuerzos,
se evitarán ángulos inferiores a 15º entre barras concurrentes a un nudo.
En general es deseable obtener una disposición de barras
estructurales simple. El objetivo último del diseño es el
de obtener una estructura económica que sea bien proporcionada y estéticamente aceptable.
X.33 Cuadros de rigidez
En una segunda etapa se diseñará la parte inferior de la
estructura. Cuanto mayor sea el ancho inferior elegido
para el tronco, menores serán las cargas sobre las fundaciones y los esfuerzos en los montantes de la estructura,
pero mayores las longitudes y esbelteces de las diagonales y los rompetramos, con el consiguiente incremento
del peso total. Por otro lado, la inclinación de los montantes del tronco es la que controla la porción del esfuerzo de corte global que toman las diagonales. El diseño
óptimo surgirá como resultado del equilibrio económico
entre las dimensiones de las fundaciones y los pesos de
los distintos elementos estructurales. El proyectista deberá evaluar en cada caso si corresponde realizar una optimización técnico-económica a partir del estudio de
alternativas o elegirá una solución conveniente en base a
su experiencia.
En torres de grandes dimensiones de sección transversal
cuadrada o rectangular, a menudo es necesario prever
cuadros horizontales de rigidez para distribuir acciones
globales torsionales entre las caras de la estructura o para disminuir las luces de la flexión horizontal provocada
por la presión del viento actuando sobre una cara.
Según sea el balance entre cargas transversales y longitudinales, la planta de la torre podrá ser cuadrada o rectangular.
En este último caso es recomendable analizar críticamente
si la resistencia longitudinal de la estructura es adecuada,
aún cuando sea capaz de resistir las cargas de diseño.
Como es sabido, las variantes en altura de las estructuras
autosoportadas se obtienen intercambiando las extensiones de patas y agregando extensiones de tronco.
X.22 Reticulados
Una vez diseñadas las siluetas estructurales, se definirán
las triangulaciones interiores. Sus inclinaciones serán las
adecuadas para optimizar los valores de los esfuerzos a
transmitir y para ofrecer a cordones y montantes sustentaciones transversales que permitan mantener sus esbelteces
dentro de rangos adecuados. De ser necesario, se agregarán rompetramos.
En mallas de diagonales es conveniente plantear una variación gradual de longitudes y pendientes de las barras
48
y de alturas de los tramos para obtener dimensionamientos más racionales y económicos.
Estos cuadros también pueden ser útiles para reducir las
longitudes de pandeo de diagonales y travesaños de las
caras fuera de su plano, o para reducir distorsiones de la
torre ante la acción de vientos en dirección oblicua, o por
consideraciones relacionadas con el montaje. En general
es recomendable agregar un cuadro horizontal en los primeros 20 metros de la torre, y otros adicionales para
troncos de altura superior a los 50 metros.
4 Variantes de altura
X.4
El sistema de extensiones debe diseñarse de manera tal
que las extensiones de patas sean “universales”, es decir,
aplicables al tronco básico y a cualquier extensión de
tronco. De esta manera se reduce la variedad de piezas a
fabricar y el tonelaje de los repuestos. Para lograrlo, las
extensiones de tronco deben ser proyectadas con vigas de
adaptación al ancho superior de las patas.
X.55 Criterios de diseño de barras, elección de los materiales
La calidad del material de perfiles y chapas a utilizar es
el especificado respectivamente en las normas IRAMIAS U-500/503 e IRAM-IAS U500/42.
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Se recomienda seleccionar no más de dos calidades diferentes de acero estructural en un determinado proyecto:
un acero de alta resistencia para las barras sometidas a solicitaciones que permitan desarrollar tensiones elevadas,
como tracción o compresión en el rango de pequeñas esbelteces y un acero de resistencia normal para el resto de
los elementos estructurales. En algún caso puede decidirse la utilización de acero de alta resistencia para rompetramos que, por poseer pequeñas pendientes, puedan estar
sometidos a flexiones locales durante el montaje.
Es habitual la elección de materiales de calidad F36 o similares como aceros de alta resistencia y de calidad F24
o similares como aceros de resistencia normal.
Es altamente inconveniente diseñar, dentro de una misma
estructura, barras de igual sección transversal y diferente calidad.
Se considera aceptable el uso de perfiles ángulo de alas
desiguales sólo cuando pueda justificarse que el diseño
así logrado es más eficiente que al adoptar ángulos de
alas iguales.
X.5.1 Dimensiones mínimas. El espesor mínimo de
los elementos estructurales será de 3 mm para perfiles y de 5 mm (o 3/16”) para car telas de nudo. Para
barras principales tales como cordones de crucetas y
ménsulas o montantes de troncos y bases se recomienda no utilizar espesores inferiores a los 5 mm (o
3/16”). Precauciones adicionales deberán ser adoptadas en el caso de barras que trabajen en contacto con
el terreno.
X.5.2.3. Rompetramos
X.5.2.4. Barras sólo traccionadas, en general
X.5.2.5. Barras principales sólo traccionadas (p. ej.,
cordones superiores de ménsulas)
X.5.3. Propiedades de la sección transversal. En los
casos en que no se especifique la sección transversal
neta, las propiedades estáticas de la sección transversal
se calcularán en base a la sección bruta, sin descuento
alguno por agujeros. La sección transversal neta se define más abajo.
X.5.4. Compresión.
X.5.4.1. Tensiones límites. La tensión límite de compresión F a , sobre la sección transversal bruta, de barras solicitadas a compresión axial será:
El ancho mínimo del ala de perfiles angulares será de
35 mm. Para barras principales se recomienda no utilizar anchos inferiores a 50 mm.
X.5.2 Esbelteces máximas. Limitaciones de esbeltez
de las barras estructurales.
X.5.2.1. Barras sometidas a esfuerzos de compresión,
en general:
Donde F y es la tensión límite de fluencia del acero en
Mpa ; E es el módulo de elasticidad longitudinal del
acero (205000 MPa), y L, K y r ya fueron definidos.
Donde L es la longitud de pandeo, K es el factor de
longitud efectiva y r , el radio de giro de la sección
transversal.
X.5.2.2. Montantes de troncos y bases
X.5.4.2. Influencia de la relación ancho espesor del ala.
La relación w/t, donde w es el ancho efectivo y t es el
espesor del ala del perfil angular no deberá exceder de
25. El ancho efectivo se obtiene descontando, al ancho
total de ala, el espesor y el radio de curvatura interno
de laminación. Si w/t excediera el valor límite (w/t)lím
definido en la siguiente expresión, deberán ajustarse
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las fórmulas de cálculo de la tensión límite de compresión mediante el reemplazo en aquellas de la tensión
límite de fluencia F y por la tensión crítica F cr.
e) Para barras parcialmente restringidas contra rotaciones en un extremo del tramo:
X.5.4.3. Cálculo de Fcr. La tensión crítica F cr se obtendrá de las siguientes expresiones:
f) Para barras parcialmente restringidas contra rotaciones en ambos extremos del tramo:
X.5.4.4. Determinación del factor K. El factor de longitud efectiva K se determinará como se detalla a continuación:
a ) Para barras con carga centrada en ambos extremos
del tramo entre restricciones:
b ) Para barras con carga centrada en un extremo y excentricidad normal constructiva en el otro, del tramo entre restricciones:
c) Para barras con excentricidad normal constructiva
en ambos extremos del tramo entre restricciones:
d ) Para barras no restringidas contra rotaciones en
ambos extremos del tramo:
50
Toda unión de un único bulón, ya sea en un extremo de
la barra o en una vinculación intermedia, no constituye
restricción alguna contra rotaciones. Una unión constituida por dos o más bulones y diseñada de forma de minimizar las excentricidades constructivas, puede ser
considerada como restricción parcial en el caso de que
conecte dicha barra a otra con capacidad de resistir las
rotaciones del nudo.
X.5.4.5. Casos particulares de cocientes L/r. En barras
con vinculaciones intermedias coincidentes en ambas
caras (por ejemplo montantes de troncos con mallas de
nudos coincidentes), la longitud L será la correspondiente al tramo intermedio más largo en el que esté dividida la barra y el radio de giro r a considerar será el
mínimo de la sección transversal de la barra (r zz).
a ) En barras con vinculaciones intermedias no coincidentes en ambas caras (por ejemplo montantes
de
troncos con mallas no coincidentes), el
cociente L/r a considerar será el mayor entre
Donde Lzz es la longitud del tramo intermedio más
largo en el que está dividida la barra; Lxx es la máxima distancia entre vinculaciones sucesivas en
una sola cara de la barra, y r xx es el radio de giro de
la sección transversal de la barra respecto de un eje
paralelo a una de sus caras.
b ) Si en este último caso existieran vinculaciones
coincidentes en ambas caras, cada cuatro tramos
como máximo, el cociente L/r a considerar podría
reducirse al mayor entre
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Lzz
rzz
y
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Lxx
rxx
a ) En mallas reticuladas constituidas por una diagonal
y una contradiagonal vinculadas en su punto de
cruce, podrá considerarse éste como una restricción
parcial al pandeo fuera del plano de la barra comprimida, siempre que el esfuerzo de la barra traccionada sea igual o mayor al 60% del esfuerzo de la
comprimida. El cociente L/r será el mayor entre
se desarrolle en ambas alas del perfil angular e igual a
0.9 F y, en el caso de que solamente esté unida un ala. Si
el ala unida es la menor de un angular de alas desiguales,
para el cálculo de la sección neta deberá considerarse al
ala no conectada como si fuera igual a la unida. Las excentricidades constructivas normales ya están tenidas en
cuenta en estas tensiones límites.
Riendas: la carga límite de tracción de riendas será
igual al 65% de la carga de rotura del cable adoptado.
X.5.6. Flexión. En el caso de que se presente este tipo de
solicitación se recomienda la adopción de los criterios
establecidos en el apartado 4.14 del Manual 52 del
A.S.C.E.
Donde L1 es la semilongitud mayor de la diagonal o
la máxima distancia entre el punto de cruce y uno
de los extremos de esta; L2 es su complemento.
X.5.4.6. Rompetramos. Se recomienda que los rompetramos tengan una capacidad portante mínima a esfuerzos
de compresión y tracción equivalente al 2% del máximo
esfuerzo de compresión de la barra cuya longitud de pandeo restringe. Deberá prestarse atención a la posibilidad
de que aparezcan esfuerzos reales en los rompetramos,
como consecuencia de excentricidades constructivas de
barras principales no previstas en el sistema geométrico
considerado para el análisis estructural. Esta situación
suele presentarse en las caras de ménsulas de conductores y soportes de cables de guardia.
X.5.5 Tracción. Sección transversal neta: la sección transversal neta An es igual a la sección transversal bruta Ag,
menos los descuentos correspondientes a agujeros o
aberturas existentes en la sección considerada. Si existiera una cadena de agujeros sobre una línea diagonal o quebrada, el ancho neto del elemento se determinará restando, del ancho bruto, la suma de los diámetros de todos los
agujeros de la cadena y sumando, para cada espacio entre ellos, la cantidad s2 /4g, donde s es la componente
longitudinal y g la transversal de aquel espacio. La sección An es, en ese caso, el valor correspondiente al menor
ancho neto obtenido de las diferentes cadenas de agujeros que fuera posible plantear. El espacio entre dos agujeros que están en diferentes alas será igual a la suma de
las distancias, desde cada uno de ellos hasta la arista común de ambas alas, menos el espesor. Los agujeros correspondientes a bulones deben considerarse 1,5 mm mayores que el diámetro nominal de aquellos.
Tensiones límites: la tensión límite de tracción F t sobre
la sección transversal neta de barras solicitadas a tracción centrada será igual a F y, en el caso de que la unión
X.5.7. Corte. En el caso de que se presente este tipo de
solicitación se recomienda la adopción de los criterios
establecidos en el apartado 4.15 del Manual 52 del
A.S.C.E.
X.5.8. Esfuerzos combinados. En el caso de que se presente este tipo de solicitación se recomienda la adopción de los criterios establecidos en los apartados 4.12
y 4.13 del Manual 52 del A.S.C.E.
6 Criterios de diseño de uniones, elección de los
X.6
materiales
Las uniones entre las barras deberán ser proyectadas de
forma tal que las excentricidades en la transmisión de los
esfuerzos sean mínimas. Las uniones se harán con bulones de cabeza hexagonal. La soldadura sólo será admisible en los casos particulares en que sea imposible el uso
de bulones. No se proyectarán uniones soldadas en obra.
Se recomienda la selección de no más de dos diámetros
distintos de bulones en cada tipo de estructura.
La calidad del bulón responderá a la norma IRAM 5214 o a
normas internacionales de reconocido prestigio. Se recomienda la selección de bulones de calidad superior o, al menos, igual a la clase de resistencia 4,6 de la citada norma.
X.6.1. Corte. La tensión límite de corte Fv, sobre la sección efectiva del bulón, será igual a 0.62 Fy donde Fy es
la resistencia nominal última del material del bulón. La
sección efectiva del bulón coincide con su sección transversal bruta si la rosca está excluida del plano de corte o
con la sección del núcleo de la rosca en caso contrario.
X.6.2. Tracción. La tensión límite de tracción Ft sobre la
sección resistente del bulón será igual a 0,6 Fy. La sección resistente del bulón As puede ser calculada mediante la expresión:
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2
As =
π ( d − 0, 974 P)
4
Donde d es el diámetro nominal del bulón y P , el paso
de la rosca.
En caso que se presenten esfuerzos simultáneos de corte, la tensión límite deberá ser corregida de acuerdo a la
siguiente fórmula:
una vez ya colocadas. El espesor de las cartelas será, al
menos, 1,5 mm mayor que el mayor espesor a unir.
Las barras permanentemente traccionadas se detallarán
más cortas que las longitudes teóricas necesarias. Las barras de 4 metros de longitud o menos se detallarán 3 mm
más cortas. Las barras mayores se detallarán más cortas
en 3 mm más 0,5 mm por cada metro adicional o fracción. En el caso de que estén empalmadas, se adicionará
1 mm de reducción por cada empalme solapado o 1,5 mm
cuando el mismo se realice por medio de cubrejuntas.
8 Obstáculo antisubida (antiescalante)
X.8
Donde F t(v) es la tensión límite de tracción corregida
por influencia del esfuerzo de corte y fv es la tensión de
corte sobre el área efectiva. F t y F v ya fueron definidas.
X.6.3. Aplastamiento. La tensión límite de aplastamiento, calculada como el esfuerzo de corte en un bulón, dividido por el producto de su diámetro por el espesor del elemento conectado, será igual a 1,5 Fu del
elemento conectado o del bulón.
X.6.4. Dimensiones mínimas. Los bulones estructurales deberán tener un diámetro mínimo de 12 mm. La
longitud debe ser tal que, después de apretada la tuerca, quede una longitud libre de unos tres filetes de rosca. La distancia al extremo de una barra con esfuerzo
desde el eje del bulón será, como mínimo, igual a 1,8
d, siendo d el diámetro del bulón. La distancia entre
centros de bulones no debe ser inferior a 2,4 d. La distancia entre el eje de un bulón y el borde del perfil no
debe ser inferior a 1,2 d, para borde laminado, o 1,4 d
para borde cortado. El diámetro del bulón deberá ser
compatible con el ancho de ala del perfil unido.
X.77 Criterios de diseño de los detalles constructivos
El diseño de los detalles constructivos buscará, como criterios, la sencillez, la facilidad de montaje y la multiplicación de piezas comunes. Las piezas deben disponerse
de modo tal que no acumulen agua de lluvia. Si esto no
es posible, se preverán agujeros de drenaje. Las diagonales cruzadas se abulonan en su intersección. Si las superficies de contacto no estuvieran en el mismo plano, se
agregarán suplementos. La máxima longitud de cualquier pieza aislada será tal que permita el galvanizado en
un solo baño. Debe también admitir su manipuleo y
transporte sin que se produzcan deformaciones permanentes debidas a su peso propio.
Se recomienda evitar en lo posible cartelas de unión. Se
diseñarán, cuando sean necesarias, evitando aristas libres
52
En el diseño de las torres se deberá tener en cuenta que
deben colocarse en todos los soportes que se instalen en
zonas urbanas, suburbanas y rurales con población cercana a las instalaciones, obstáculos antisubida de acuerdo a
la Resolución ENRE 0033/2004 y demás normativas que
de ella se desprenden.
9 Métodos de diseño de estructuras metálicas
X.9
X.9.1. Análisis de cargas. El cálculo de las cargas gravitatorias y de viento sobre la propia estructura podrá
realizarse reemplazando las cargas distribuidas sobre
los diferentes sectores, por un conjunto de cargas concentradas equivalentes, aplicadas en nudos. Para el cálculo del viento transversal sobre la cruceta se tomará
del área proyectada correspondiente y el 15% del área
frontal, lo que sea mayor. El proyectista deberá detectar y analizar condiciones particulares de carga que
puedan ser determinantes:
• Desbalanceos provocados por el desmontaje de uno o
más conductores o cables de guardia.
• Ausencia de una terna completa en el caso de estructuras de soporte de doble terna; combinaciones de cargas
transversales inferiores a las máximas que pudieran ser
determinantes en algunas diagonales.
• Diferencias entre vanos gravantes y vanos eólicos.
• Viento en dirección oblicua sobre estructuras altas.
• Esfuerzos torsionales sobre estructuras de retención
por diferencias entre las dimensiones de los vanos adyacentes.
• Tiros con componentes verticales hacia arriba sobre
estructuras de retención o terminales; etc.
A fin de evitar la propagación de fallas a través de los
cables de guardia, los soportes de cables de guardia deberán resistir cargas longitudinales, por lo menos, 15%
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más grandes que las del resto de la estructura. A partir
del conocimiento de las operaciones de montaje, tendido de cables, flechado y mantenimiento, se establecerán
estados de carga convencionales para lograr adecuadas
condiciones de seguridad para las vidas de los operarios.
Toda barra que por ser horizontal o de escasa pendiente
pueda ser usada por los operarios para escalamiento o
apoyo durante las tareas de mantenimiento, deberá ser
verificada a flexión con una carga vertical de 1,5 kN
aplicada en su centro.
X.9.2. Análisis estructural. El análisis estructural se
realizará utilizando cargas últimas. Los coeficientes de
seguridad a emplear serán:
• 1,5 para cargas normales
• 1,09 para cargas extraordinarias
Para el cálculo de las solicitaciones en las barras se recomienda adoptar la hipótesis de reticulado ideal, es decir,
suponer que las barras están articuladas en los nudos.
Los resultados de un análisis estructural realizado mediante programas de computación, normalmente, depen-
den de las secciones transversales adoptadas en el modelo de cálculo. Un cambio en estos valores puede determinar una distribución diferente de los esfuerzos entre los
elementos estructurales. El proyectista deberá ser cuidadoso en su estimación previa de secciones e incluso deberá estar dispuesto a corregirla cuando quede desvirtuada
por las secciones resultantes del dimensionamiento. En
otros casos deberá elegir, en forma deliberada, secciones
menores o mayores a las reales para compensar efectos
que el modelo matemático no está en condiciones de evaluar, como juego de bulones o flexibilidades de detalles
constructivos.
Un análisis de primer orden es normalmente adecuado
para la mayoría de las estructuras autosoportadas.
X.9.3. Dimensionamiento. El dimensionamiento de
barras y uniones se hará de modo que las tensiones últimas calculadas no excedan los valores límites establecidos en 5 y 6.
X.9.4. Ensayos de prototipo. En el caso de estructuras
numerosas, es conveniente realizar ensayos de prototipo con el objeto de ajustar y perfeccionar el diseño.
XI Criterios de diseño de estructuras tubulares de acero
XI.11 Diseño
Las estructuras podrán estar constituidas por tubos de
sección circular o poligonal regular de acero. Los tubos
podrán ser del tipo sin costura o podrán fabricarse a partir
de hojas y chapas de acero roladas o plegadas para obtener la sección circular o poligonal y soldadas longitudinalmente o por acoplamiento por el enchufe de tramos
cónicos. El proceso de plegado deberá ser tal de obtener
una única presión en toda su longitud.
En los postes de acero pintado que utilicen bulones para
el montaje, deberá garantizarse una correcta continuidad
eléctrica entre morsetería, estructura y puesta a tierra.
XI.22 Materiales
La calidad mínima de las chapas para las estructuras será F24. El espesor dependerá del procedimiento de soldadura
pero no será inferior a 4 mm. Los elementos o tramos empotrados en el hormigón tendrán un mínimo de 6,35 mm.
El fuste se diseñará en varios tramos unidos entre si por
medio de sectores troncocónicos soldados, o podrán ensamblarse por medio de unión telescópica, siendo en este
caso el solape no inferior a 1,5 veces el mayor diámetro
interior de las partes en correspondencia. En ambos lados
del solape, los apoyos estarán equipados con placas soldadas de anclaje para facilitar la aplicación de la tracción
necesaria para la unión de los elementos que componen
el fuste.
La ejecución, procedimiento, calificación e inspección de
las uniones soldadas responderán a las especificaciones
de la Norma ANSI/AWS de aplicación. Las soldaduras
longitudinales del fuste se deberán realizar empleando
procesos automáticos y de penetración completa.
Todas las estructuras deberán suministrarse con una placa soldada en la cabeza de la misma. Las ménsulas serán
tubos de sección circular o poligonal regular y deberán
ser desmontables. El diseño de las mismas deberá ser de
forma tal de reducir al mínimo el impacto ambiental.
Los postes deberán ser provistos totalmente terminados
en fábrica, de manera tal que no sea necesario realizar tareas posteriores de mecanizado, soldaduras, recubrimientos protectores, etc. Dependerá del tamaño para que
el tratamiento superficial sea galvanizado o pintado.
XI.33 Soldadura
4 Tratamiento superficial
XI.4
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En el caso de galvanizado, todos los materiales salvo la
tornillería responden a la norma ASTM A 123 y Norma
IRAM 121. Los pernos, tuercas y arandelas se galvanizan según la Norma ASTM a 153. El tramo inferior del
fuste se protege, además del galvanizado, en su parte exterior al nivel del suelo con pintura bituminosa.
Los soportes pintados, responderán entre otras exigencias:
• Limpieza y preparación de superficies
• Esquema y Tipo de pinturas y diluyentes
• Metodología de aplicación, colores, espesores
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• Control de pinturas y del esquema
• Ensayos
• Protección de superficies pintadas
XI.55 Implantación de las estructuras
Las estructuras podrán implantarse por el método de placa base con pernos de anclaje empotrados en el macizo
de hormigón de la fundación o por empotramiento directo en el macizo de hormigón de la fundación.