Cimentaciones
de soportes para líneas de transmisión
Juan Bautista – Profesor Principal Profesor Principal
Bibliografía
Bibliografía
Cimentaciones
Principios
Tipos de cimentaciones
Características Principales
Cimentaciones fraccionadas
Cimentaciones fraccionadas
Cimentaciones fraccionadas
Cimentaciones fraccionadas
Ubicación de las cimentaciones en la Torre
Cimentaciones fraccionadas
Cimentaciones Armadas
Algunos detalles
Para la cimentación con stub Fuerza up lift
La estabilidad de la cimentación está garantizada por el peso de concreto y el peso del cono de tierra sobre el concreto
Peso
Fuerza up lift
Para la cimentación con stub
Peso Total
La estabilidad de la cimentación está garantizada por el peso de concreto y el peso del cono de tierra sobre el concreto
Para la cimentación con bloque de concreto
Fuerza up lift
Fuerza “up lift”
La estabilidad de la cimentación está garantizada por el peso de concreto y las fuerzas de fricción del bolque y el terreno
Fuerzas de fricción Peso Total
Peso Total
Método de Valenci (Francés)
Método Francés o de Valenci
• El método es aplicado a los macizos de concreto.
• En la figura, F es la fuerza que tiende a volcar al soporte.
• Se oponen al volcamiento: la estabilidad
del poste y su macizo, más la resistencia del terreno que rodea al macizo.
• El Método admite que el macizo gira
alrededor de la arista B, por lo que en consecuencia, el terreno en el fondo es indeformable.
Método Francés o de Valenci •
la estabilidad propia del conjunto poste y macizo es
M
En la práctica, esto no ocu rre exactamente, debido a que el terreno en el fondo es compresible y por ello la rotación d el bloque de concreto, por ser el terreno elástico, cede por la influencia de la presión que se reparte sobre una porción mas o menos grand e de la superfi cie de terreno. Para tener en cuenta lo expuesto, si max es la presión máxima admisible en el fond o y si b es el ancho del macizo; entonc es la estabili dad total es:
M 1
Así m ismo el métod o ad mite qu e el ter ren o es d espro vis to de coh esión (pu lver ul ent o). La cara AB, está sometida al empuj e R1 La cara CD recibe el empuj e R2 M 2 (R1 Amb os empuj es apl icado s a t/3 si end o t l a prof un di dad del maci zo. En consecuenci a, el Momento result ante de la acción del terreno es:
Si hacemos:
Siendo la densidad del terreno y deslizamiento de la tierra.
el ángulo de
En consecuencia la condición de equilibrio será:
C
R2 )
2
kg m
2
P
2
(a
t
bt 3
3
6
4P ) 3b max
tg 2 (
kg m
) tg 2 ( ) 4 2 4 2
2 tg ( ) tg 2 ( ) 6 4 2 4 2
M 1 M 2 P
Pa
(a
M volteo
4P 3b max 10
4
) Cbt 3
F (h t )
Método Francés o de Valenci: característica de los terrenos
TERRENO
Arena Gruesa Arena fina Tierra húmeda Arcilla Seca Arcilla Húmeda Tierra Muelle (de fácil trabajo) Media
Tierra Muelle (de fácil trabajo) Fuerte
(Ton/m 3)
( Sexag.) °
C (kg/m 3)
30°
1,5
670
16°
1,4
280
36°
1,6
960
30°
1,6
720
22°
1,8
520
48°
1,6
2000
55°
2,0
3000
Datos obtenidos de el libro “REDES ELECTRICAS DE ALTA Y BAJA TENSIÓN”, Gaudencio Zoppetti Júdez. Editorial Gustavo Gili SA. Barcelona 1978
Método Francés o de Valenci: característica de los terrenos
En general :
2000 C 3000
kg / m
Las Presiones máximas admisibles son generalmente: TIPO DE TERRENO
Tierra muy fuerte
max
(kg/cm 2)
3,00
Tierra media
2,0 a 2,5
Tierra húmeda
1,0 a 1,5
3
P PesoCadenas Accesorios PesoPoste Crucetas PesoMacizo P1 P2 P P 1
Método Francés o de Valenci: Caso del Poste y macizo
2
Si el Cubo es de dimensiones abt (m 3), entonces:
P P1
Pe abt
De tal manera que P e es el Peso específico del Concreto, que para cimentaciones es recomendable que: P e = 2200 kg/m3. En consecuencia: P P 1 2200abt
kg
Por tanto la condición de equilibrio será:
P1 2200abt 4( P1 2200abt ) Cbt 3 F (h t ) a 4 2 3b max 10 Si a = b, sección cuadrada del macizo:
P1 2200 a 2 t 4( P1 2200 a 2 t ) a Cat 3 F (h t ) 4 2 3a max 10
Por ejemplo, si
P1
PesoCadenas Accesorios PesoPoste Crucetas 150 3200 3350
max =
2,0 kg/cm2 (Tierra Húmeda) C = 2000 kg/m 3 Para Tierra Húmeda (obtenida de Tabla) F = 900 kg h = 16 m
kg
Si reemplazamos en la condición de equilibrio:
1675 1100 a
2
0,4455 0,2933a 2 t ) 2000 at 3 900(16 t ) t a 2a
si t = 1,5 m de profundidad, obtenemos:
1675 1650 a
2
0,4455 0,43995a 2 ) a 6750 a 15750 a 2
Bastará encontrar el valor de a que cumpla con la desigualdad.
Si
a 1,5m 15628,53
15750
Será entonces necesario ajustar el valor de a hasta que la desigualdad sea verdadera, de tal manera que obtendremos dimensiones del macizo:
axaxt
1,6 x1,6 x1,5
m3
Cimentaciones pra Torres
Términos Básicos para Líneas de Transmisión: Pata, Montante, Puntón y Corta‐tramos
Montante
Puntón
Corta‐tramos
Términos Básicos para Líneas de Transmisión: Patas + y ‐
Patas ‐
Patas +
Mecánica de Torres - Fuerzas Involucradas: Compresión en las 4 patas – Torres de Tensión Fuerzas Involucradas: 1. Vano de Peso:
Vertical Peso del conductor tributario a la
torre. 2. Vano de Viento: Fuerza estática ejercida sobre el conductor, ráfaga máxima ajustada según ASCE 74
Horizontal
Mecánica de Torres - Fuerzas Involucradas: Tensión en las 2 patas – Torres de Angulo Fuerzas Involucradas: 1. Vano de Peso:
Vertical Peso del conductor tributario a la torre.
2. Vano de Viento: Fuerza estática ejercida sobre el conductor, ráfaga máxima ajustada según ASCE 74 3. Ángulo de Línea: Componente Horizontal de la tensión causada por el ángulo.
Horizontal
Mecánica de Torres - Fuerzas Involucradas: Tensión en las 2 patas – Torres de Angulo T
T1 Ángulo de Línea
β
2 T sin(β)
Otros Factores: Desbalances de vanos Conductores rematados
T2
T
Mecánica de Torres - Fuerzas Involucradas: Tensión en las 2 patas Torres de Remate
Estructuras de Cimentación que deben soportar ambos tensión y compresión
El diseño de cimentaciones para torres es generalmente controlado por la condición de tensión.
Cimentación Tradicional - Parrillas
En algún lugar bajo el agua
Cimentación Tradicional - Parrillas
FS Tensión = W Suelo / F Tensión > 2,00 FS Compresión = q Parrilla / q adm > 2,00 Fricción del suelo como factor adicional
Para una TRF, H = 3,90m y B = 3,35m Control de aguas Compactación de Suelo a 14.7kN/m3
Cimentación Tradicional Tradicional - Parrillas Excavacion: 1‐3 días Armado parrilla: Nivelación: 1 día Fraguado: Compactación: días
Recursos: •Personal Liniero •Compactadora •Maquinaria de excavación •Lastre o material de sustitución
1 día 1 día 3
Datos Derivación Tejar
Cimentación Tradicional Tradicional - Parrillas Parrilla Ahogada parcialmente en Concreto: La carencia de patas apropiadas forzaron el uso de una pata más corta. Se recomendó ahogar la parrilla en concreto. Torre 61 LT Rio Macho – Macho – El Este
Cimentació Cimentación n Alternativa Alternativa - Stubs Stubs Punto P1 Aletas: Cantidad y dimensiones determinadas por diseño
Penetración Vertical Adherencia Concreto – Acero
Pilote por Fricción
Cimentación Alternativa - Stubs Fluencia de Angular Stub: Según AISC Tabla 5‐2, si Ae/Ag < 0.745 la fluencia a tensión rige sobre la ruptura a tensión.
Transferencia a Aletas: Mediante perno(s) por cortante. Según ASCE 10, para pernos ASTM A394 y 490 se debe usar la resistencia especificada en norma.
Vn 0.62 Fu x t
Fy 30.85 f 'c
Espaciamiento de Aletas: Según norma ASCE ‐10, el espaciamiento entre aletas es de 2 veces la longitud de pata del angular
Transferencia a Concreto: Mediante perno(s) por cortante.
x r t t
Fy
1.4 0.85 f ' c
Cimentación Alternativa - Stubs Eslabón crítico: Arrancamiento en Concreto Según ACI 318 Apéndice D, la resistencia básica al arrancamiento es: 3
Nb kc f ' c (hef ) 2
Para el arrancamiento de aletas sucesivas: Se toma el fondo del prisma superior como límite del prisma inferior, entonces:
hef = Separación entre
aletas La resistencia es:
N cb
Anc
Anco
ed , N c, N cp, N Nb
Anc: Área proyectada de la superficie de falla.
Anco: 9*hef2 o área de pilote
Losas Flotantes TSL2‐230D LP 6790 LT Cañas – Guayabal Derivación El Viejo Dimensiones aproximadas 8,00m x 8,00m x 0,60m
Losas Flotantes TAEL2‐230D LP 7271 (70m de altura) LT Cahuita – Sixaola Torre 124 Dimensiones aproximadas 25,50m x 25,50m x 0,65m
Elevación Adicional La torre se elevó utilizando pedestales de concreto + 4,00m Stubs con penetración vertical de 2,80m Excavación: 3 días Traslado: 1 día Refuerzo: 1 mes Colado: 3 días 400m3 de concreto
Losas Flotantes
Modelación Mediante Resortes Multi‐lineales
Pilotes por Fricción Diámetro de Perforación determinado por equipo de perforación. (1,00m) Perforación: Colado: Armadura: Concreto: Acero:
Profundidad de Pilotes: TSP2‐230D: 4,40m TSL2‐230D: 3,80m Stubs TSL2 P. Vertical =1800mm, 4 aletas L110x110x9 Stubs TSP2 P. Vertical = 2200mm, 4 aletas L120x120x9,5
1 día. 2 días 1 Mes (para 88 pilas) 14m3 / torre 380 kilos / torreACI
543
Pilotes por Fricción Datos de Refuerzo Pilote TSP2: 10 varillas #7 Aros #3 @ 10cm Datos de Refuerzo Pilote TSL2: 8 varillas #7, Aros #3 @ 10cm
Pedestal Torre 124 LT Cahuita – Sixaola 32 varillas #8, aros #4 @ 10cm
Stubs con RCC o Concreto Hidráulico
Stubs con Micropilotes
Stubs con Micropilotes
La torre se ancla a una estructura de concreto mediante sus stubs. 1.
1.
Se transfiere la carga a los micropilotes.
Los micropilotes transfieren la carga al suelo, ya sea de tensión o compresión mediante adherencia al suelo cohesivo o fricción a suelo granular. 1.
Proceso Multidisciplinario, ingeniería geotécnica, ingeniería estructural, topografía, geología y geofísica e ingeniería en construcción. 1.
1.
No hay una solución de cimentación única para todo tipo de terrenos.
Las parrillas no funcionan en todas las condiciones donde actualmente se construyen las líneas de transmisión. 1.
La solución más barata de punto de vista de materiales no necesariamente es la solución viable debido múltiples factores. 1.
No se debe de cerrar el debate en lo que concierne a las nuevas tendencias y alternativas de cimientaciones. 1.
Cargas aplicadas al soporte
Momento de Volteo en el soporte
Momento de Volteo en el soporte
Momento de Volteo en el soporte
Momento de Volteo en el soporte
Para las retenidas (vientos)
Retenidas en los soportes
Prueba de tensión en campo
Tipo de Cimentaciones para Para Torres
Cimentaciones para Torres Básicamente existen cuatro tipos de fundaciones:
• Parrilla de acero • Zapata de concreto • Bloque de concreto • Anclaje de roca
Parrilla de acero La parrilla semeja a una zapata de concreto, ya que esta parrilla esta formada por un conjunto de perfiles. La resistencia de arrancamiento de este tipo y sus variedades depende directamente del peso del suelo colocado sobre la parrilla y el ángulo de talud del suelo. La ventaja de este tipo es que se puede adquirir conjuntamente con la torre de acero.
P A R R IL L A
D E
A C E R O
Parrilla de acero
Parrilla de acero
Parrilla de acero
Parrilla de acero
Parrilla de acero
Nivelación de Parrillas de acero
Relleno y compactación de Parrillas
Parrilla de acero
Parrilla de acero
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto Esta formada por una zapata y un fuste (columna) donde esta embebido el stub que es el que empalma a la montante de la torre, también en esta se pueden obviar la zapata y solamente lleva un fuste, esta cimentación, es una por cada pata de la torre.
STUB
STUB
FUSTE
ZAPATA
ZAPATA DE CONCRETO
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Stub. Suelo Tipo II Estructura Tipo “S”
Stub. Suelo Tipo II Estructura Tipo “S”
Stub. Suelo Tipo III Estructura Tipo “S”
Ubicación del Stub en ambos tipos de terreno
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Nivelación de stub
Nivelación de stub
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Zapatas de Concreto
Bloques de Concreto
Bloque de Concreto Es un bloque donde están las cuatro stub de la torre embebidas en el bloque.
BLOQUE DE CONCRETO
Bloques de Concreto
Bloques de Concreto
Bloques de Concreto
Bloques de Concreto
Bloques de Concreto
400 kV DC Cruce de un lago con un gran vano
Anclaje en roca Son usados cuando se tiene una roca viva, sin ninguna fisura, el stub va anclado directamente a la roca.
ANCLAJE EN ROCA
LT 60 kV Nazca ‐ Puquio
Cimentaciones empleadas en el la construcción de la LT 60 kV Nazca ‐ Puquio
En Postes de Madera
Tipos de Terreno
Tipos de Cimentación para cada estructura y tipo de suelo
Cimentación tipo CM1
Cimentación tipo CM2
En terreno normal y arena
En terreno inundable
En roca
Cimentación Postes de Madera
Cimentación Postes de Madera
Postes de madera
Cimentaciones de Postes de madera
Cimentaciones de Postes de madera
Cimentaciones Cimentaci ones de Postes de madera
Cimentaciones Ciment aciones de Postes de madera
Cimentaciones Cimentaci ones de Postes de madera
Protección estructuras de madera
Cimentaciones para Postes de Concreto
Cimentaciones para postes de concreto
Cimentación de concreto para dos postes
Cimentaciones en concreto en sitio
CORTE C- C
Cimentaciones en concreto en sitio
C
C
PLANTA
Cimentación prefabricada
Cimentación prefabricada
Cimentación prefabricada
Cimentaciones para postes de concreto
Cimentaciones para postes de concreto
Para Postes tubulares
Cimentación final poste tubular metálico
Cimentación final poste tubular metálico
Cimentación de diseño particular