Universidad César Vallejo Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica Análisis de nodos de una torre 4BR2 en el el programa solidor!s Autores: "ncina #uaman$ %losmel &orales lujan$ 'saldo Risco (lvare)$ Ra*l
Asesor: Ing+ ,onorio Acosta$ -aime
Trujillo, Perú 2014
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks !"I#E I./R'0UCCI'.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1 A./"C"0"./"+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ A./"C"0"./"++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 4 R"A%I0A0 3R'B%"&(/ICA+++++++++++++ 3R'B%"&(/ICA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++ 'B-"/IV'5+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ &ARC' /"'RIC'+++++++++++++++++++++++++++++++++++++ /"'RIC'++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++ 6 7
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks !"I#E I./R'0UCCI'.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1 A./"C"0"./"+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ A./"C"0"./"++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 4 R"A%I0A0 3R'B%"&(/ICA+++++++++++++ 3R'B%"&(/ICA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++ 'B-"/IV'5+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ &ARC' /"'RIC'+++++++++++++++++++++++++++++++++++++ /"'RIC'++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++ 6 7
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 2+7 CAR:A CAR:A C%I&(/ICA C%I&(/ICA++++ +++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++28 +++28 2+76 CAR:A CAR:A C%I&(/IC C%I&(/ICA A 3'R VI"./'$ VI"./'$ I. I. ,I"%'++ ,I"%'+++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ +++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++29 ++++++++++29 2+78 CAR:AC'. CAR:AC'.I0"R I0"RA.0' A.0' ,I"%'+++++ ,I"%'++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ +++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++ +++++++++++++29 +29 2+79 CAR:A CAR:A 3'R C'./RUCC C'./RUCCID. ID. < &A./". &A./".I&I". I&I"./'++ /'+++++++ ++++++++++ ++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++2; +++++++++++++2; 2+7; CAR:A CAR:A 3'R /".0I0' /".0I0' < /".A0'+++++ /".A0'++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++++ +++++++++++++++++1= ++++++++++1= 2+2= CAR:A CAR:A 3'R &A./".I&I". &A./".I&I"./'++ /'+++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ +++++++++++++ ++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++1= ++++++++++++1= 2+27 C'&BI.ACI C'&BI.ACI'." '." < FAC/ FAC/'R" 'R" 0" CAR:A CAR:A C'&BI.ACI C'&BI.ACI'." '." < FAC/'R FAC/'R" " 0" CAR:A ". /'RR" AU/''3'R/A0A+++++++ AU/''3'R/A0A++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++17 ++++++++++++++++++++++++++17 2+22 C'.I0"RA C'.I0"RACI'. CI'."B(I "B(ICA CA 3AR 3ARA A "% "% C(%CU%' C(%CU%' 0" 0" CAR:A++++ CAR:A+++++++++ ++++++++++++ ++++++++++12 +++12 1
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
I!T$%"&##I%! ,oH en dia la socied sociedad ad reuie reuiere re los servi servicio cioss Jásico Jásicoss para para cuJrir cuJrir sus necesida necesidades des primarias$ una de ellas es el consumo de energía eléctrica+ 3ara transportar energía eléctrica a las grandes urJes en la actualidad es un reto Ha ue se uieren estructuras de gran magnitud como lo son estaciones eléctricas$ suJestaciones eléctricas$ postes H torres de transmisiGn eléctrica+ "s importante mencionar ue este traJao reuiere un grado de seguridad elevado por ser una oJra ue en caso de Kallar causaría la perdidda de un numero importante de vidas$ o perjuicios economicoso culturales eLcepcionales altosM asi como cuHo Kuncionamiento es imprescindiJle H deJe continuar después de la ocurrencia de KenGmenos naturales+ %a siguiente investigaciGn conlleva un seguimiento minucioso para llevar a caJo el análisis detallado detallado de las cargas H Kactores Kactores naturales ue aKectan a la estructura estructura dependiendo dependiendo del lugar donde se situara$ algunas de estas se enumerana continuaciGn5 Cargas deJidas a la masa propia de los componentes de la línea Cargas deJido a eventos climáticos Cargas deJidas a manioJras de tendido durante la construcciGn+ Cargas por mantenimiento+ Como se puede apreciar es importante visuali)ar todos los aaspectos H asi oJtener un análisis H diseNo optimo para ue la estructura traJaje adecuadamente asegurándonos ue tenga una larga vida *til+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
A!TE#E"E!TE' "s la "stática la parte de la mecánica ue Kue la primera en desarrollarse$ pues es indispensaJle para las construcciones+ %os contructores de las pirámides de "gipto proJaJlemente comprendieron H utili)aron dispositivos tales como la palanca$ la narria H el plano inclinado+ Arc#Htas de /arrento O4==16 a+C+P Kundo la teoría de las poleas+ los escritos de Aruimedes O298272 a+C+P demuestran ue él #aJía comprendido las condiciones de euiliJrio H el principio de la KlotaciGn+ %eonardo da Vinci O748177;P aNadiG a los traJajos de Aruimedes soJre poleas el concepto de momento H lo aplico al euiliJrio de los cuerpos rígidos+ Copernico O7481741P propuso ue la /ierra H demás planetas del sistema solar giraJan alrededor del ol+ tevin O749762=P Kue el primero en descriJir el comportamiento de un cuerpo en un plano inclinado liso H utili)o la leH del paralelogramo para la adiciGn de Kuer)as+ Varignon O7647822P estaJleciG la igualdad entre el momento de una Kuer)a H la suma de los momentos de sus componentes+ /anto tevin como :alileo O7647642P estaJleciG el principio de los despla)amientos virtuales OtraJajos virtualesP$ aunue Kue -ean Bernoulli O76687849P uien perciJiG su aplicacion a todos los casos de euiliJrio H comunico su descuJrimiento a Varignon en una carta en 7878+ %a primera leH de .eton Kormulada en 7698$ trata de las condiciones de euiliJrio de un punto material H estaJlece ue QUn cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniKorme a menos ue una Kuer)a eLterna lo modiKiue+QM por lo tanto$ constituHe la Jase del estudio de la "stática+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks $EA(I"A" P$%)(EM*TI#A e deJe tener una torre eléctrica lo suKicientemente preparada para las condiciones amJientales del medio H además ue pueda soportar su propio peso + 3ero el proJlema esta en cGmo anali)ar una estructura compleja sin euivocaciones para ue pueda soportar multiples tipos de caragas tanto eLternas como internas para evitar accidentes H poner en riesgo a lapoJlaciGnS "l diseNo de este tipo de torres en solidor!s nos muestra ue el análisis es mas sencillo H seguro para este tipo de traJajos Ha ue evitamos posiJles errores #umanos en los cálculos+
%)+ETI%': %-jeti.os /eneral: Anali)ar las reacciones en los nodos de una torre eléctrica 4BR2$ simulando las
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cargas de los doce caJles a una distancia de un !ilommetro+ %-jeti.os Esecíicos: 0iseNar la torre 4BR2 en el programa solidor!s+ ComproJar la estaJilidad del diseNo reali)ando una simulaciGn en el programa solidor!s+ 0eterminar la carga reuerida H la carga real+ 0eterminar si nuestra estructura garanti)a el soporte de los pesos+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
MA$#% TE%$I#% 1 E'T$&#T&$A 11 "E3I!I#I%! Antes de empe)ar nuestro proHecto deJemos deKinir algunos aspectos Jásicos como la estructura+ Cuando #aJlamos de deKiniciGn de estructura seg*n &iguel
Cervera Ruí)$ Tes una
entidad Kísica de carácter unitario$ conceJida como una organi)aciGn de cuerpos dispuestos en el espacio de modo ue el concepto del todo domina la relaciGn entre partes$ es decir$ una estructura en un ensamJle de elementos ue mantiene su Korma H su unidad$ cumpliendo el oJjetivo de resistir cargas resultantes de su uso H peso+ O2==2P Así pues gracias a estos conceptos Jásicos podemos reali)ar megas estructuras ue parecen muH diKíciles de desarrollar pero ue en realidad nacen de una misma Jase estructural los cual no #ace oJservar los detalles mínimos antes de reali)arlas+
12 TIP%' "E E'T$&#T&$A' 121 #%!#EPT% "E E'T&#T&$A E! E"I3I#I%' Cuando #aJlamos de estructura seg*n "nric Casanova BarJa$ Tla estructura es la parte del ediKicio cuHo cometido es sostener todas las partes antes citadas H asegurar ue este sea estaJle Kísicamente H ue esta estaJilidad se mantenga a lo largo del tiempo$ todo ello dentro de unos límites ra)onaJles+ O2==6P "n síntesis la estructura de un ediKicio es el esueleto ue soporta todas las cargas+ %a estructura de un ediKicio soporta además de las cargas de la ediKicaciGn$ su propio peso H otras situaciones ue alteran su carga inicial+ Cada una de las plantas$ en KunciGn de las necesitadas$ suele dividirse interiormente en locales H estancias+ 3ara diseNar de estimar ue cargas act*an soJre ella+ :racias a este tipo de estructura es ue #oH en día$ podemos oJservar resistentes H grandes ediKicios+ "ste tiene muc#as estructuras metálicas de Korma triangular$ Ha ue esta Korma permite un mejor ensamJle$ tamJién saJemos ue su costo de compra es menor$ pero lo #acen déJil a la corrosiGn$ por ende #ace ue tenga mantenimiento por temporadas+ 3ara saJer si son resistentes a las
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks Kuer)as H viJraciones eLternas$ se calcula H se diseNa cada planta$ para un soporte diKerente en cada una de ellas+
122 E'T$&#T&$A' META(I#A' eg*n la página eJ Tconstrumática deKine este tema como$ Tlas estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero+ "sto le conKiere la posiJilidad de lograr soluciones de gran avergadura$ como cuJrir grandes luces$ cargas importantes+ Al ser pie)as preKaJricadas$ H con medios de uniGn de gran KleLiJilidad$ se acortan los pla)os de oJra signiKicativamente+ "s síntesis$ las estructuras metálicas constituHen un sistema constructivo muH deKinido en varios países$ cuHo empleo suele crecer en KunciGn de la industriali)aciGn alcan)ada en religiGn o países donde se utili)an+ e consideran como pie)as traJajando a KleLiGn$ a auellas Jarras de la estructura en las ue los esKuer)os más importantes son los provocados por el momento Klector$ donde se prescinda de posiJles esKuer)os de tracciGn o compresiGn cuando éstos son poco importantes$ Ha ue sGlo reciJen cargas transversales además para poder saJer en ué lugar se pone las estructuras o ara anillar de Korma eLcelente se dan el método de los nodos el interviene en KGrmula para poder #allar tal sitio donde la estructura tenga mejor duraciGn+ V"./A-A 2 Alta resistencia del acero por unidad de peso+ 1 Avisan con grandes deKormaciones antes de producirse un Kallo+ 4 UniKormidad Ha ue las propiedades del acero no camJian apreciaJlemente con el tiempo+ Rapide) de montaje H ,omogeneidad del material 6 Reutili)aciGn del acero tras desmontar la estructura 0"V"./A-A 7 2 1 4
CorrosiGn+ 3roJlemática en caso de incendios+ 3andeo Ha ue se utili)an elementos esJeltos sometidos a compresiGn+ &aHor coste de la estructura H su posterior mantenimiento+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks Como podemos ver en estructuras grandiosas$ como los grandes ediKicios de "+"+U+U$ podemos conservar ue su construcciGn es rápida H pueden ser Kormadas al diseNo ue reuiere+ "l pasar del tiempo se saJe o se puede apreciar ue son resistentes$ pero la corrosiGn #ace ue tengan ue camJiar$ desmontaje ue es necesario por la corrosiGn ue aKecta a las estructuras$ el desmontaje es rápido H #omogéneo+ "l costo para la anticorrosiGn$ son elevados H necesarios para la estructura$ en caso de incendios la estructura se deJilita$ Ha ue en altas temperaturas$ la estructura OaceroP se deKorma H causa muc#o peligro para los residentes+
12 E'T$&#T&$A' E!T$AMA"A' "ste tipo de estructura la deKine seg*n la página eJ TiesJa#ia como$ T%as estructuras entramadas son las Kormadas por elementos de muc#a longitud en comparaciGn con su grosor+ Cada uno de estos elementos se denomina perKil+ Uniendo diKerentes perKiles mediante soldadura$ tornillos$ remac#es$ etc+ Conseguimos una estructura entramada+ "n general estas estructuras entramadas$
están Kormadas por varillas ue van
#ori)ontalmente H verticalmente te Kormando una telaraNa ue protege la estructura+ Así pues este tipo de estructuras se #acen ue sea protegida con otra estructura interna$ tamJién son las más usuales en la construcciGn de ediKicios H máuinas en la actualidad$ Ha ue son muH resistentes H tienen poco peso+
124 E'T$&#T&$A T$IA!/&(A$ Cuando #aJlamos de estructura triangular$ deJemos tomar en cuenta ue seg*n %uis Véle) :evara$ Tla *nica Kigura geométrica ue no se puede deKormar aplicando las Kuer)as en sus lados en el triángulo+ "sto se #a servido de Jase para KaJricar las estructuras triangulares+ %as estructuras triangulares se Korman con la uniGn de muc#os triángulos$ construHendo redes planas o espaciales+ O2=7=P 3odemos oJservar ue son muH resistentes H ligeras gracias a la Korma triangular ue tiene+ Cada triangulo está sometido a sus propios esKuer)o de tracciGn H compresiGn$ euiliJrándose H permitiendo ue esta pueda crecer todo lo ue desee+ 7+2+ E'T$&#T&$A' #%(/A!TE' "ste tema está deKinido seg*n una página eJ como$ T"l particular modo de sostener oJjetos con caJles tensados H mensuras gana en Kuncionalidad$ avance tecnolGgico H diseNo creativo$ además de resultar una soluciGn cGmoda para espacios reducidos 8
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks mediante una estructura tensada o colgante$ cualuier electrodoméstico o moJiliario+ O2==8P "n síntesis estos son estructuras ue como su nomJre lo dice$ son las ue cuelgan ue van sostenidas por Jarras H vigas a unos soportes muH resistentes ue soportan su peso+ Como su nomJre lo dice van colgadas+ "s gracias a este ue los oJjetos parecen suspendidos en el espacio+ 0esaHunadores$ rac!s de audio$ escritorios H por ué no una cama sostenida del tec#o+
125 E'T$&#T&$A A$TI#&(A"A' 3ara deKinir la estructura articulada deJemos tomar en cuenta seg*n miguel Cervera Rui)$ T+ O2==2P "n resumen se llama estructura articulada auel ensamJle de pie)as unidas unas a otras mediante articulaciones$ en estas circunstancias$ el momento Klector en el interior de las Jarras se deJerá *nicamente$ o a la cargas ue se apliuen directamente soJre las pie)as$ H no en los nudos+ "stas estructuras son unas de las más interesantes están #ec#as por un ensamJle+ %o cual como saJemos llegan #acer muc#o más resistentes H Kuertes$ pero ara poder ajustarlas se utili)an nudos articulados$ #ec#os estos nudos las estructuras atadas entre si no rotan las mismas viJraciones Oen caso de terremotosP$ lo cual #ace a este tío de estructuras un poco más seguras+
1 I)$A#I%! E! &!A E'T$&#T&$A Cuando empe)amos #aJlar soJre viJraciGn de una estructura podemos redactar seg*n :ien #ite$ Tcuando anali)amos la viJraciGn de una máuina$ ue es un sistema mecánico más o menos complejo es *til considerar las Kuentes de la energía de viJraciGn H las rutas en la máuina ue sigue esta energía+ "nergía siempre se mueve$ KluHe de la Kuente de la viJraciGn #acia el punto de aJsorciGn$ donde se transKorma en calor+ O2==;P "n resumen si una mauina tiene poca KricciGn$ su nivel de viJraciGn tiende a ser muH alto$ Ha ue la energía de viJraciGn se va incrementando deJido a la Kalta de aJsorciGn+ :racias a esto ue nos da a conocer como una estructura mecánica soJrevive por así decirlo a la Kuer)a viJratoria H ue aun conserve la energía+ %a viJraciGn en una KricciGn es muH alta por lo cual la energía de viJraciGn es muH constante el cual incrementa su energía de aJsorciGn el cual #ace ue la estructura Kalle en muc#o de los casos$ desgastes de pie)as$ deKormaciGn de la estructura$ por lo cual deJemos tener en cuenta 9
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks muc#as cosas a la #ora de crear una estructura+ %as estructuras suelen ser remac#adas o soldadas por una capa protectora para muc#a más solidiKicaciGn$ duraciGn$ etc+
2 #A$/A' 6 3A#T%$E' "E #A$/A' E! E'T$&#T&$A' 21 T%$$E %as torres son sistemas estructurales ue se ideali)an como un conjunto de Jarras de elementos Kinitos de secciGn constante material elástico #omogéneo e isGtropo$ nodos H apoHos o Kronteras$ osea las Jarras esatn conectadas por nodos H se apoHan en diKerentes tipos de Kronteras+ %a KunciGn Jásica de las torres es la de soportar los caJles conductores de energía+ Asi como el #ilo de guarda ue nos sirve para proteger los conductores contra descargas atmosKéricas H en la acualidad tamJién nos sirve para la trandmision de vo) H datos por medio de KJra Gptica+ "Listen diKerentes tipos de torres de acuerdo a la KunciGn ue desempeNan en la línea de transmisiGn+ -
U3".I'.5 las cuales soportan el peso de los caJles$ cadenas de aisladores H #errajes$ además del viento transversal$ siendo las tensiones
-
longitudinales iguales a cero$ siempre se locali)aran tangentes+ 0"F%"I'.5 se coloca en los puntos de inKleLiGn a lo largo de la
-
traHectoria R"&A/"5 se clocan al inicio H al Kinal de la línea de transmisiGn$ además en tangentes largas maHores a += !m+ Como rompetramos de acuerdo a la especiKicaciGn C+F+"+
%as torres se componen de5 • • • • •
,ilo de guarda Aisladores$ #errajes H caJles Crucetas Cuerpo recto Cuerpo piramidalOpara diKerentes nivelesP 10
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks • • •
Cerramientos "LtensionesOpatasP tuJ+
Figura .W7 partes ue componen la torre de transmisiGn eléctrica 4BR2+
"l stuJ Oel angulo de anclaje a la cimentaciGnP se deJe diseNar de acuerdo a las especiKicaciones de de A$$C$"$ Ha ue posee ciertas características para ue se ancle a la cimentaciGn con el Kin de ue el perKil propuesto tenga el anclaje suKiciente para resistir las Kuer)as de tensiGn H compresiGn las ue esta sometida la estructura en la )ona donde terminan las eLtensiones H termina el tereno para asi dar comien)o a la cimentaciGn H los
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks Cleto o uNas ue son perKiles%I sujetos al angulo en espera H colocados de cierta manera para distriJuir los esKuer)os a la cimentaciGn+
22 E'PE#I3I#A#I%!E' T7#!I#A' PA$A E( "I'E8% "E T%$$E' PA$A (9!EA' "E '&)T$A!'MI#I%! 6 T$A!'MI#I%! #3E +1000;0 !%IEM)$E 2002 %)+ETI% "sta especiKicaciGn deKine$ tipiKica H estaJlece los lienamientos H de calidad ue deJen cumplir en la clasiKicaciGn$ análisis$ diseNo estructural$ KaJricaciGn$ montaje$ prueJas mecánicas en prototipo H suministro de las torres autosoportadas H con retenidas+
2 "E3(E
24 #(A$%ME"I% =%$I>%!TA( "s la semisuma de los claros adHacntes a la torre H se utili)a para calcular las cargas transversales ue act*an soJre la estecutura deJidas a la acciGn del viento soJre los caJles$ tamJién llamados Tclaro de viento+
2; #(A$% E$TI#A( "s la suma de las distancias #ori)ontales entre los puntos mas Jajos de las catenarias de los caJles adHacentes a latorre H se utili)a para determinar las cargas verticales$ ue act*an soJre la estructura$ deJido al peso de los conductores H caJles de guardia$ tamJién llamado Tclaro de peso+
25 &TI(I>A#I?! %a conjunciGn de los tres parámetros anteriores sirve para designar el TU' de la torre5 0eKleLiGn X Claro &edio ,ori)ontal X Claro Vertical+ 12
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks Figura .W 2
2@ #(A'I3I#A#I?! %os diKerentes tipos de torres ue se solicitan en cada línea de suJtransmisiGn HtransmisiGn$ se indican en la memoria de cálculo en este caso H estas deJen de tener clave de diseNo normali)ado$ como se indica a continuaciGn5
Prier "ígito Indica la tensiGn de operaciGn5 • • •
para 4== !V+ 2 para 21= !V+ 7 para 77 !V+ 'egundo "ígito
Indica el uso de la estructura5 7+ A uspensiGn claros cortos+ 2+ B uspensiGn claros medios+ 1+ C uspensiGn claros largos+ 13
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 4+ 0eKleLiGn #asta 1=Y + < 0eKleLiGn #asta ;=Y 6+ R Remate+ 8+ / /ransposiciGn+ 9+ /ransiciGn+ ;+ : ZC/ OuspensiGn claros largos H /ransposiciGnP+ 7=+ Z
Indica el n*mero de circuitosM para torres$ se selecciona el maHor+ •
#uarto "ígito
Indica el n*mero de conductores por Kase+
=asta "os "ígitos Adicionales B%cionalC on para identiKicar alguna característica particular de la torre+ Figura nW1
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 2D AME$I#A! '%#IET6 %3 #II( E!/I!EE$' BA'#E ;2C "esing o (atticed 'teel Transission 'tructures 0e acuerdo al documento ue se #ace reKerencia ue es de la ociedad Americana de Ingenieros Civiles H ue trata de el diseNo de estructuras de transmisiGn de acero en celosía+e traJajara con esa JiJliograKía para lo siguiente5 7+ 0iseNo de miemJros en compresiGn 2+ 0iseNo de miemJros en tensiGn+ 1+ 0iseNo del stuJ e puede decir ue los miemJros en compresiGn son elementos estructurales sometidos sGlo a Kuer)as aLialesM es decir$ las cargas son aplicadas a lo largo de un eje longitudinalue pasa por el centroide de la secciGn transversal del miemJro+ "l diseNo de estructuras de acero en celosía para transmisiGn especiKica reuerimientos para el diseNo H la KaJricaciGn H prueJa de miemJros H coneLiones para estructuras eléctricas de transmisiGn+ "stos reuerimientos son aplicaJles a Kormas de acero rolado en caliente H rolado en Krío+ %os componentes estructurales OmiemJros$ coneLiones H retenidasP son seleccionados para resistir cargas Kactori)adas de diseNo a esKuer)os aproLimando de soporte o tolerancia$ traslape$ Kractura o cualuier otra condiciGn limitante especiKicada en el estándar del documento A+ + C+ "+ 2+ "l estándar aplica a estructuras de acero en celosía para transmisiGn+ "stas estructuras pueden ser autosoportadas o retenidas+ "stas consisten en miemJros prismáticos de acero rolado en caliente o en Krío conectado por tornillos+
2 E'T$&#T&$A#I%! %a estructuraciGn de torres es la primera etapa del proHecto estructural+ "n ella se deKine la geometría de la estructura en planta H elevaciGn en Jase a reuerimientos eléctricos O0istancias eléctricasP$ Klec#as H tensiones H árJoles de carga$ se estaJlecen los materiales a emplear$ se determinan los elementos principales$ secundarios H redundantes$ se proponen las secciones tentativas de los elementos estructurales$ se conceptuali)an las uniones entre ellos$ se deKinen$ los elementos no estructurales H sus sistemas de KijaciGn a la estructura+ %a estructuraciGn se Jasa en gran medida en la 15
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks eLperiencia H la creatividad de los ingenieros proHectistas+ >sta etapa del proceso de diseNo deJerá llevarse acaJo cuidando ue secumpla con la especiKicaciones vigentes$ así como los documentos ue integran las Jases delcontrato+ "n ésta etapa del diseNo estructural no se reuieren llevar a caJo los cálculos matemáticos complicados$ pues las dimensiones de los elementos estructurales H algunos otros reuisitos se deKinen a partir del estudio eléctrico de las torres$ el uso$ ue se deKine como 0eKleLiGn X Claros &edio ,ori)ontal X Claro vertical H el tipo de estructura ue puede ser en5 uspensiGn$ 0eKleLiGn H Remate o derivaciGn+ "s aconsejaJle ue al llevar a caJo la estructuraciGn se trate en la medida posiJle$ ue las torres sean conceptuali)adas de manera tal$ ue se presenten Kormas sencillas H simétricas H ue éstas características se cumplan tamJién en lo reKerente a masas de rigideces$ tanto en planta como elevaciGn+ Recomendaciones generales soJre la estructuraciGn de torres5 7+ encille)$ simetría H regularidad en planta+ 2+ encille)$ simetría H regularidad en elevaciGn+ 1+ UniKormidad en la distriJuciGn de resistencia$ rigide)$ ductilidad$ #iperestaticidad+ "Listen tres deKiniciones Jásicas del tipo de torres de acuerdo a la KunciGn ue desempeNan en la línea de transmisiGn+ %as estructuras de uspensiGn$ las cuales soportan el peso de los caJles$ cadenas de aisladores H #errajes$ además del viento transversal$ siendo las tensiones longitudinales iguales a cero$ siempre se locali)arán en tangentesM las torres de 0eKleLiGn se colocan en lo puntos de inKleLiGn a lo largo de la traHectoria de la línea H por *ltimo las de Remate se colocan al inicio H Kinal de la línea de transmisiGn$ además en tangentes largas maHores a +=m+ A continuaciGn se presentan algunos de los ejemplos de la estructuraciGn en torres autosoportadas H retenidas ue son diseNadas de diKerente manera de acuerdo a los reuisitos H el criterio del diseNador de torres$ con esto se amplia la gama de diseNos en estructuras de esta índole+
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P$E'I%!E' "E)I"A' A( IE!T%
%as torres HXo postes para transmisiGn de energía eléctrica$ constituHen los elemento de soporte Jásico de conductores$ caJles de guarda HXo comunicaciGn$ aisladores$ #errajes$ accesorios$ etc+ A través de los aNos deJido a la eLpansiGn del sistema eléctrico nacional$ se #an instalado diversos tipos de estructuras de acero+ 0e acuerdo a las eLigencias o particularidades geográKicas en las diKerentes tensiones eléctricas H n*mero de circuitos por línea de transmisiGn+ "n ComisiGn Federal de "lectricidad$ a partir de 7;88 se iniciG el diseNo eléctrico desiluetas para torres$ Kundamentando el dimensionamiento con los criterios Jásicos de aislamientopor impulso$ en resultados eLperimentales de laJoratorio en cuanto al comportamiento por distintas conKiguraciones de electrodos$ así como el empleo de la 19
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks teoría del modelo electrogeométrico para optimi)ar la posiciGn del caJle de guarda+ Así$ las primeras siluetas oJtenidas de esta Korma corresponden la línea de transmisiGn C#icoasen-uile/emascal$ aisladas a 4== !V con dos circuitos H convertiJle a 9== !V un circuito+ A partir de 7;9= se inicia el desarrollo de nuevas siluetas de torres$ tales como5 • • • • • • • • • • • • •
/orres auto soportadas5 21= !V 7 H 2 Circuitos+ 21= !V 4 Circuitos$ 4== !V IC OCorrecciGn de JlindajeP+ 4== !V 2 Circuitos+ 77 !V 7 Circuito+ /orres con retenidas5 21= !V 2 Circuitos+ 4== !V 7 Circuito+ 3ostes troncocGnicos5 77 !V 2 Circuitos 21= !V 7 Circuito+ 4== !V 2 Circuitos+
%a toma de decisiones técnicas econGmicas HXo de impacto amJiental reuiere de un sistema de inKormaciGn estructurado H versátil$ ue soporte la soluciGn de proJlemas complejos$ ue conllevan cada una de las etapas o Kases ue integran el ciclo de vida de las líneas de transmisiGn+ "lconcepto de conKiaJilidad estructura se deKine como la proJaJilidad de ue una línea de transmisiGn realice su KunciGn Otransmitir la energía eléctricaP Jajo un conjunto de condiciones H durante un tiempo especiKicado+ "l complemento de la conKiaJilidad es la proJaJilidad de Kalla+ "n el caso del análisis de postes troncocGnicos H seg*n el &anual de 0iseNo de 'Jras Civiles OdiseNo por vientoP estaJlece en el capitulo % secciGn 4+1 la clasiKicaciGn de las estructuras seg*n su importancia las estructuras en estudio pertenecen al grupo A+
2101 /$&P% A "structuras para las ue se recomienda un grado de seguridad elevado+ 3ertenecen aeste grupo auellas ue en caso de Kallar causarían la pérdida de un n*mero importante de 20
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks vidas$o perjuicios econGmicos o culturales eLcepcionales altosM así como auellas cuHo Kuncionamientoes imprescindiJle H deJe continuar después de la ocurrencia de vientos Kuertes tales como los provocados por #uracanes+ "jemplos de este grupo son las construcciones cuHa Kalla impida laoperaciGn de plantas termoeléctricas$ #idroeléctricas H nucleares entre estas$ pueden mencionarselas c#imeneas+ %as suJestaciones eléctricas$ las torres H postes ue Kormen parte de líneas detransmisiGn importantes+ 0entro de esta clasiKicaciGn tamJién se cuentan las centrales teleKGnicase inmueJles de telecomunicaciones principales$ puentes$ estaciones terminales de transporte$estaciones de JomJeros de rescate de policía$ #ospitales e inmueJles médicos con áreas deurgencias$ centros de operaciGn en situaciones de desastre$ escuelas$ estadios$ templos H museos+ %a clasiKicaciGn de estructuras de acuerdo con su respuesta ante la acciGn del vientoen la secciGn 4+4 las estructuras para líneas de transmisiGn pueden ser tipo 2 G 1+ /I3' 25 "structuras ue por su alta relaciGn de aspecto o las dimensiones reducidasde su secciGn transversal son especialmente sensiJles a las ráKagas de corta duraciGn H cuHosperíodos naturales largos Kavorecen la ocurrencia de oscilaciones importantes en la direcciGn delviento+ 0entro de este tipo de estructuras se cuentan los ediKicios con relaciGn de aspecto a maHorue cinco o con periodo Kundamental maHor ue un segundo$ además se consideran las torresatirantadas$torres auto soportadas para líneas de transmisiGn$ c#imeneas$ tanues elevados$antenas$ Jardas$ parapetos$ anuncios H en general las construcciones ue presentan unadimensiGn muH corta paralela a la direcciGn del viento+ /I3' 15 "stas además de todas las reunir estructuras+ Características de las del tipo 2presentan oscilaciones importantes transversales al Klujo del viento provocado por la apariciGnperiGdica de vGrtices o remolinos con ejes paralelos a la direcciGn del viento+ "n este tipo seconsideran la construcciGn H elementos aproLimadamente cilíndricos o prismáticos esJeltos$ talescomo c#imeneas$ tuJerías eLteriores o elevadas$ arJotantes$ postes de distriJuciGn H caJles detransmisiGn+
211 #%!'I"E$A#I%!E' /E!E$A(E' PA$A E( A!A(I'I'E'T$&#T&$A( P%$ IE!T% %as consideraciones ue se seNalan son aplicaJles al análisis de estructuras desoporte H caJles sometidos a la acciGn del viento5 •
0irecciGn de análisis+ 21
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks %as estructuras de soporte se anali)aran suponiendo ue el viento puede actuar por lomenos en dos direcciones #ori)ontales perpendiculares e independientes entre si+ e elegiránauellas ue representen las condiciones más desKavoraJles para la estaJilidad de la estructura Ooparte de la mismaP en estudio+ "n el caso de los caJles solo será necesario el análisis para el casoen ue el viento incide perpendicularmente a sus ejes longitudinales$ así como los eKectososcilatorios ue puedan presentarse+ •
Análisis estructural+
A Kin de llevarlo a caJo$ principalmente para las estructuras de soporte$ se puedenaplicar los criterios generales del análisis elástico+ Con aHuda de un cGdigo de análisiscomputari)ado ue modele estructuras reticulares en Korma tridimensional+
212 E3E#T%' "E( IE!T% A #%!'I"E$A$'E 3or su locali)aciGn geográKica H su Korma$ las líneas de transmisiGn de energíaeléctrica son muH sensiJles ante los eKectos de ráKagas de viento$ por tal ra)Gn$ la respuestadinámica generada por la interacciGn entre el sistema estructural Otorres HXo postes H caJlesP H elviento es el ue predomina en este caso+ %os eKectos ue se deJen tener presentes en el análisis de la estructura de soporte HcaJles sometidos a la acciGn del viento son los siguientes5 •
"mpujes dinámicos en la direcciGn del viento+
Consisten en Kuer)as dinámicas paralelas al Klujo principal causadas por la turJulenciadel viento H cuHa KluctuaciGn en el tiempo inKluHe de manera importante en la respuesta estructural+"stos empujes se presentan principalmente soJre estructuras muH KleLiJles ue presentan unadimensiGn muH corta paralela a la direcciGn del viento+ %os empujes dinámicos se originan cuando el Klujo del viento presenta un régimenturJulento H se deJe principalmente a las Kluctuaciones en su velocidad es decir a las ráKagas H suduraciGn+ •
ViJraciones transversales al Klujo+
%a presencia de cuerpos en particular los cilíndricos o prismáticos esJeltos dentro delKlujo del viento general entre otros eKectos el desprendimiento de vortices alternantes ue a su ve)provocan soJre los mismos cuerpos Kuer)a H viJraciones trasversales a la direcciGn del Klujo+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks "ntreestos cuerpos se encuentran los postes de transmisiGn H distriJuciGn cilíndricos los caJlesconductores e #ilos de guarda+ •
ViJraciones a alta Krecuencia+
"stas viJraciones se presentan principalmente en los caJles de transmisiGn sometidosa ráKagas de viento H en ocasiones se produce Katiga en los apoHos de los mismos+ %a separaciGn de los vértices provoca grandes succiones en la parte posterior decuerpos eLpuestos al Klujo soJre todo en los de secciGn cilíndrica+ "sto se traduce por una parte$en una Kuer)a adicional de arrastre en la direcciGn del movimiento del Kluido H por otra los vérticesalternantes inducen soJre el cuerpo Kuer)as transversales periGdicas susceptiJles de generar unaampliKicaciGn eLcesiva de la respuesta dinámica+ •
InestaJilidad aerodinámica+
e deKine como la dinámica de la respuesta causada por los eKectos comJinados de lageometría de la estructura H los distintos ángulos de incidencia del viento tal es el caso delKenGmeno del galopeo+ "l galopeo es una inestaJilidad aerodinámica ue se presenta en los caJles$ la cualconsiste en la apariciGn de viJraciones importantes de los caJles cuando el Klujo del viento incide ortogonalmente a la línea+ :eneralmente el galopeo se asocia con condiciones climáticasparticulares como son Jaja temperatura H alta #umedad+ "n estas condiciones se Korma unacuJierta de #ielo ue se ad#iere a los conductores$ alterando su secciGn transversal H Kavoreciendoal galopeo+ "n nuestro país estas condiciones climáticas se presentan principalmente al norte H enlas partes altas de las )onas montaNosas+ 3ara anali)ar las líneas de transmisiGn ante los eKectos dinámicos mencionados en OAPse aplicara el Kactor de respuesta dinámica deJida a ráKagas para la estructura de soporte H paralos caJles+
21 #%!"I#I%!E')*'I#A' "E #A$/A "n general$ las condiciones Jásicas de carga ue deJen considerarse para el diseNoestructural de torres para líneas de suJtransmisiGn H transmisiGn$ son las ue se proporcionan conlos diagramas de cargas TárJoles de carga$ los cuales consideran las siguientes condiciones5 AP Cargas ue act*an directamente soJre la torre+ 23
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 7 &asa propia de la torre$ de las cadenas de aisladores$ #errajes H accesorios+ 2 AcciGn del viento soJre el cuerpo de la torre$ cadenas de aisladores H #errajes+ 1 Cargas concentradas por tendido Omasa de linderos H euipo$ entre otrosP+
BP Cargas ue transmiten los caJles a la torre+ 7 3or la masa propia de los caJles ue soporta H en su caso$ por la masa del#ielo ue se acumule en estos+ 2 3or la acciGn del viento soJre los propios caJles 1 3or tensiones mecánicas en los caJles OproHectadas en las direcciones ueprodu)can la máLima soJre la torreP deJido a condiciones propias delproHecto$ camJios de direcciGn de la línea H tendido+ %as condiciones de carga empleadas para el análisis de las estructuras de soporte seidentiKican de acuerdo con la "speciKicaciGn CF" -7====con las siguientes letras5 7 PE Carga vertical deJida a la masa de la torre+ 2 PA Carga vertical deJida a la masa de las cadenas de aisladores$ #errajes Haccesorios+ 1 P# Carga vertical deJida a la masa de los caJles conductores H de guarda+ 4 P#= Carga vertical deJida a la masa de los caJles conductores H de guarda H#ielo acumulado en estos+ PM Cargas verticales deJidas al personal H su euipo respectivo$ aplicadasen las 6 8 9 ;
comJinaciones de carga de tendido+ PM Cargas verticales deJidas al mantenimiento+ A Carga por viento ue act*an soJre las cadenas de aisladores H #errajes+ # carga por viento ue act*an soJre los caJles conductores H de guarda+ #= Carga por viento reducido ue act*an soJre los caJles conductores H deguarda
7= 77 72 71
en los cuales se #a acumulado #ielo+ E Cargas por viento ue act*an soJre la torre+ M "s la velocidad regional máLima de viento+ $ "s la velocidad reducida de viento+ T# Cargas por tensiones mecánicas en los caJles OproHectadas en lasdirecciones ue
produ)can la carga máLima soJre la torreP+ 74 #T Componente transversal producida por la tensiGn máLima de los caJlesdeJida a la deKleLiGn de la línea+
24
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 214 #A$/A' P%$ PE'% P$%PI% Aunue por naturale)a son permanentes estas cargas varían de una estructura desoporte a otra$ deJido a la variaciGn de la altura de la misma H al claro de peso de los conductores+ "l peso de los conductores soportados por las estructuras es el producto del peso porunidad de longitud ue es prácticamente constante H el claro de peso el cual puede variar deacuerdo con el espaciamiento H elevaciGn de tales estructuras H la tensiGn del conductor+ "n todoslos casos$ el claro de peso de un tipo dado de estructura de soporte tiene asignado un valormáLimo ue es el considerado para el diseNo+ %as cargas de peso propio son las siguientes5 •
PE Carga vertical deJida a la masa de la torre+ PA Carga vertical deJida a la masa de las cadenas de aisladores$ #errajes
•
Haccesorios+ P# Carga vertical deJida a la masa de los caJles conductores H de guarda+
•
21; #A$/A' #(IM*TI#A' on deJidas a la acciGn del viento H el #ielo+ /omadas separadamente o comJinadas$por su carácter aleatorio+ "ste tipo de cargas si pueden tratarse de manera proJaJilística cuandose cuente con registros conKiaJles ue aJaruen un n*mero adecuado de aNos+
215 #A$/A' #(IM*TI#A' P%$ IE!T%, 'I! =IE(% %os valores de estas cargas OsoJre caJles$ cadenas de aisladores H estructurasP secalcularán mediante el procedimiento descrito en los capítulos anteriores+ 0e acuerdo con laimportancia ue se #aHa asignado a la línea se deKinirá el periodo de retorno adecuado H+ con Jaseen el mapa de isotacas correspondiente$ se deKinirán las velocidades regionales para los diKerentestramos de la línea+ %as cargas deJidas a la acciGn del viento son las siguientes5 • • •
A Carga por viento ue act*an soJre las cadenas de aisladores H #errajes+ # carga por viento ue act*an soJre los caJles conductores H de guarda+ E Cargas por viento ue act*an soJre la torre+
21@ #A$/A'#%!'I"E$A!"% =IE(% i se contara con inKormaciGn estadística suKiciente soJre la acumulaciGn de #ielo$ estetipo de cargas podrían tratarse en Korma proJaJilística+ in emJargo$ #asta a#ora no se cuenta condic#a inKormaciGn en nuestro país+ e #an reportado algunos casos en los ue se #a oJservadoacumulaciGn de #ielo soJre los caJles$ pero no soJre las estructuras+ 25
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 3or ello las cargas por #ielotendrán ue considerarse en Korma determinística H solo en los casos en donde se tenga evidenciaconKiaJle de la acumulaciGn periGdica de #ielo soJre los caJles+ Así$ se reuiere conocer el espesor máLimo de #ielo acumulado en estos ue se #aHa oJservado en la )ona por donde vaHa eltendido de la línea+ %a acumulaciGn de #ielo en los caJles G estructuras es un KenGmeno muH raro en &éLico$ las recomendaciones ue se presentan auí son conservadoras si comparamos ueen los " U A este caso no se toma en cuenta para la )ona ue denominan QligeraQ ue es laKrontera con &éLico+ %as cargas deJidas a la acciGn del viento son las siguientes5 7 P#= Carga vertical deJida a la masa de los caJles conductores H de guarda H#ielo acumulado en estos+ 2 #= Carga por viento reducido ue act*an soJre los caJles conductores H deguarda en los cuales se #a acumulado #ielo+ 3ara el caso de estructuras en deKleLiGn$ primeramente deJe proHectarse la velocidaddel viento en la direcciGn perpendicular a los caJles$ con esta velocidad proHectada se oJtienen laspresiones correspondientes H de auí las Kuer)as ue se transmiten a los puntos de soporte delos caJles+ 3osteriormente estas Kuer)as se proHectan en las direcciones longitudinal H transversalde la estructura+ Al igual ue las correspondientes tensiones mecánicas de los propios caJles+
21D #A$/A' P%$ #%!'T$&##I?! 6 MA!TE!IMIE!T% "n esta secciGn se deKinen las cargas a considerar en el diseNo de las estructuras desoporte de líneas de transmisiGn para ue tenga una adecuada seguridad durante las operacionesde construcciGn mantenimiento+ e reuiere un cuidado especial durante estas operaciones porueson las ocasiones en las ue es más proJaJle ue la Kalla de un componente de la línea causepérdidas de vidas+ "stas cargas deJen considerarse como medidas preventivas de naturale)adeterminística+ /odos los componentes sometidos a cargas signiKicativas durante las operaciones deconstrucciGn H de mantenimiento deJen diseNarse con un margen de seguridad adecuado$ demanera ue prácticamente no #aHa proJaJilidad de eLceder su magnitud Jajo operacionesnormales
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks %as prácticas de construcciGn H mantenimiento deJen regularse para eliminar cargasinnecesarias H temporales$ ue de otra manera demandarían un reKor)amiento costoso de lasestructuras+ %asestructuras diseNadas considerando las cargas para contenciGn$ de la Kalla encascada en general$ serán
lo suKicientemente
resistentes
para soportar soJrecargas
porconstrucciGn H mantenimiento normales+ in emJargo$ en )onas liJre de #ielo las cargas aplicadasdurante las manioJras de construcciGn H mantenimiento+ 3odrían resultar severas+ %as velocidadesdel viento ue pueden tolerarse durante las manioJras tienen un eKecto despreciaJle soJre lasestructuras H las cargas de viento se omitirán en el análisis H en las prueJas de prototipos$ paraevitar complicaciones innecesarias+ "n el caso de cargas por construcciGn de las torres autosoportadas es poco proJaJleconocer con anticipaciGn las Kuer)as resultantes$ deJido a ue estas dependen del procedimientoconstructivo$ este puede no suceder en las torres con retenidas de circo etc+ 3or tanto$ elconstructor deJerá comproJar ue las Kuer)as ue resulten del método de erecciGn empleado seanmenores ue las estaJlecidas en los árJoles de carga H para esto$ es necesario ue el diseNadorproporcione dic#os árJoles de carga al constructor+ 3or otra parte$ dado ue los procedimientos de erecciGn Krecuentemente imponencargas dinámicas H désJalanceadas$ la resistencia de todos los puntos de levantamiento de caJlesH de todos los componentes se veriKicaran considerando al menos el doJle de la intensidad de lascargas estáticas producidas por el método de construcciGn utili)ado$ si las operaciones secontrolan cuidadosamente$ puede usarse un Kactor de 7++
21 #A$/A' P%$ TE!"I"% 6 TE!'A"% 0urante las operaciones normales de tendido H tensado de los conductores H loscaJles de guarda pueden producirse tensiones ue eLcedan se producen incrementos los valoressupuestos momentáneos de tensiGn cuando las juntas en los caJles llegan a las poleas o si lasmauinas para tendido llegan a comportarse erráticamente+ Asimismo la técnica usual para tensaruna secciGn de varios !ilGmetros aplica una secuencia de soJre tensiones H relajaciones+ %atensiGn será maHor en la parte más alta de una secciGn de tensado larga e inclinada$ auí puedeser importante la componente vertical de la carga+ %a colocaciGn del euipo de tendido o deanclajes temporales puede aumentar el ángulo vertical+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks %as estructuras de soporte usadas como remates durante el tendido pueden reKor)arsecon retenidas temporales+ "stas alimentan las cargas verticales en los puntos de sujeciGn HdeJeránpreesKor)arse si se sujetan a una estructura de soporte rígida$ será necesario ue elconstructor revise la tensiGn en las retenidas H tome en cuenta las cargas verticales aplicadas enlos puntos de sujeciGn+
220 #A$/A' P%$ MA!TE!IMIE!T% %as magnitudes de estas cargas se estaJlecen para proporcionar un margen deseguridad adecuado durante estas operaciones H son para el caso de torres+ •
PM Cargas verticales deJidas al personal H su euipo respectivo$ aplicadasen las
•
comJinaciones de carga de tendido+ PM Cargas verticales deJidas al mantenimiento+
%ascargas anteriores se especiKican deJido a ue durante las manioJras de i)amientoo descenso de alguna Kase se incrementan los claros de peso de las estructuras de soporteadHacentes H la tensiGn mecánica en la Kase donde se eKect*a la manioJra+ 3or ello$ todos lospuntos de soporte de los caJlesdeJerán ser capaces de resistir el doJle de las cargas impuestas+ %os responsaJles del mantenimiento deJen especiKicar los procedimientos H arreglos para eKectuarlas manioJras de tal Korma ue no soJrecarguen a la estructura donde se reali)a la manioJra+ "n general las condiciones Jásicas de carga ue deJen considerarse para el diseNoestructural de torres H postes de líneas de transmisiGn son las siguientes5 7+ Cargas ue act*an directamente en la estructura+ 3eso propio de la torre$ de las cadenas$ #errajes H accesorios+ AcciGn del viento soJre el cuerpo de la torre$ cadenas H aisladores H #errajes+ Cargas concentradas por manioJras Opeso de linderos H euipo etc+P 2+ Cargas ue trasmiten los caJles a la estructura+ 3or el peso propio de los caJles ue soportan H en su caso por el peso del#ielo • • •
•
• •
ue se acumule en estos+ 3or la acciGn del viento soJre los caJles 3or tensiones mecánicas desJalanceadas en los caJles OproHectadas en lasdirecciones ue produ)ca la carga máLima soJre la estructuraP+ 0eJido acamJios de direcciGn de la línea manioJras H reuerimientos para contenerKallas en cascada+
28
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 221 #%M)I!A#I%!E' 6 3A#T%$E' "E #A$/A #%M)I!A#I%!E' 6 3A#T%$E' "E #A$/A E! T%$$E' A&T%'%P%$TA"A' e entiende como comJinaciones de carga a la superposiciGn de auellas condicionesJásicas de carga ue se considera$ tienen una alta proJaJilidad de ocurrir simultáneamente+ "n laespeciKicaciGn CF" -7====se estaJlecen las comJinaciones de carga ue deJen aplicarse para el diseNo estructural de torres para líneas de suJtransmisiGn H transmisiGn+ /AB%A .o 78 C'&BI.ACI'." < FAC/'R" 0" CAR:A ":[. CF" -7====
222 #%!'I"E$A#I%!E')*'I#A' PA$A E( #*(#&(% "E #A$/A' "n esta secciGn se plantean las consideraciones Jásicas para el calculo de las cargasue se presentan en la /aJla .o 78 H ue deJen aplicarse en le diseNo estructural de torres paralíneas de suJtransmision H transmisiGn+ AP e incluHe el Kactor de carga OFCVP ue permite dar una maHor conKiaJilidad en lautili)aciGn de las estructuras para cargas verticales5 FCV Z 7$+ BP e incluHe el Kactor de carga gloJal OFC:P ue permite coordinar la resistencia mecánicaentre los principales componentes de la línea+ Así$ para torres de suspensiGn FC: Z 7$=Mpara torres de remate H deKleLiGn FC: Z 7$79+ CP "n las comJinaciones de carga en las ue se incluHe /C$ esta se reKiere a las tensionesmecánicas de los caJles aplicadas en la direcciGn de estos$ es decir en la direcciGn de lalínea de transmisiGn H deJen siempre proHectarse en las direcciones longitudinal Htransversal de la torre+ "n esta Korma /C deKine a las Kuer)as aplicaJles para torres desuspensiGn$ deKleLiGn H remate+ 0P %as comJinaciones de carga TJ H c Ttendido$ se estaJlecen para proporcionar un margende seguridad adecuado para el personal durante estas operaciones+ 3ara Kines de diseNo$en los puntos de sujeciGn de los caJles Opor Kase cada ve)P se 29
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks deJen aplicar las cargasverticales multiplicadas por un Kactor de seguridad de 7$M adicional a estas cargas$ paralas torres de suspensiGn$ las cargas transversales H longitudinales se multiplican por unKactor de seguridad de 7$7M para torres de deKleLiGn H remate estas mismas cargastransversales H longitudinales se aplica el Kactor de carga gloJal H agrando además entodos los casos las siguientes cargas verticales 3V& en el punto donde se considere lamanioJra de tendido5 8!. para Kases de 21= H 4==!VM !. para Kases de 77!VM 1!.para caJles de guarda+ "P Con el Kin de dar mantenimiento en las torres de suspensiGn a las cadenas de aisladoresen TV$ se considera una carga vertical concentrada 3&$ la cual se aplica en el ejelongitudinal de la cruceta o traJe H al centro de la cadena en TV+ "n la crucetacorrespondiente o traJa ue se aplica esta carga$ no se comJina en ese punto con algunaotra cargaM en las otras crucetas o traJe se consideran las cargas de tendido+ %as cargasverticales ue se deJen aplicar son las siguientes5 1 conductores por Kase ;9$=8!.M 2 conductores por Kase 6$19!.M7 conductor por Kase 12$6;!.+ FP %a comJinaciGn de carga Td Tnormal con #ielo$ deJe considerarse solo en auellas )onasen las ue se tenga evidencia conKiaJle de la apariciGn periGdica de #ielo soJre caJles enlíneas de suJtransmision H transmisiGn H tomar en cuenta el espesor máLimo oJservado+3ara Kines de diseNo$ el espesor del #ielo es de mm$ con peso especiKico de 9$9!.Xm 1 +3ara esta misma comJinaciGn$ en la /aJla .o 78 se emplea la notaciGn 3C, H VC, paraenKati)ar la recomendaciGn de considerar el espesor del #ielo acumulado para evaluar elpeso de los caJles H el área ue resulta eLpuesta a la acciGn del viento correspondiente+ :P Además de las comJinaciones de carga ue se indican en los diagramas de cargas$ en lastorres de deKleLiGn H remate$ para las comJinaciones de carga normales$ se deJe aplicaren uno de los eLtremos de las crucetas rectangulares H traJe Osi eListeP$ cruceta triangularH de guarda$ la carga longitudinal desJalanceada ue resulte de un análisis de Klec#as Htensiones ue considere una proporciGn de 8 H 2\ en los claros adHacentes+ i elproHecto deKinitivo$ ue puede ser posterior a la prueJa mecánica del prototipo$ eListe unaproporciGnmas desKavoraJle de 8 H 2\ en claros adHacentes se deJe eKectuar elanálisis para esas condiciones H reali)ar el reKuer)o necesario en las estructuras ueapliue+ ,P i el proHecto deKinitivo$ ue puede ser posterior a la prueJa mecánica del prototipo$eListen tensiones #acia arriJa ue provouen jalones ascendentes en 30
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks crucetas rectangulares$ triangulares$ de guarda H traJe Osi eListeP se #arán los reKuer)os necesariosue resulten de las cargas descritas a continuaciGn5 Crucetas rectangulares H traJe+ "n uno de los eLtremos de las crucetas rectangulares H traJe$ se cuantiKica • •
laKuer)a vertical ascendente para condiciones normales$ con un análisis de •
Klec#as Htensiones+ "n el otro eLtremo se aplica una carga vertical descendente correspondiente a laparte proporcional de la suma de las cargas verticales$ para las
•
condicionesnormales$ indicadas en los diagramas de cargas+ %as cargas verticales así calculadas se comJinan con las cargas transversalesindicadas en los diagramas de cargas$ para las condiciones normales H con lascargas longitudinales desJalanceadas ue resulten del
• •
análisis de Klec#as Htensiones+ Crucetas triangulares H de guarda+ 3ara estas crucetas se cuantiKica la carga vertical ascendente con un análisis deKlec#as H tensiones$ esta carga así calculada se suma algeJraicamente con lacarga vertical de las condiciones normales indicadas en los diagramas de
•
cargas+ "stas cargas se comJinan con las cargas transversales indicadas en losdiagramas de cargas H con las cargas longitudinales ue resulten del análisis deKlec#as H tensiones+
TIP%' "E &!I%!E' 1 &!I%!E' #%! PA'A"%$E' 3ara la creaciGn de estructuras es Kundamental el tipo de uniGn ue vamos a utili)ar$ para R'B"R/ &II% Tla uniGn con pasador lo podemos encontrar en puentes tales como la uniGn en Jarras de ojo ue sirven como pendolones en los puentes$ el ensamJle$ en ensamJle de paneles$ en puentes desarmaJles$ coneLiGn de apoHos$ etc+ /amJién nos dice ue en las estructuras metálicas no es com*n encontrar uniones con pasadores Ha ue el uso de remac#es H soldaduras lo #an rempla)ado O799=P
2 &!I%!E' P%$ $EMA#=A"% 'tro tipo de uniones ue cumplen un papel Kundamental en la creaciGn de estructuras es el de remac#ado+
31
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks eg*n FéliL C+ :Gme) 0e %eGn$ Tlos remac#es nos permiten reali)ar uniones mecánicas entre pie)as de igual o distinto material$ de una Korma rápida H segura+ %a principal ventaja de los remac#es de tracciGn es ue podemos colocarlos en agujeros a los ue *nicamente se accede por una cara de las superKicies a unir$ suelen ser de #ierro$ aluminio o coJre H lo podemos encontrar en diKerentes tamaNos+ O2=71P 3ara reali)ar el traJajo primero tenemos ue taladrar simultáneamente las dos pie)as ue ueremos unir$ a continuaciGn procedemos a colocar el remac#e en el agujero H con la mauina remac#adora culminamos el traJajo+ :racias a esta técnica$ podemos reali)ar uniones Kuertes H duraderas en muH poco tiempo H de una manera muH sencilla+ 3or otro lado la 0r+ 3atricia /a!euc#i nos comenta ue$ Tel proceso del remac#ado en caliente Kue muH usado en las estructuras de acero$ sin emJargo$ deJido a la diKicultad en la instalaciGn$ al uso cada ve) más Krecuente de la soldadura H de los tornillos de alta resistencia$ #oH en día$ se #a descontinuado ente proceso por completo$ sin emJargo$ como puede ocurrir ue el ingeniero tenga la necesidad de revisar H reKor)ar una estructura O2==6P "l método más com*n de uniones mecánicas permanentes o semipermanentes es por remac#ado+ %os remac#es pueden ser solidos o tuJulares+ %a instalaciGn de un remac#e solido implica dos pasos5 7 ColocaciGn del remac#e 2 0eKormaciGn del eLtremo de su vástago por recalcado OcaJeceadoP %a instalaciGn de un remac#e #ueco se instala aJocardando su eLtremo más peueNo+ e puede #acer a temperatura amJiente o elevada$ pudiendo #acerse por medios manuales o mecani)ados+ %os elementos de uniGn para las uniones permanentes$ de Jajo coste H capaces de poder ser colocados en procesos de montaje manuales$ semiautomáticos H automáticos+ %a principal ra)Gn para su elecciGn es su Jajo coste de KaJricaciGn con los elementos roscados+ %a elecciGn deJe #acerse tomando la resistencia a cortadura del remac#e ligeramente inKerior a la carga límite al aplastamiento de la c#apa+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks &!I%!E' EMPE$!A"A' 6 AT%$!I((A"A' 3ara RoJert &usil Tlas uniones empernadas por aplastamiento$ tamJién conocidas como uniones a cortante$ son auellas en las cuales los pernos no son apretados con torue especiKicado$ por tanto$ aunue se puede presentar cierta KricciGn entre los elementos unidos$ esta se desprecia$ H por tanto se supone ue las superKicies en contacto de los miemJros pueden desli)arse una con respecto a la otra$ en la medida en ue act*en las cargas O799=P 3or otro lado nos da a conocer Tmiento$ deJe revisar ue al diseNar uniones empernadas del tipo aplastamiento$ deJe revisase lo siguiente5 /ensiGn de la Jarra$ cortante en los pernos$ aplastamiento$ desgarramiento$ tensiGn H cortante H Jloue cortante %as uniones atornilladas se dice ue traJajan a cortadura cuando las Kuer)as se transmiten por contacto entre las c#apas a unir H la caNa de los tornillos+ "n el caso más normal$ distinguimos dos tipos5 Cargas centradas respecto al elemento de uniGn$ i los tornillos traJajan por una secciGn H la cortadura doJle$ i los tornillos traJajan por dos secciones+ %a uniGn se Korma introduciendo el tornillo en un agujero eKectuado en las pie)as a unir H colocando en el eLtremo roscado una tuerca con su arandela correspondiente Básicamente las uniones atornilladas traJajan cuando las Kuer)as se transmiten por contacto H cuando más adelante ueremos desmontarlas$ estos tipos de uniones nos Kacilitan el traJajo$ porue primero son Káciles de traJajar$ por otro lado son manuKacturaJles+
4 &!I%!E' P%$ '%("A"&$A 3ara la 0r+ /a!euc#i 3atricia Tla soldadura es el proceso con el cual se unen las pie)as mediante el calentamiento de estas+ "l calentamiento de las pie)as pueden llegar #asta ue se Kusionen me)clándose entre sí H con otro material ue se puede o no introducir durante el proceso H ue al enKriarse crean una continuidadM o puede ocurrir ue las pie)as se calientan a temperatura inKerior a su punto de KusiGn+ O2==6P
33
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks e llama soldadura a la uniGn de dos pie)as metálicas de igual o parecida composiciGn$ de Korma ue la uniGn uede rígida H Kija+ "sto se consigue por KusiGn o por la aportaciGn de otro metal de enlace+ "n las soldaduras por KusiGn el calor proporcionado Kunde los eLtremos de las pie)as H al solidiKicar se produce la uniGn+ "Listen diKerentes tipos de soldadura por KusiGn$ pero los más utili)ados son dos5 la soldadura autGgena H la soldadura por arco eléctrico$ ue es la ue más se utili)a en estructuras metálicas+ "n mi opiniGn la uniGn por soldadura es una de las más eKectivas H seguras porue al soldar estamos Kundiendo los dos metales de enlace H al momento de solidiKicar se produce la uniGn oJteniendo un solo metal+ %a soldadura más utili)ada es la autGgena$ tamJién podemos encontrar el tipo de soldadura por arco eléctrico ue es esta misma la ue se utili)a en las estructuras metálicas deJido a ue podemos soldar con diKerentes tipos de electrodo nada más tenemos ue regular el amperaje de la mauina soldadora H listo procedemos a soldar+ T0entro de los tipos de soldadura más usado están la soldadura de gas$ la cual es producida por la comJinaciGn de gascomJustiJle$ ue generalmente es acetileno$ con oLígenoM H la soldadura de arco$ el cual se estaJlece una corriente entre dos conductores deJido a una diKerencia de potencialO2==6P "n conclusiGn #oH en la actualidad en las industrias los productos parten de componentes manuKacturados H posteriormente son ensamJlados+ %a uniGn es un término general$ en el ue se encuentran la soldadura$ esto se clasiKica en soldadura Jlanda$ soldadura Kuerte+ /amJién podemos encontrar uniones con remac#es$ uniones con pasadores$ uniones atornilladasM estos de uniones nos sirven para ensamJlar dos o más pie)as ue necesitamos para Kormar una estructura+
4 TIP%' "E #A)(E' !%$MA(I>A"%' PA$A #3E 41 "E3I!I#I%!E' 411 #A)(E A#'$ "s un caJle sustituido por un nucleo central de alamnJreOsP de acero galvani)ado rodeado por una o mas capas de alamnJre de aluminio duro dispuesto #elicoidalmente+
412 E'PE#I3I#A#I%!E' 34
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks /ods los caJles ACR ue utili)a la comisiGn deJen cumplir con lo indicado por la norma .'&-9+ us características principales se indican en la taJla 7+ 3ara amJientes marinos HXo industriales se deJe aplicar la espiciKicacion CF" "====79 para caJles ACRXA H como alternativa$ cuando asi se solicite en el pedido$ puede usarse caJleACR indicado en la presente epeciKicacion con los alamJres del nucleo central Ha sea eLtragalvani)adotipoC de acuerdo a la normaA/&B4;9 o galvani)ados H encerados de acuerdo con lo ue especiKiue la comisiGn+
41 TE!'I%!E' !%MI!(E' %as tensiones nominales se operaciGn de los caJles ACR deJen corresponder preKernetemente a las indicadas en la taJla 2+
414 M&ET$E% 0eJe seguirse el procedimiento de muestreo indicado en la especiKicaciGn CF" "====71+ /ABA7+ CARAC/"RI/ICA :"."RA%" 0" CAB%" ACR+
35
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks 41; P$&E)A' 0eJen reali)arse las prueJas indicadas en la norma .'&-9+]
415 EMPAF&E e deJe cumplir con las especiKicaciGn CF" %====77 H con lo indicado a continuaciGn+
41@ MA'A E! G/ "E( T$AM% "E AM)A$F&E %a masa en !g del tramo de emJarue esta dada por la taJla con una tolerancia ^\ eLcepto para el caliJre de 7771 !C&$ ue deJe ser de ^2+\+
41D E!T$E/A "E T$AM%' 6 '&' PE!A(I>A#I%!E' "n pedidos direcos al KaJricante$ la comisiGn no tiene oJligaciGn de aduirir caJles de masaOlongitudPdiKerente a la especiKicadda$ sin emJargo como una opciGn H solo #asta el 7=\ de lamasa total del lote de pedido$ podrá aceptar tramos de menor masa$ aplicando la penali)aciGn indicada en la taJla 4+ Cada carrete deJe tener una placa metalica con los siguientes datos marcados an alto relieve5
.omJre del KaJricante Clave H descripciGn corta 0esignaciGnOcaliJreP %ongitud en m &asa en !g .umero de pedido ANo de KaJricaciGn %a leHenda
/AB%A 2+ /".I'." .'&I.A%" < 0"I:A.CI'." 3R"F"R./"+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
/AB%A 1+ .'&I.ACI'." < %'.:I/U0 0" CAB%" ACR
/AB%A 4 + 3".A%IACI'.
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
"E'A$$%((% "E'A$$%((% "E( P$%6E#T%: 3ara el desarrollo del proHecto #emos empleado el programa de solidor!s para así Kacilitar la construcciGn H el análisis de una torre eléctrica 4BR2 H así interpretar el Kactor de seguridad H la escala de deKormaciGn de cada uno de los nodos+ 3ara esto se reuieren una serie de pasos5
7+ Iniciamos con la construcciGn de un entramado de una torre eléctrica 4BR2 previo al análisis de nodos en el programa de solidor!s+
2+ Una ve) reali)ada la construcciGn recurrimos al análisis estructural colocando Kuer)as en los puntos donde se colocarán los caJles de alta tensiGn+
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Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
1+
eleccionamos el n*mero del peso del caJle de alta tensiGn por !ilometro H lo simulamos dic#a Kuer)a para oJservar el soporte de cada uno de los nodos+
4+ 3ara ue nuestro análisis sea real doJlamos las Kuer)as de los caJles en direcciGn opuesta$ se reali)a antes del enmallado+
+ %uego para anali)ar cada uno de los nodos reali)amos un enmallado para acertar los puntos en donde están uJicados H así ver el Kactor de seguridad H la escala de deKormaciGn en toda la torre de eléctrica 4BR2+
39
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
6+ Indicamos la opciGn de inKorme para eLtraer todos los resultados ue #emos reali)ado en este análisis estructural$ lo descargamos a ord+
8+ Una ve) descargado el análisis estructural reali)ado procedemos a revisar en las páginas del documento para ver si se oJservan errores$ H si es así tratar de corregirlas
#onclusiHn: "l estudio ue se lo #a #ec#o a la estructura$ simulando las cargas de los doce caJles a una distancia de separaciGn entre torre H torre de 7 m$ si garanti)a el soporte de estos pesos+ Con un Kactor de seguridad mínimo de 2+ $ecoendaciHn:
e deJería de reali)ar un estudio adicional$ en el cual se le simulara las cargas del viento H cargas eLternas por Kactores climáticos OnieveP$ en caso de ue en esa cuidad o lugar eLista ese KenGmeno natural+
40
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
A!E<%': 0istintos tipos H tamaNos de torres eléctricas+
3rototipo de una torre eléctrica+
41
Analisis de nodos en una torre eléctrica 4BR2 en el programa SolidWorks
)I)(I%/$A3IA &"0I.A &$ -uan+ /ipos de uniones de soldadura+ Buenos aires+ 2==4+ 72= pp+ ".:,'F"R$ Fran!+ UniGn con pasadores+ Berlín+ 3rimera ediciGn+ 2==;+ 21 pp+ /A"UC,I$ 3atricia+ Uniones con remac#es+ Bogotá+ 2==6+ 27= pp+ &UI%$ RoJert+ Uniones+ Barcelona+ "dit+ ocet#estern+ Cuarta ediciGn+ 799=+ 228 pp II0R' :RACIA$ -osé+ Fundamento 0el 0iseNo &ecánico+ Cali+ "ditorial universidad del valle+ 2==4+ 778 pp+ &AR@. :ARC@A$ -uan+ Apuntes 0el 0iseNo 0e &áuinas+ Alicante+ "ditorial cluJ universitario+ egunda ediciGn+ 2==9+ 22; pp+ C"RV"RA RUI$ &iguel+ &ecánica de estructuras+ Barcelona+ %iJro7+ 2==7+ 179 pp+ CAA.'VA BARBA$ "nric+ %a estructura de ediKicios+ &adrid+ "ditorial gamma+ 2==6+ 222 pp+ A.0R"$ C#arleson+ %a estructura como aruitecto+ &adrid+ 2==+ 2=6 pp+ :I".$ #ite+ IntroducciGn de análisis viJratorios+ Barcelona+ 2==;+ 74 pp+ C"RV"RA RUI$ &iguel+ &ecánica de estructura+ Barcelona+ %iJro2+ 2==2+ 7=4 pp+
(I!G%/$A3IA' A%/"&IR$ -osé+ 0iseNo de elementos de uniGn+ "n5 +cps+uni)ar+es+ 2=7=+ Consultado5 29X=X2=71+ 92 pp+ :'&" 0" %"'.$ FéliL+ oldadura H técnicas de uniGn+ "n5 #ttp5XXoc+um+es + 7;;9+ 29 pp+ A.'.I&'+ "structura metálicas+ "n5 +construmatica+comXconstrupediaXestructuras met\C1\Atlica+ 2=7=+ pp+ :aJriela+ "structuras metálicas+ metalicaventajas+#tml+ 2==6+ 2 pp+
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