ETG-A.0.10 Diseño Fundaciones Julio 2006

ESPECIFICACIONES TECNICAS GENERALES

ETG –– A.0.10

ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS Y DISEÑO DE FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS AUTOSOPORTANTES DE LINEAS DE TRANSMISION Y DE SUBESTACIONES

Julio 2006

ETG-A.0.10

ETG – A.0.10 ESPECIFICACIONES TECNICAS GENERALES ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS Y DISEÑO DE FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS AUTOSOPORTANTES DE LINEAS DE TRANSMISION Y SUBESTACIONES 01 DISPOSICIONES GENERALES 01.01 Alcance 01.02 Normas Aplicables 02 ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA SS/EE 03 ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA LINEAS DE TRANSMISION 03.01 Reconocimiento de los distintos tipos de suelos 03.02 Agrupación y Parametrización de los distintos tipos de suelos 03.03 Exploración y Ensayos de Laboratorio Geotécnico 03.04 Recomendación de tipo de fundación 04 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES AUTOSOPORTANTES PARA TORRES DE TRANSMISION 04.01 Parámetros Bases 04.02 Metodología de Cálculo 04.03 Definición de los tipos de fundación 04.04 Solicitaciones sobre las fundaciones 05 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS ALTAS DE SS/EE 05.01 Parámetros Bases 05.02 Metodología de Cálculo 05.03 Solicitaciones sobre las fundaciones 06 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE DE EQUIPOS ELECTRICOS DE SS/EE 06.01 Parámetros Bases 06.02 Metodología de Cálculo 07 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE REACTORES Y AUTOTRANSFORMADORES DE SS/EE 07.01 Parámetros Bases 07.02 Metodología de Cálculo 08 DOCUMENTOS QUE SE DEBEN ENTREGAR A TRANSELEC 08.01 Bases de Diseño 08.02 Memorias de Cálculo 08.03 Planos de Diseño 08.04 Planos de Construcción ANEXO Nº A: Estabilidad General de Fundaciones

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ETG – A.0.10 ESPECIFICACIONES TECNICAS GENERALES ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS Y DISEÑO DE FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS AUTOSOPORTANTES DE LINEAS DE TRANSMISION Y SUBESTACIONES 01 DISPOSICIONES GENERALES 01.01 Alcance 01.02 Normas Aplicables 02 ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA SS/EE 03 ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA LINEAS DE TRANSMISION 03.01 Reconocimiento de los distintos tipos de suelos 03.02 Agrupación y Parametrización de los distintos tipos de suelos 03.03 Exploración y Ensayos de Laboratorio Geotécnico 03.04 Recomendación de tipo de fundación 04 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES AUTOSOPORTANTES PARA TORRES DE TRANSMISION 04.01 Parámetros Bases 04.02 Metodología de Cálculo 04.03 Definición de los tipos de fundación 04.04 Solicitaciones sobre las fundaciones 05 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS ALTAS DE SS/EE 05.01 Parámetros Bases 05.02 Metodología de Cálculo 05.03 Solicitaciones sobre las fundaciones 06 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE DE EQUIPOS ELECTRICOS DE SS/EE 06.01 Parámetros Bases 06.02 Metodología de Cálculo 07 BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE REACTORES Y AUTOTRANSFORMADORES DE SS/EE 07.01 Parámetros Bases 07.02 Metodología de Cálculo 08 DOCUMENTOS QUE SE DEBEN ENTREGAR A TRANSELEC 08.01 Bases de Diseño 08.02 Memorias de Cálculo 08.03 Planos de Diseño 08.04 Planos de Construcción ANEXO Nº A: Estabilidad General de Fundaciones

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ESPECIFICACIONES TÉCNICAS GENERALES ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS Y DISEÑO DE FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS AUTOSOPORTANTES DE LINEAS DE TRANSMISION Y SUBESTACIONES

01.

DISPOSICIONES GENERALES

01.01 ALCANCE Esta Especificación establece las bases generales que se deberán cumplir para la elaboración de los Estudios de Mecánicas de Suelos y para el diseño de las fundaciones de las estructuras autosoportante de Líneas de Transmisión y de Subestaciones. El orden de prelación a aplicar en caso de contradicción será el siguiente:

• Especificaciones Técnicas Particulares. • La presente Especificación Técnica General ETG – A.0.10

01.02 NORMAS APLICABLES En todos aquellos puntos no explícitamente mencionados en esta Especificación, se deberán cumplir todos los requisitos de las ediciones de más reciente publicación de las siguientes Normas:

• ACI 318American Concrete Institute • ETG A.0.21 Diseño Sísmico de Estructuras de Subestaciones

02.

ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA SUBESTACIONES

Para la Subestación donde se desarrollarán las obras, se deberán ejecutar los estudios topográficos complementarios, estudios geotécnicos y ensayos de laboratorio de las muestras de suelo necesarias para asegurar el correcto desarrollo de la ingeniería de diseño y de la construcción. El ingeniero geotécnico deberá definir la cantidad, ubicación y profundidad de los pozos de exploración o calicatas, de modo de representar en forma completa las características geológicas y geotécnicas del subsuelo dentro del perímetro de las obras.

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Se deberá desarrollar un informe de Mecánica de Suelos que entregue al menos los siguientes antecedentes: 

Características geomorfológicas del área.

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Origen geológico de los suelos existentes en el área.

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Estratigrafía de los suelos existentes en el sitio entregando para cada tipo de suelo su granulometría, sus límites de Atterberg y su peso específico.



Valores de los parámetros geomecánicos de los suelos existentes en el sitio. Se debe entregar un valor de los siguientes parámetros: φ C γ E ν kV kH

= = = = = = =

Angulo de fricción interna Cohesión Peso unitario natural Módulo de elasticidad Módulo de poisson Constante de balasto vertical para una placa de 30 x 30 cm Constante de balasto horizontal para una placa de 30 x 30 cm.

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Profundidad de la napa freática.

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Para el diseño de las fundaciones se deben entregar los siguientes antecedentes geotécnicos:

• • • • • • • • • • •

Profundidad mínima de sello de fundación Tensión vertical admisible de contacto normal Tensión vertical admisible de contacto eventual Tensión horizontal admisible de contacto normal Tensión horizontal admisible de contacto eventual Peso unitario natural del suelo sobre napa Peso unitario natural del suelo bajo napa Profundidad a la cual se debe considerar el nivel de la napa Especificaciones de excavaciones Especificaciones de agotamiento Especificaciones de relleno de confinamiento de las fundaciones * Material * Colocación * Compactación * Control • Peso unitario del material de relleno bajo napa y sobre napa 4 de 31

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• • • • 

Definición de la necesidad de colocar una plataforma de suelos controlados para el lugar de emplazamiento de las obras, indicando al menos los siguientes requerimientos:

• • • • •

03.

Coeficiente de roce entre suelo y fundación Diagramas de empuje activo, pasivo y en reposo Angulo del cono de arrancamiento con respecto a la vertical Clasificación del suelo existente en el sitio según Norma Chilena NCh 2369.

Dimensiones en planta y altura de la plataforma Metodología de preparación del terreno y de los escarpes necesarios Banda granulométrica más recomendable para el relleno de la plataforma Condiciones de colocación y compactación del relleno de la plataforma Requerimientos de protección y drenaje de la plataforma

ELABORACION DEL INFORME DE MECANICA DE SUELOS PARA LINEAS DE TRANSMISION

Para el trazado por donde se construirá la línea de transmisión se debe desarrollar un informe de Mecánica de Suelos que entregue al menos los siguientes antecedentes: • • • • •

Reconocimiento de los distintos tipos de suelos Agrupación y parametrización de suelos Exploración y ensayos de laboratorio geotécnico Recomendación de tipo de fundación Informe geotécnico

03.01 RECONOCIMIENTO DE LOS DISTINTOS TIPOS DE SUELOS Se deberá realizar un recorrido de reconocimiento de los distintos tipos de suelos y de la profundidad de la napa freática a lo largo de la línea donde se ubicarán las estructuras. Este reconocimiento se podrá basar en la exploración realizada, en la observación de cortes o excavaciones en el terreno, en la formación geológica y en la experiencia del profesional que realice el reconocimiento. Este reconocimiento definirá, con la mejor precisión posible, los distintos tipos de suelos en que se apoyarán las fundaciones de las estructuras dentro de los primeros 3 m de profundidad. Además, se deberán indicar los tipos de suelos de los lugares o sectores del trazado donde las torres se ubiquen en laderas con pendientes mayores a H:V=5:1 (mayor que 11,3°).

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03.02 AGRUPACION Y PARAMETRIZACION DE LOS DISTINTOS TIPOS DE SUELOS Con el objeto de simplificar el diseño de las fundaciones de las torres y facilitar el reconocimiento de los suelos durante la construcción, se deberá realizar una agrupación o tipificación de los distintos tipos de suelos que presenten propiedades de resistencia similares. Para esto se utilizará la siguiente clasificación de suelos: Suelo tipo 1:

Roca sana moderadamente agrietada.

Suelo tipo 2:

Roca sana agrietada, roca parcialmente descompuesta firme, gravas o arenas densas cementadas. Nivel estático máximo de la napa de agua bajo nivel inferior de la fundación.

Suelo tipo 3:

Roca completamente descompuesta de consistencia firme, gravas limpias de compacidad media y alta, gravas gruesas arcillosas o limosas firmes. Nivel estático máximo de la napa de agua bajo nivel inferior de la fundación.

Suelo tipo 4:

Gravas limpias sueltas, arenas, gravas finas y arenas arcillosas o limosas, limos o arcillas de consistencia media o firme. Nivel estático máximo de la napa de agua bajo el sello de la fundación.

Suelo tipo 5:

Suelo tipo 2 con nivel estático máximo de la napa de agua a cota de sello de fundación o sobre ella.

Suelo tipo 6:

Suelo tipo 3 ó 4 con nivel estático máximo de la napa de agua a cota de sello de la fundación o sobre ella.

Suelo tipo 7:

Arenas arcillosas o limosas, limos o arcillas de consistencia media a blanda, nivel estático máximo de la napa de agua a cota de sello de la fundación o sobre ella.

El nivel estático de la napa de agua es aquel nivel máximo que ha alcanzado el agua históricamente. Este nivel es al menos el detectado en las calicatas. Esta clasificación o agrupación de suelos se podrá modificar de tal forma que se ajuste lo más fielmente a los diferentes tipos de suelos que atraviese el trazado, de manera de estandarizar los diseños de las fundaciones de las torres, en particular si se detectan suelos especiales que no estuviesen dentro de la clasificación indicada.

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Para cada uno de los tipos de suelos, se deberá definir los parámetros geomecánicos que representen la peor condición del suelo para utilizarlos en el diseño, como: • • • • • • •

ángulo de fricción interna del suelo cohesión peso unitario natural, efectivo y saturado ángulo del cono de arrancamiento módulo de reacción o coeficiente de balasto vertical y horizontal tensión admisible horizontal y vertica cualquier otro parámetro de interés para el diseño de las fundaciones

Se recomienda utilizar los siguientes parámetros para la clasificación de suelos indicada: Peso Angulo del Peso Unitario Peso Unitario Presión Presión Angulo Unitario Peso Unitario Tipo Forma CoheCono de del Hormigón del Hormigón Admisible Admisible de Suelo al del Suelo al de de sión Fricción Arranca- del al al Neta Neta Arranca- Aplastamiento Suelo Trabajo miento Arrancamiento Aplastamiento Vertical Horizontal miento 2 (t/m ) (°) (°) (t/m 2) (t/m2) (t/m2) (t/m2) (t/m2) (t/m2) 1 Anclaje 30 2.0 2.3 2.3 2.4 200 150 2 C y F 6.0 35 40 2.0 2.0 2.3 2.4 60 50 3 F 0.0 35 30 2.0 2.0 2.3 2.4 40 30 F 0.0 30 30 1.6 2.0 2.3 2.4 20 15 4 C 7.0 0 30 1.6 2.0 2.3 2.4 20 15 F 0.0 35 40 1.0 2.0 1.3 2.4 30 25 5 C 4.0 30 40 1.0 2.0 1.3 2.4 30 25 F 0.0 30 30 1.0 2.0 1.3 2.4 15 6 C 5.0 0 30 1.0 2.0 1.3 2.4 15 7 C 2.5 0 20 1.0 1.6 1.3 2.4 5 -

C: F:

Cohesivo Friccionante

En caso de utilizar otros parámetros, éstos deberán ser debidamente justificados con ensayos.

03.03 EXPLORACION Y ENSAYOS DE LABORATORIO GEOTECNICO Con el objeto de realizar un reconocimiento geotécnico, se deberá realizar una exploración del subsuelo en base a la excavación de pozos de reconocimiento.

a) Exploración geotécnica

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La exploración geotécnica se basará en la excavación de pozos de reconocimiento de 3 m de profundidad cada 1 km de trazado o cuando las condiciones del terreno lo recomienden. Para cada pozo se deberá realizar un reconocimiento de las paredes identificando los tipos de suelos y las profundidades de cada estrato. Además, se deberá realizar ensayos de densidad in situ por el método del Cono de Arena (ASTM D1556 ó NCh 1516). De cada calicata se debe extraer al menos una muestra de suelo para ser sometida a ensayos de laboratorio.

b) Ensayos de laboratorio A las muestras de suelos que se obtengan de la exploración se les deberán realizar al menos los siguientes ensayos de laboratorio:

• Granulometría (ASTM D2487) • Límites de Atterberg (límite líquido y límite plástico) (ASTM D4318 ó NCh 1517) • Humedad natural (ASTM D2216) • Peso específico de partículas (ASTM D854 y ASTM C127 ó NCh1532) La exploración y ensayos de laboratorio indicados podrán modificarse en función de las reales características del suelo a lo largo del trazado, sólo si el Inspector Jefe lo autoriza.

03.04 RECOMENDACION DE TIPO DE FUNDACION Con los antecedentes recogidos en el estudio, el ingeniero geotécnico deberá recomendar el tipo de fundación a proyectar más conveniente para cada tipo de suelo definido, como por ejemplo:

• Fundación única para la torre o fundaciones aisladas entre sí o fundaciones aisladas con vigas de amarre entre ellas. • Fundación concretada contra terreno natural inalterado. • Fundación con zapata y relleno. Deberá indicar si los materiales extraídos durante la excavación pueden ser utilizados como rellenos. • Fundaciones pilotadas. • Cualquier otra solución de fundación que cumpla con las bases de diseño.

04.

BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES AUTOSOPORTANTES PARA TORRES DE TRANSMISION

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A continuación se establecen los requisitos mínimos para el diseño de las fundaciones autosoportantes de las torres de transmisión de alta tensión y las torres de antenas de comunicación.

04.01 PARAMETROS BASES • Clasificación de los distintos tipos de suelos que se encontraron a lo largo del trazado, basado en el estudio geotécnico realizado. Los suelos deberán ser agrupados según sus parámetros geotécnicos para facilitar el diseño. Se deberá considerar distintas calidades de suelo seco y de suelo saturado o bajo agua. • Parámetros de diseño: -

Calidad del hormigón: fc’ (resistencia cilíndrica del hormigón a los 28 días). Calidad del acero de refuerzo: fy (tensión de fluencia del acero). Calidad del acero estructural que estará en contacto con la fundación. Calidad de los pernos de unión que estarán en contacto con la fundación. Cuantías mínimas de acero de refuerzo.

• Normas, códigos, etc., que se utilizarán en el dimensionamiento. En especial se utilizarán las siguientes normas y códigos: - Código ACI-318 para el diseño de hormigón armado. - Normas ASTM ó NCh para controles y ensayos asociados al suelo natural y rellenos.

• Coeficientes o factores de seguridad (FS) para aceptación del dimensiona-miento. Se deberán usar los siguientes factores de seguridad como mínimo: - Factor de seguridad mínimo al arrancamiento: 10% por sobre el FS del estado de carga asociado a la condición más desfavorable de la estructura. - La tensión de contacto máxima bajo el sello de fundación deberá ser menor o igual que la tensión admisible del suelo a esa misma profundidad.

04.02 METODOLOGIA DE CALCULO Se deberá incluir en forma detallada la metodología de cálculo con la que se dimensionarán las fundaciones de las torres. La metodología deberá incluir como mínimo:

• Verificación o dimensionamiento de la fundación por arrancamiento utilizando la hipótesis del cono de arrancamiento o cono de suelo sobre la fundación.

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• Verificación o dimensionamiento de la fundación por arrancamiento utilizando el método de Meyerhof y Adams (“The Ultimate Uplift Capacity of Foundations” del Canadian Geotechnical Journal, Vol.5, N°4). • Verificación o dimensionamiento de la fundación por compresión o aplastamiento (tensión admisible). • Verificación al punzonamiento del vástago o pedestal sobre la base o losa de fundación. • Verificación o dimensionamiento de la fundación al volcamiento y verificación de área comprimida bajo el sello de fundación en aquellas fundaciones que reciben las cargas de 2 o más patas de una torre y que estén sometidas a momentos volcantes. El área en compresión mínima será de 100% en condición de cargas permanentes y un mínimo de 80% para condición de cargas permanentes + eventuales. Esta verificación deberá hacerse de acuerdo a la metodología indicada en el Anexo A de estas ETG. Cualquier otro método que proponga el diseñador, deberá ser aprobado por el Inspector Jefe antes de su implementación.

04.03 DEFINICION DE LOS TIPOS DE FUNDACION En las bases de diseño se deberán definir todos los tipos de fundaciones que se considerarán en el proyecto, tales como:

• Fundaciones normales: Fundaciones ubicadas en terreno sin pendiente y hasta una pendiente máxima de 5(H):1(V). • Fundaciones en ladera con pendiente suave: Fundación ubicada en terreno con una pendiente mayor a 5(H):1(V) y menor o igual a 3(H):1(V). • Fundaciones en ladera con pendiente fuerte: Fundación ubicada en terreno con una pendiente mayor a 3(H):1(V) y menor o igual a 1,5(H):1(V). • Fundaciones especiales - Fundaciones en laderas con pendientes mayores a 1,5(H):1(V) deberán ser estudiadas en forma especial. - Otras fundaciones especiales como fundaciones pilotadas, etc

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04.04 SOLICITACIONES SOBRE LAS FUNDACIONES • El diseñador deberá calcular las fundaciones considerando las solicitaciones que le entregará el proyectista de las torres. Estas solicitaciones deberán estar “no mayoradas” o no aumentadas por los factores de seguridad asociados a los estados de carga de la torre. • La solicitaciones se entregarán aplicadas en la “Perforación de Referencia” ó PR. Este punto corresponde a la unión de las diagonales de las patas de la torre con los montantes de esquina de ésta. Este punto se ubica habitualmente a 10 cm como mínimo por sobre el coronamiento de la fundación. • El coronamiento de la fundación se ubicará a 20 cm como mínimo sobre el nivel de terreno. La parte superior de la fundación deberá tener la pendiente suficiente para que no se acumule agua en torno al montante o pieza de fundación.

05.

BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS ALTAS DE SS/EE

Las fundaciones de estructuras altas deberán diseñarse según lo indicado en las presentes especificaciones y considerando los tipos de suelo según el informe geotécnico de la subestación

05.01 PARAMETROS BASES • Características del tipo de suelo en que estará la estructura, de acuerdo a los parámetros geotécnicos indicados en el Estudio de Mecánica de Suelos respectivo. • Parámetros de diseño: -

Calidad del hormigón: fc’ (resistencia cilíndrica del hormigón a los 28 días). Calidad del acero de refuerzo: fy (tensión de fluencia del acero). Calidad del acero estructural que estará en contacto con la fundación. Calidad de los pernos de anclaje que estarán en contacto con la fundación. Cuantías mínimas de acero de refuerzo.

• Normas, códigos, etc., que se utilizarán en el dimensionamiento. En especial se utilizarán las siguientes normas y códigos: - Código ACI-318 para el diseño de hormigón armado. - Normas ASTM ó NCh para controles y ensayos asociados al suelo natural y rellenos, si corresponde.

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• Coeficientes o factores de seguridad (FS) para aceptación del dimensiona-miento.

05.02 METODOLOGIA DE CALCULO Las fundaciones para estructuras autosoportantes de marcos de barra y de línea podrán recibir las cargas de uno o más apoyos del pilar del marco.

a) Requisitos Geométricos El extremo superior de las fundaciones de hormigón deberá quedar al menos 20 cm sobre el terreno natural, además su parte superior deberá tener la pendiente suficiente para que no se acumule agua en torno al montante o pieza de fundación. La profundidad mínima de fundación no podrá ser inferior a 1,5 m.

b) Verificaciones En general, el diseño de estas fundaciones debe cumplir lo siguiente: -

La tensión de contacto deberá ser menor o igual a la tensión de contacto admisible definida en el informe geotécnico.

-

El área en compresión será de 100% en condición de cargas permanentes y un mínimo de 80% para condición de cargas permanentes + eventuales.

-

La resistencia total al desplazamiento, minorada, deberá ser mayor o igual a la solicitación. Para la verificación al deslizamiento de la fundación debido a las solicitaciones eventuales se deberán usar los siguientes factores de minoración de las resistencias: Resistencia por fricción: 0,77 Resistencia por cohesión: 0,33 Resistencia por empuje pasivo: 0,33

c) Diseño de Fundaciones cuya solicitación principal es la carga axial Corresponden a fundaciones independientes para cada placa o pata de apoyo de la estructura. La solicitación principal es la carga axial, que puede ser de aplastamiento o arrancamiento, el esfuerzo de corte a nivel de la superficie de la fundación es menor y el momento es nulo.

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Todas las fundaciones deberán verificarse al arrancamiento y al aplastamiento, para las condiciones de carga más desfavorables impuestas en el proyecto de las estructuras. Las fundaciones deberán dimensionarse al arrancamiento empleando los dos métodos que se describen a continuación, adoptando como factor de seguridad final el valor más bajo obtenido. Método 1: En este primer método, el cálculo se hará suponiendo que el suelo comprometido en la falla es un tronco de cono o pirámide, que forma con la vertical un ángulo β y que alcanza una altura que se medirá a partir de la superficie superior de la losa de fundación o de la superficie inferior del ensanche de ésta, si el ensanche es una zarpa hormigonada contra terreno. Método 2: En este segundo método, el cálculo se hará suponiendo que la falla se produce de acuerdo al esquema fijado por G.G. Meyerhof y J. I. Adams en la publicación “The Ultimate Uplift Capacity of Foundations”, procedimiento que se utilizará también para calcular la resistencia última del suelo de fundación, adoptando en general criterios conservadores en el caso de los suelos cohesivos. La sobrecarga o suelo que cubre al estrato resistente se la supondrá con una resistencia al corte nula y sólo se considerará su peso propio. Para los efectos de aplicación de este método, se considerarán en el cálculo los parámetros de corte y pesos unitarios para el suelo indicado en el informe de Mecánica de Suelos desarrollado para la Subestación. Se hace notar que si la base de la fundación no tiene zarpa hormigonada contra terreno y el relleno que confina la fundación no es un relleno controlado, el ángulo β es cero y la fundación se debe dimensionar considerando sólo su peso y el del relleno colocado sin control sobre la base de la fundación. Lo anterior hace recomendable diseñar la fundación disponiendo, toda vez que el suelo lo permita, una zarpa en la base de la fundación que se hormigone contra terreno natural y que siempre se especifique que el relleno sobre la base de la fundación y que confina el vástago de ella, sea controlado. En general estas fundaciones quedarán dimensionadas por la solicitación de arrancamiento, pero se deberán verificar bajo la acción de la solicitación de aplastamiento.

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En la condición de aplastamiento se debe verificar que la tensión de contacto que le transmite la fundación al suelo sobre el cual se apoya, considerando el esfuerzo normal, las cargas horizontales, el peso de la fundación y el peso del suelo sobre la zapata de fundación sea menor que la tensión admisible establecida para el suelo. Una vez seleccionadas las dimensiones y enterramiento de las fundaciones, se dimensionarán los diferentes elementos resistentes, dimensionamiento que se hará de acuerdo a las buenas prácticas de diseño y a lo establecido en la norma ACI 318 en su última versión. Se recomienda que se usen en el cálculo de las armaduras y en la verificación de las secciones de hormigón los factores de cargas establecidos en la citada norma.

d) Diseño de Fundaciones Conjuntas En caso que las estructuras sean de base angosta o que las fundaciones aisladas resulten tan grandes que se traslapen entre sí, se diseñarán “fundaciones conjuntas”. Estas podrán soportar, en una sola fundación, dos o incluso las cuatro patas de una misma estructura. La solicitación principal de las "fundaciones conjuntas" es el momento flector y el esfuerzo horizontal en una dirección principal. En general el momento flector y el esfuerzo horizontal en la dirección perpendicular a la principal, así como el esfuerzo normal de arrancamiento o de aplastamiento, es menor. Para dimensionar las "fundaciones conjuntas" considerando las solicitaciones de Aplastamiento más Volcamiento y de Arrancamiento más Volcamiento se recomienda usar la metodología expuesta en Anexo Nº A de estas especificaciones. El método expuesto en el Anexo Nº A se basa en el establecido por el Bureau of Reclamation, en su publicación "Transmission Structures" como método X-Y. Se hace notar que si la base de la fundación no tiene zarpa hormigonada contra terreno y el relleno que confina la fundación no es un relleno controlado, el ángulo β es cero y la fundación se debe dimensionar considerando sólo su peso y el del relleno colocado sin control sobre la base de la fundación. Lo anterior hace recomendable diseñar la fundación disponiendo, toda vez que el suelo lo permita, una zarpa en la base de la fundación que se hormigone contra terreno natural y que se especifique que el relleno sobre la base de la fundación y que confina el vástago de ella, sea controlado.

05.03 SOLICITACIONES SOBRE LAS FUNDACIONES

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• El diseñador deberá calcular las fundaciones considerando las solicitaciones que le entregará el proyectista de las estructuras. Estas solicitaciones deberán estar “no mayoradas” o no aumentadas por los factores de seguridad asociados a los estados de carga de la estructura. • La solicitaciones se entregarán aplicadas en la “Perforación de Referencia” ó PR. Este punto corresponde a la unión de las diagonales de las patas de la estructura con los montantes de esquina de ésta. Este punto se ubica habitualmente a 10 cm como mínimo por sobre el coronamiento de la fundación.

06.

BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE DE EQUIPOS ELECTRICOS DE SS/EE

Las fundaciones para estructuras bajas de subestaciones deberán diseñarse de acuerdo a las solicitaciones resultantes del diseño sísmico de estructuras de subestaciones que se indica en la ETG A.0.21 “Diseño Sísmico de Estructuras de Subestaciones” para estructuras con amplificaciones dinámicas importantes y considerando los tipos de suelo según el informe geotécnico de la subestación.

06.01 PARAMETROS BASES • Características del tipo de suelo en que estará la estructura, de acuerdo a los parámetros geotécnicos indicados en el Estudio de Mecánica de Suelos respectivo. • Parámetros de diseño sísmico - Intensidad sísmica de diseño - Valor del amortiguamiento - Coeficiente sísmico horizontal y vertical

• Parámetros de diseño de la fundación -


• Normas, códigos, etc., que se utilizarán en el dimensionamiento. En especial se utilizarán las siguientes normas y códigos: - Código ACI-318 para el diseño de hormigón armado. 15 de 31

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- Normas ASTM ó NCh para controles y ensayos asociados al suelo natural y rellenos, si corresponde.


06.02 METODOLOGIA DE CALCULO En general, el diseño de estas fundaciones debe cumplir lo siguiente:

• La tensión de contacto deberá ser menor o igual a la tensión de contacto admisible definida en el informe geotécnico. • El área en compresión será de 100% en condición de cargas permanentes y un mínimo de 80% para condición de cargas permanentes + eventuales. • La resistencia total al desplazamiento, minorada, deberá ser mayor o igual a la solicitación. Para la verificación al deslizamiento de la fundación debido a las solicitaciones eventuales se deberán usar los siguientes factores de minoración de las resistencias: Resistencia por fricción: 0,77 Resistencia por cohesión: 0,33 Resistencia por empuje pasivo: 0,33 Las fundaciones para estructuras de soporte de equipos eléctricos y equipos en general son fundaciones únicas y aisladas, que se recomienda dimensionar usando la metodología que se entrega en Anexo Nº A y que se basa en lo especificado como método X - Y en la publicación “Transmission Structures” del Bureau of Reclamation. En general estas fundaciones están sometidas a solicitación de aplastamiento más volcamiento. En caso de que el Informe de Mecánica de Suelos del sitio permita considerar la colaboración lateral del suelo que confina la fundación, será necesario, aún en forma más exigente que en los casos anteriores, que el relleno que confina la fundación sea controlado y debidamente especificado o que la fundación sea hormigonada contra terreno natural. En este caso, se permitirá un menor porcentaje de área comprimida siempre y cuando la tensión lateral sea menor a un medio de la tensión sobre el suelo, calculada con el coeficiente de empuje pasivo. Además el giro de la fundación no deberá superar el 1,0 %. Para considerar la colaboración lateral del suelo que confina la fundación se puede aplicar el método establecido por la "Comisión para la revisión de las Prescripciones Suizas", desarrollado por el ingeniero Sulzberger de la Comisión Suiza Federal.

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Sólo en suelos de muy mala calidad geotécnica no será factible contar con la colaboración lateral, lo que deberá quedar establecido en el correspondiente informe de Mecánica de Suelos del sitio. El dimensionamiento estructural de los elementos de hormigón armado se realizará de acuerdo a la última versión de la norma ACI 318.

07.

BASES DE DISEÑO DE FUNDACIONES DE REACTORES Y AUTOTRANSFORMADORES DE SS/EE

Las fundaciones de los autotransformadores y reactores deberán diseñarse de acuerdo a las solicitaciones resultantes del diseño sísmico de estructuras de subestaciones que se indica en la ETG A.0.21 “Diseño Sísmico de Estructuras de Subestaciones” para estructuras sin amplificaciones dinámicas de importancia y sin giro en torno de un eje horizontal al nivel de la fundación y considerando los tipos de suelo según el informe geotécnico de la subestación Estas fundaciones deberán considerar la incorporación de cajas de anclaje, cuyo diseño debe cumplir lo indicado en las Especificaciones Técnicas Particulares de cada equipo.

07.01 PARAMETROS BASES • Características del tipo de suelo en que estará la estructura, de acuerdo a los parámetros geotécnicos indicados en el Estudio de Mecánica de Suelos respectivo.

• Parámetros de diseño sísmico - Intensidad sísmica de diseño - Valor del amortiguamiento - Coeficiente sísmico horizontal y vertical

• Parámetros de diseño de la fundación -


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• Normas, códigos, etc., que se utilizarán en el dimensionamiento. En especial se utilizarán las siguientes normas y códigos: - Código ACI-318 para el diseño de hormigón armado. - Normas ASTM ó NCh para controles y ensayos asociados al suelo natural y rellenos, si corresponde.


07.02 METODOLOGIA DE CALCULO En general, el diseño de estas fundaciones debe cumplir lo siguiente:

• La tensión de contacto deberá ser menor o igual a la tensión de contacto admisible definida en el informe geotécnico. • El área en compresión será de 100% en condición de cargas permanentes y un mínimo de 80% para condición de cargas permanentes + eventuales. • La resistencia total al desplazamiento, minorada, deberá ser mayor o igual a la solicitación. Para la verificación al deslizamiento de la fundación debido a las solicitaciones eventuales se deberán usar los siguientes factores de minoración de las resistencias: Resistencia por fricción: 0,77 Resistencia por cohesión: 0,33 Resistencia por empuje pasivo: 0,33

08.

DOCUMENTOS QUE SE DEBEN ENTREGAR A TRANSELEC

El Contratista deberá entregar para a probación de TRANSELEC al menos los siguientes documentos: -

Bases de diseño de fundaciones Memorias de cálculo Planos de diseño de fundaciones Planos de detalle o de construcción de fundaciones Especificación de construcción de fundaciones

08.01 BASES DE DISEÑO Antes de comenzar con el diseño de las fundaciones (memorias de cálculo y planos), el Contratista deberá preparar las bases con las que se diseñarán las fundaciones de 18 de 31

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las estructuras, las que deberán ser enviadas a TRANSELEC para sus comentarios, previo al inicio de los diseños. Las bases de diseño deberán incluir como mínimo lo indicado en las Cláusulas 04, 05, 06 y 07 de estas ETG, según el tipo de estructura de que se trate.

08.02 MEMORIAS DE CALCULO Una vez que la Ingeniería del Contratista haya incorporado los comentarios de TRANSELEC a las bases de diseño, se podrá comenzar con el diseño propiamente tal de las fundaciones. El Contratista deberá entregar memorias de cálculo para cada fundación, las que deberán contener al menos lo siguiente:

a) Bases de diseño En las memorias de cálculo se deberán incluir las bases de diseño aprobadas en su versión final o hacer referencia al documento respectivo.

b) Estados de carga 01 Fundaciones sometidas solo a carga axial Para cada tipo de estructura se deberán definir las cargas máximas de arrancamiento y de compresión a nivel de Perforación de Referencia y el factor de seguridad asociado a dicho estado de carga máxima. 02 Fundaciones sometidas a momento volcante En el caso de fundaciones que reciben las cargas de 2 o más patas de una estructura, se deberán incluir las combinaciones de cargas resultantes sobre la fundación. En el caso de fundaciones de estructuras de soporte de equipos eléctricos, además se deberá entregar un croquis que muestre claramente la ubicación de las solicitaciones consideradas, así como el valor de cada solicitación.

c) Cálculo La memoria de cálculo deberá incluir los resultados numéricos del dimensionamiento o verificación del diseño.

d) Dimensionamiento

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La memoria de cálculo deberá incluir las dimensiones finales resultante del cálculo de la fundación diseñada, es decir, definición de la geometría y de la armadura.

e) Diseño del elemento de traspaso de cargas a la fundación 01 Fundaciones con barras de fundación o stub Estas piezas metálicas deben penetrar lo suficiente en la fundación de hormigón para traspasar los esfuerzos de tracción y compresión a las armaduras verticales del vástago o pedestal de la fundación, según lo establecido en el código ACI-318. Por facilidad constructiva es conveniente mantener en lo posible, un solo diseño de Stub por cada tipo de torre que sea utilizable en todos los tipos de suelo. De esta forma, no será necesario realizar modificaciones “in-situ” de los largos de estas piezas según los distintos tipos de suelo que se encuentren a lo largo del trazado. 02 Fundaciones con pernos de anclaje El diseño de los pernos de anclaje deberá hacerse de acuerdo a lo indicado en la ETG A.0.21 “Diseño Sísmico de Estructuras de Subestaciones”, Cláusula 02.03.a).11 y considerando aceros de las siguientes calidades y normas u otro equivalente:

− SAE 1010 o SAE 1020 − NCh 206 of 56, calidad A37-20 − NCh 203 of 77, calidad A37-24 Adicionalmente, los pernos de anclaje deberán tener resiliencia garantizada de 27 Joule, medido en ensayo Charpy V-Notch según Norma ASTM A370, a la temperatura mínima de la zona en que serán utilizados. El valor de la temperatura a que se deberá realizar el ensayo no será en ningún caso superior a 0°C. El Laboratorio donde se realicen los ensayos deberá ser propuesto por el Contratista y aprobado por TRANSELEC.

08.03 PLANOS DE DISEÑO Junto con las memorias de cálculo, se deberán presentar los planos de diseño de las fundaciones de las estructuras, donde al menos se indicará:

• Tipo de Estructura • Tipo de suelo

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• Calidad de los materiales (hormigón, acero de refuerzo, rellenos, recubrimiento mínimo, etc.) • Profundidad de fundación o enterramiento mínimo • Dimensiones generales de la fundación • Cuantías de la armadura de la fundación Los planos de diseño deberán ser entregados junto con las memorias de cálculo para la revisión de TRANSELEC.

08.04 PLANOS DE CONTRUCCION Una vez que la Ingeniería del Contratista haya incorporado los comentarios de TRANSELEC a las memorias de cálculo y los planos de diseño, se deberán presentar los planos de detalle o de construcción de las fundaciones de las estructuras, donde al menos se indicará:

• Tipo de Estructura • Tipo de suelo • Calidad de los materiales (hormigón, acero de refuerzo, rellenos, recubrimiento mínimo, etc.) • Profundidad de fundación o enterramiento mínimo • Dimensiones detalladas de las fundaciones • Disposición en planta de la fundación. Para el caso de estructuras con fundaciones independientes, se deben incluir las cuatro (4) fundaciones de la estructura indicando las separaciones entre ejes de fundaciones y entre Perforaciones de Referencia para cada alargamiento de patas si corresponde. • Detalle de la armadura de la fundación con inclusión de tablas de fierros • Cubicación de la armadura y del hormigón por estructura. • Detalle que muestre una pendiente suficiente para que no se acumule agua en torno al montante o pieza de fundación. • Especificaciones particulares que cubran todos los aspectos necesarios para la construcción de la fundación

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ANEXO Nº A ESTABILIDAD GENERAL DE FUNDACIONES A.01 INTRODUCCION Este anexo se refiere a la estabilidad general de las fundaciones de estructuras citadas en la presente ETG y está basado en lo especificado como Método X-Y en la publicación “Transmisión Structures” del Bureau of Reclamation. Estas fundaciones estarán sometidas a las solicitaciones transmitidas en su nivel basal, por los cables conductores o por los equipos (carga vertical, carga horizontal y momento). Estas solicitaciones se consideran no mayoradas. Para verificar la estabilidad general de las fundaciones se deben verificar dos condiciones:

• Verificar que la tensión de contacto máxima en el suelo no sobrepase la tensión admisible. • Verificar el volcamiento de la fundación. Para cargas normales el área comprimida de la fundación debe ser 100% y para cargas eventuales el área comprimida de la fundación debe ser mayor al 80 %. Se entiende que las cargas normales corresponden a solicitaciones permanentes y las cargas eventuales corresponden a solicitaciones esporádicas. Para verificar la tensión de contacto en el suelo se debe considerar un 75% del peso del suelo actuante sobre la fundación, mientras que para verificar el volcamiento de la fundación se debe considerar el 50% del peso del suelo sobre la fundación.

A.02 VERIFICACION DE LA TENSION DE CONTACTO MAXIMA EN EL SUELO

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

CASO 1: Carga Vertical de Compresión y excentricidades menores a un sexto de sus dimensiones en planta Para el Caso 1 se debe considerar la Figura N° 1 de 4. Se calculan las excentricidades con las siguientes expresiones: = 0,75 ⋅ W + V + C

P

ex

=

ey

=

(M x + H x ⋅ X − 0,125 ⋅ a ⋅ W ) P My

+ H y ⋅ X − 0,125 ⋅ b ⋅ W ) P

y se calcula la tensión máxima en el suelo con la siguiente expresión: σ

max

= K ⋅

P A

En que: A = Area basal = a⋅b K = Valor que se debe obtener del gráfico de la Figura Nº 4. 

CASO 2: Carga Vertical de Compresión y Resultante Usualmente Fuera del Tercio Central Para el Caso 2 se debe considerar la Figura Nº 2 de 4 Se calculan las excentricidades con las siguientes expresiones: P

= 0,75 ⋅ W + V + C

ex

=

ey

=

(M x + H x ⋅ X − 0,25 ⋅ a ⋅ W ) P My

+ H y ⋅ X − 0,25 ⋅ b ⋅ W ) P

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y se calcula la tensión máxima en el suelo con la siguiente expresión: σ

= K ⋅

P A

En que: A = Area basal = a⋅b K = Valor que se debe obtener del gráfico de la Figura Nº 4. 

CASO 3: Carga Vertical de Tracción Para el Caso 3 se debe considerar la Figura Nº 3 de 4 La tensión máxima de contacto en este caso no controla el diseño.

A.03 VERIFICACION DEL VOLCAMIENTO DE LA FUNDACION 

CASO 1: Carga Vertical de Compresión y excentricidades menores a un sexto de sus dimensiones en planta Para el Caso 1 se debe considerar la Figura N° 1 de 4. En este caso, para verificar el Volcamiento de la fundación sólo se requiere que las excentricidades calculadas en el punto A.02. Caso 1 verifiquen la siguiente relación, según sea la condición de análisis: Cargas Normales: ex a

+

ey b

≤

1

con lo cual el área comprimida es 100%

6

Cargas Eventuales: ex

≤

a 6

y

ey

≤

b 6

con lo cual el área comprimida es mayor a 80%

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CASO 2: Carga Vertical de Compresión y Resultante Usualmente Fuera del Tercio Central Para el Caso 2 se debe considerar la Figura Nº 2 de 4 Cargas Normales Sólo se consideran en este caso las fundaciones de Estructuras Altas sometidas a solicitaciones permanentes de momento importantes (ejemplo, remate de conductores) Cuando las solicitaciones son sólo en un eje se debe verificar una de las siguientes condiciones, según corresponda: W 2 W 2

⎡ M + H x ⋅ X − 0,167 ⋅ a ⋅ (V + C)⎤ ≥⎢ x ⎥ 0,50 ⋅ a ⎣ ⎦ ⎡ M + H y ⋅ X − 0,167 ⋅ b ⋅ (V + C ) ⎤ ≥⎢ y ⎥ 0,50 ⋅ b ⎣ ⎦

;ó

(1) (1)

Si la condición (1) se cumple, se asegura que el área comprimida de la fundación es igual a 100 %. Si la condición (1) no se cumple, la fundación es insuficiente para cargas normales. Cuando las solicitaciones son en ambos ejes en forma simultánea se deben verificar las siguientes condiciones: ex a

+

ey b

≤

1

(2)

6

En que: ex

=

ey

=

(M x + H x ⋅ X − 0,167 ⋅ a ⋅ W ) P

My

+ H y ⋅ X − 0,167 ⋅ b ⋅ W )

P P = 0,50 ⋅ W + V + C

Si la condición (2) se cumple, se asegura que el área comprimida de la fundación es igual a 100 %.

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Si la condición (2) no se cumple, la fundación es insuficiente para cargas normales. Cargas Eventuales Cuando las solicitaciones son sólo en un eje se debe verificar una de las siguientes condiciones, según corresponda: W 2 W 2

⎡ M + H x ⋅ X − 0,23 ⋅ a ⋅ (V + C)⎤ ≥⎢ x ⎥ 0,56 ⋅ a ⎣ ⎦ ⎡ M + H y ⋅ X − 0,23 ⋅ b ⋅ (V + C) ⎤ ≥⎢ y ⎥ 0,56 ⋅ b ⎣ ⎦

;ó

(3)

(3)

Si la condición (3) se cumple, se asegura que el área comprimida de la fundación es mayor al 80 %. Si la condición (3) no se cumple, la fundación es insuficiente. Cuando las solicitaciones son en ambos ejes en forma simultánea se debe verificar la siguiente condición: 2

2 e y ⎞ ⎛ e x ⎞ ⎛ ⎜ ⎟ + ⎜⎜ ⎟⎟ ≤ 0,23 ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠

(4)

En que: ex

=

ey

=

P

(M x + H x ⋅ X − 0,167 ⋅ a ⋅ W ) P My

+ H y ⋅ X − 0,167 ⋅ b ⋅ W ) P

= 0,50 ⋅ W + V + C

Si esta condición (4) se cumple, se asegura que el área comprimida de la fundación es mayor al 80 %. Si esta condición (4) no se cumple, la fundación es insuficiente.

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CASO 3: Carga Vertical de Tracción Para el Caso 3 se debe considerar la Figura Nº 3 de 4 Para este caso no es necesario asegurar un porcentaje mínimo de área comprimida de la fundación. Se deben verificar las siguientes condiciones: W 2 W 2

⎡ M + H x ⋅ X + 0,33 ⋅ a ⋅ (V − C)⎤ ≥ 1,25 ⋅ ⎢ x ⎥ ;y 0,67 ⋅ a ⎣ ⎦

(5)

⎡ M + H y ⋅ X + 0,33 ⋅ b ⋅ (V − C) ⎤ ≥ 1,25 ⋅ ⎢ y ⎥ 0,67 ⋅ b ⎣ ⎦

(6)

Si ambas condiciones (5) y (6) se cumplen, la fundación no presenta problemas de volcamiento. Si alguna condición (5) ó (6) no se cumple, la fundación es insuficiente.

A.04 CONSIDERACIONES ADICIONALES Para el caso de fundaciones compuestas por pilares y relleno compactado entre medio, se puede considerar que el suelo entre los pilares es “solidario” a la fundación de hormigón si la losa de apoyo es lo suficientemente rígida como para que el conjunto se comporte como cuerpo rígido. Se considera que un buen valor para el espesor de la losa para lograr esto, es un tercio de la separación libre de los pilares. En este caso, el peso C de la fundación se puede calcular como γhormigón x V1 + γsuelo x V2, donde V1 corresponde al volumen de los pilares y la losa y V2 corresponde al volumen del relleno compactado entre medio. El peso W será el peso del suelo contenido en el paralelepípedo o el peso del suelo contenido en el cono, según corresponda, menos el peso correspondiente al volumen V2 descrito en el párrafo precedente.

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