PE-FRMO-DILT-D0121-Rev4

CONTRATO: PE-FRMO-006-Z01

DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA

INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA MOLLEPATA

PE-FRMO-DILT-D0121-Rev4

Junio de 2016 2016

DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Proyecto No.1195

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ÍNDICE DE MODIFICACIONES Índice de Revisión 00 01

Sección Modificada

Fecha Modificación JUNIO-2015 JULIO-2015

Observaciones

Versión original Cambios en nomenclatura de torres SEPTIEMBRE- Cambios de cargas 2015 y tipos de cimentaciones DICIEMBREDiseño 2015 cimentaciones torres T191N y T193N JUNIO-2016 Correcciones al informe de cimentaciones

02 03

04

REVISIÓN Y APROBACIÓN Número de revisión Responsable por elaboración

Nombre

04 Edgar Espinosa

Responsable por revisión

Firma Nombre

Juan Carlos Huertas

Firma Nombre

Alvaro Chavarro

Firma Fecha

Junio - 2016

Responsable por aprobación Director de Proyecto


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ÍNDICE DE MODIFICACIONES Índice de Revisión 00 01

Sección Modificada

Fecha Modificación JUNIO-2015 JULIO-2015

Observaciones

Versión original Cambios en nomenclatura de torres SEPTIEMBRE- Cambios de cargas 2015 y tipos de cimentaciones DICIEMBREDiseño 2015 cimentaciones torres T191N y T193N JUNIO-2016 Correcciones al informe de cimentaciones

02 03

04

REVISIÓN Y APROBACIÓN Número de revisión Responsable por elaboración

Nombre

04 Edgar Espinosa

Responsable por revisión

Firma Nombre

Juan Carlos Huertas

Firma Nombre

Alvaro Chavarro

Firma Fecha

Junio - 2016

Responsable por aprobación Director de Proyecto


PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA TABLA DE CONTENIDO Pág. 1 2

3 4 5 6

INTRODUCCIÓN 1 MATERIALES 2 CONCRETO 2 ACERO DE REFUERZO 2 ACERO ESTRUCTURAL 2 BARRAS PARA MICROPILOTES 2 MICROPILOTES EN SUELO 2 MICROPILOTES EN ROCA 3 NORMAS DE DISEÑO 4 PARÁMETROS DE DISEÑO 4 TIPOS DE TORRES 4 CARGAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN 4 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS CIMENTACIONES 7 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS CIMENTACIONES TIPO ZAPATA 7 METODOLOGÍA DE DISEÑO DE CIMENTACIONES 11 CIMENTACIONES TIPO ZAPATA 11 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD 12 DISEÑO ESTRUCTURAL 12 Diseño A Flexión Zapata 13 Verificación A Cortante Zapata 13 Verificación Punzonamiento Zapata 14 Diseño A Flexo-Tracción Pedestal 15 Diseño A Cortante Pedestal 16 CIMENTACIONES TIPO PILA CON CAMPANA Y PILA RECTA 17 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD 18 DISEÑO ESTRUCTURAL 19 CIMENTACIONES TIPO ZAPATA CON MICROPILOTES (EN SUELO, SUELOROCA Y ROCA) 25 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD 26 DISEÑO ESTRUCTURAL 27 CIMENTACIONES TIPO PILASTRA 32 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD 33 DISEÑO ESTRUCTURAL 35 Diseño Pilastra 35 CIMENTACIONES TIPO PARRILLA 40 ANALISIS DE ESTABILIDAD 41


DISEÑO ESTRUCTURAL


43

PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 6-1 Esquema cimentación tipo zapata Figura 6-2 Esquema cimentación tipo pila con campana y pila recta Figura 6-3 Esquema de análisis de estabilidad por volcamiento Figura 6-4 Diagramas de carga cortante y momento Figura 6-5 Método de Whitney Usado en el Diseño Estructural de las Pilas. Figura 6-6 Esquema cimentación tipo micropilotes. Figura 6-7 Esquema cimentación tipo pilastra Figura 6-8 Esquema análisis de estabilidad por volcamiento Figura 6-9 Diagrama de cargas cortante y momento Figura 6-10 Método de Whitney usado en el diseño estructural de pilastra. Figura 6-11 Geometría cimentación tipo parrilla. Figura 6-12 Esquema de cargas para cálculo de capacidad portante parrilla. Figura 6-13 Esquema de cargas para análisis de estabilidad al arranque en parrilla. Figura 6-14 Esquema de cargas para análisis de estabilidad al volcamiento en parrilla. Figura 6-15 Esquema de cargas sobre ángulos.


11 17 19 20 21 25 32 34 35 36 40 41 42 43 44

PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1 Cargas a nivel de cimentación línea Friaspata – Mollepata 220 kV 5 Tabla 2 Cargas a nivel de cimentación torres T191N y T193N línea Friaspata – Mollepata 220 kV 6 Tabla 3 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para zapatas 7 Tabla 4 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para zapatas torres T191N y T193N 8 Tabla 5 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pilastra en roca fracturada 8 Tabla 6 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pila con campana 8 Tabla 7 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pila recta torres T191N y T193N 9 Tabla 8 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para parrillas 9 Tabla 9 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para micropilotes 10 Tabla 10 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para micropilotes torres T191N y T193N 10


PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA ANEXOS Anexo A. Diseño de Cimentaciones Tipo Zapatas en Suelo y Roca (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv) Anexo B. Diseño de Cimentaciones Tipo Pilastras (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv) Anexo C. Diseño de Cimentaciones Tipo Pilas con Campana (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv) Anexo D. Diseño de Cimentaciones Tipo Micropilotes en Suelo-Roca y Roca (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv) Anexo E. Diseño de Cimentaciones Tipo Parrilla (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv) Anexo F. Diseño de Cimentaciones en Suelo Torres T191N y T193N (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


1

INTRODUCCIÓN

El presente informe de diseño de cimentaciones hace parte del alcance de los trabajos a realizar por CONSULTORIA COLOMBIA S.A. Para la ingeniería de detalle la cual comprende la construcción de la línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv. En el capítulo 2 se describen los materiales En el capítulo 3 se describen las normas de diseño En el capítulo 4 se describen los parámetros de diseño. En el capítulo 5 se indican los parámetros geotécnicos. En el capítulo 6 se describe la metodología utilizada en los diseños de cimentaciones.


2

MATERIALES

Las especificaciones generales de los materiales empleados se resumen a continuación.

CONCRETO Resistencia a la compresión fć = 21 MPa. Resistencia a la compresión solado fć = 14 MPa. Peso unitario: 2,4 ton/m3. Relación A/C = 0.50 Cemento tipo I Lechada para micropilotes: Resistencia a la compresión fć = 21 MPa.

ACERO DE REFUERZO ASTM A706 Esfuerzo de fluencia Fy = 420 MPa. Módulo de elasticidad Es = 200.000 MPa

ACERO ESTRUCTURAL ASTM A-572 G50 Esfuerzo de fluencia Fy = 345 MPa. Módulo de elasticidad Es = 200.000 MPa ASTM A-36 Esfuerzo de fluencia Fy = 250 MPa. Módulo de elasticidad Es = 200.000 MPa

BARRAS PARA MICROPILOTES MICROPILOTES EN SUELO DSI 38-550, o similar: Diámetro 38 mm, Fuerza máxima 550 kN Esfuerzo de fluencia Fy = 560 MPa DSI 51-660, o similar: Diámetro 51 mm, Fuerza máxima 660 kN Esfuerzo de fluencia Fy = 560 MPa


MICROPILOTES EN ROCA DSI GEWI 50, o similar: Diámetro 50 mm, Fuerza máxima 1059 kN Esfuerzo de fluencia Fy = 500 MPa Barra diámetro 1”, ASTM A706:

Esfuerzo de fluencia Fy = 420 MPa. Módulo de elasticidad Es = 200.000 MPa


3

NORMAS DE DISEÑO

Se siguieron las recomendaciones mínimas indicadas en las normas aplicables a este tipo de estructuras. Como normas de diseño se emplearon los siguientes códigos y normas: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI 318-08. Design of Latticed Steel Transmission Structures, ASCE 10-97. IEEE Std 691 Guide for Transmission Structure foundation Design and Testing. IEEE, USA, 2001.  Bengt B. Broms Lateral Resistance of Piles in Cohesionless soils. Journal of The Soils Mechanics and Foundations Division. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. USA, May 1964.  Bengt B. Broms Lateral Resistance of Piles in Cohesive soils. Journal of The Soils Mechanics and Foundations Division. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. USA, March 1964.   

4

PARÁMETROS DE DISEÑO TIPOS DE TORRES

Para la Linea de Transmisión Friaspata – Mollepata 220 Kv, se definieron 5 tipos de torres (Am, An, B, C y D), denominadas como Am 1-9, An 1 a 9, B 1 a 8, C 1 a 6 y D 1 a 4. Los números indican los rangos de cuerpos de las torres para los cuales aplica la carga. Adicionales a estas torres, se tienen las torres T191N tipo DTcn 6 y T193N tipo DTcr 6.

CARGAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN A continuación se indican las máximas cargas a nivel de cimentación, tales como cargas de compresión y arranque perpendiculares (en ejes coordenados) y en la dirección del montante para las torres, correspondientes a cada tipo de torres.


Tabla 1 Cargas a nivel de cimentación línea Friaspata – Mollepata 220 kV 1. CARGAS DE TRABAJO EN LA DIRECCION DEL MONTANTE

Cuerpo

Hipotesis Carga compresion Carga l ongitudinal Carga transversal

Hip. Fc (kN) Flc (kN) Ftc (kN)

Hipotesis Carga arranque Carga longitudinal Carga transversal

Hip. Ft (kN) Flt (kN) Ftt (kN)

Am1

Am2-4

Am5-7

Am8-9

1

2-4

5-7

8-9

T-2T-2T-2T-2NORMAL 2 NORMAL 2 NORMAL 2 NORMAL 2 VTO 45 VTO 45 VTO 45 VTO 45 266.21 285.45 303.87 328.03 7.42 6.80 9.63 10.62 2.93 4.86 8.09 9.24 T-2PT-2PT-2PT-2IPNORMAL 2 NORMAL 2 NORMAL 2 NORMAL 2 VTO 45 VTO 45 VTO 45 VTO 45 VP(-) VP(-) VP(-) VP(-) 170.33 182.68 190.23 201.35 2.86 2.95 4.48 5.22 2.32 3.05 4.56 8.80

An1

An5-7

An8-9

1

An2-4

2-4

5-7

8-9

1

B1

3-6

B3-6

5-7

B7-8

1

C1

5-6

C5-6

1-2

D1-2

3-4

D3-4

T-2

T-2

T-2

T-2

T-4

T-4

T-4

T-4

T-4

4.00

4.00

242.47 8.42 6.37

270.36 10.12 9.69

294.92 12.61 12.27

317.50 15.70 15.39

716.15 24.46 25.35

699.25 23.10 2.88

689.21 9.25 13.33

1034.37 27.02 17.75

989.87 12.56 14.72

1284.96 10.28 23.92

1242.90 14.34 7.81

T-1P

T-2P

T-2P

T-2P

T-4LI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

4L(-)

4PL(-)

164.02 1.48 1.57

173.39 3.66 4.22

185.31 4.80 5.26

193.82 5.70 6.11

574.23 24.48 8.26

547.89 16.62 17.47

534.62 13.54 8.17

766.05 13.61 16.72

739.08 11.37 6.01

1030.85 15.96 7.96

1012.35 8.47 10.46

2. CARGAS DE DISEÑO EN LA DIRECCION DEL MONTANTE

Cuerpo

Hipotesis Carga compresion Carga longitudinal Carga transversal




Pendiente montante

tan(a)

Am1

Am2-4

Am5-7

Am8-9

1

2-4

5-7

8-9


An1

An5-7

An8-9

1

An2-4

2-4

5-7

8-9

1

B1

3-6

B3-6

5-7

B7-8

1

C1

5-6

C5-6

1-2

D1-2

3-4

D3-4

T-2

T-2

T-2

T-2

T-4

T-4

T-4

T-4

T-4

4.00

4.00

529.19 19.84 17.09

596.11 24.55 24.82

652.60 30.89 31.10

703.04 38.39 38.58

1003.88 50.19 15.16

T-1P

T-2P

T-2P

T-2P

418.69 3.80 4.34

457.93 9.66 11.00

498.52 12.52 13.61

1023.82 50.13 27.02

1110.06 49.28 27.53

1420.39 34.72 26.51

1356.63 15.47 21.63

1733.67 13.65 33.50

1676.82 19.35 10.81

T-4LI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

4L(-)

4PL(-)

530.35 14.94 15.91

867.88 36.76 22.16

873.31 51.82 25.74

938.96 50.64 23.77

1028.18 17.17 23.36

997.86 14.13 9.20

1379.79 18.21 13.98

1360.05 10.59 14.46

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

Am1

Am2-4

Am5-7

Am8-9

An1

An2-4

1

2-4

5-7

8-9

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

0.09607 1.00919

3. CARGAS DE TRABAJO

Cuerpo






An5-7

An8-9

1

2-4

5-7

8-9

1

B1

3-6

B3-6

5-7

B7-8

1

C1

5-6

C5-6

1-2

D1-2

3-4

D3-4

T-2

T-2

T-2

T-2

T-4

T-4

T-4

T-4

T-4

4.00

4.00

238.87 31.36 29.31

266.03 35.68 35.24

289.89 40.46 40.12

311.67 45.64 45.34

707.17 104.83 55.02

687.51 101.24 81.02

680.92 86.64 64.05

1020.23 142.97 98.21

977.56 123.67 96.38

1258.42 200.94 166.74

1214.37 198.33 176.18

T-1P

T-2P

T-2P

T-2P

T-4LI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

4L(-)

4PL(-)

162.24 17.07 17.15

171.06 20.10 20.65

182.67 22.35 22.81

190.94 24.05 24.45

568.75 40.16 72.90

540.86 44.85 78.94

528.44 46.52 68.23

756.00 72.32 102.64

730.31 71.63 89.01

1009.13 136.94 160.85

989.60 141.46 160.39

4. CARGAS DE DISEÑO

Cuerpo





Am1

Am2-4

Am5-7

Am8-9

1

2-4

5-7

8-9


An1

An5-7

An8-9

1

An2-4

2-4

5-7

8-9

1

B1

3-6

B3-6

5-7

B7-8

1

C1

5-6

C5-6

1-2

3-4

T-2

T-2

T-2

T-2

T-4

T-4

T-4

T-4

T-4

4.00

4.00

520.89 69.88 67.13

586.03 80.85 81.12

640.81 92.45 92.66

689.38 104.62 104.81

983.92 162.01 126.98

1002.30 164.05 140.93

1087.48 172.87 151.12

1401.48 194.00 132.77

1340.12 167.78 130.67

T-1P

T-2P

T-2P

T-2P

T-4LI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

T-4PLI

4L(-)

4PL(-)

414.11 43.59 44.12

451.82 53.07 54.40

491.51 59.74 60.83

522.61 65.14 66.12

850.35 133.41 118.80

853.65 148.84 122.75

918.82 155.06 128.20

1014.47 98.13 138.66

985.76 97.91 121.23

1349.78 186.29 218.49

1329.31 190.81 215.86


D1-2

1698.07 270.93 223.78

D3-4

1638.36 267.58 237.43

Tabla 2 Cargas a nivel de cimentación torres T191N y T193N línea Friaspata – Mollepata 220 kV 1. CARGAS DE TRABAJO EN LA DIRECCION DEL MONTANTE

Cuerpo

Hipotesis Carga compresion Carga longitudinal Carga transversal Hipotesis Carga arranque Carga longitudinal Carga transversal

Hip. Fc (kN) Flc (kN) Ftc (kN) Hip. Ft (kN) Flt (kN) Ftt (kN)

DT cn 6

DTc r6

6

6

Viento Viento máximo máximo Tviento,C Tviento,C NANA409.07 499.80 9.90 8.84 8.40 1.93 237.51 8.73 8.46

281.89 11.38 9.49

DT cn 6

DTc r6

6

6

Viento máximo 45°,C BI+


616.31 21.68 19.55 459.86 17.27 17.24

735.12 10.99 7.69 0 458.86 13.17 19.79

0.17049 1.02866

0.17049 1.02866

2. CARGAS DE DISEÑO EN LA DIRECCION DEL MONTANTE

Cuerpo

Hipotesis Carga compresion Carga longitudinal Carga transversal Hipotesis Carga arranque Carga longitudinal Carga transversal Pendiente montante

Hip. Fc (kN) Flc (kN) Ftc (kN) Hip. Ft (kN) Flt (kN) Ftt (kN) tan(a)

3. CARGAS DE TRABAJO

Cuerpo



DT cn 6

DTc r6

6

6

Viento Viento máximo máximo Tviento,C Tviento,C NANA396.41 484.99 69.98 90.06 73.08 80.77 231.11 40.21 46.82

273.88 40.42 53.96

DT cn 6

DTc r6

6

6



595.66 106.00 120.51

712.36 130.54 126.51

443.64 89.30 87.37

445.46 69.17 94.77

4. CARGAS DE DISEÑO

Cuerpo




5

PARÁMETROS GEOTÉCNICOS CIMENTACIONES

A continuación se relacionan los parámetros geotécnicos que fueron considerados para el diseño de los diferentes tipos de cimentaciones. Toda la información en detalle de los parámetros geotécnicos, para todos los tipos de cimentación se especifica en el Anexo I. “Información Base” del documento: "PE-FRMODILT-I0116 Informe Estudio De Geología y Geotecnia".

PARÁMETROS GEOTÉCNICOS CIMENTACIONES TIPO ZAPATA Para línea Friaspata – Mollepata 220 kV, se entregaron prediseños geotécnicos para suelos granulares y cohesivos en condición sumergido y no sumergidos. Para esta línea se contemplaran diseños de Micropilotes en roca, suelo y sueloroca, Pilas con campana, Zapatas en suelo y roca, Pilastras y Parrillas Metálicas. A continuación se muestra un cuadro típico de parámetros geotécnicos empleado para los diseños.

Tabla 3 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para zapatas B 3 a6 0 - 4500

Tipo de Torre Número de cuerpo

Altitud Número de Golpes (Campo)

Condición de análisis Estado Ángulo de fricción [°] Carga Axial a Compresión [Ton- f ]

B 3 a6 0 - 4500

B 3 a6 0 - 4500

B 3 a6 0 - 4500

B 3 a6 0 - 4500

B 3 a6 0 - 4500

9

13

15

20

32

45

Granular

Granular

Granular

Granular

Granular

Granular

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

25.1

27.2

28.1

30.1

34

38

70.1

70.1

70.1

70.1

70.1

70.1

741.1

No Sumergido

157.2

215.2

238.1

299.3

478.1

Carga Axial a Tensión [Ton- f ]

55.1

55.1

55.1

55.1

55.1

55.1

Capacidad de carga a xial a tensión [Ton- f ]

55.2

57.8

57.8

57.8

57.8

57.8

Capacidad de carga axial a compresión [Ton- f ]

Carga Lateral [Ton- f ] Capacidad de carga lateral [Ton- f ] Ase ntamiento [mm]

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

38.5 16.1

56.7 10.6

64.7 9.1

87.2 6.7

158.2 4.0

272.7 2.7

Lado mínimo de la Zapata (m)

2.20

2.30

2.30

2.30

2.30

2.30

Profundidad mínima de la zapata (m)

3.20

3.20

3.20

3.20

3.20

3.20

Espesor mínimo de la zapata (m)

0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

Volumen Concreto (m3)

2.18

2.31

2.31

2.31

2.31

2.31

Volumen Excavación (m3)

15.49

16.93

16.93

16.93

16.93

16.93

Peso acero (Kg)

231.20

217.70

231.20

231.20

231.20

231.20

Volumen Concreto de limpieza (m3)

0.24

0.26

0.26

0.26

0.26

0.26

Volumen Relleno (m3)

13.31

14.62

14.62

14.62

14.62

14.62

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE


CUMPLE

Tabla 4 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para zapatas torres T191N y T193N Zapatas en concreto apoyadas en suel o

TRAMO FRI ASPATA - MOLLEPATA

Numero Denominación Numero de Altura N Tipo de Tramo Sumergencia de torre torre cuerpos (m.s.n.m) [Golpes/pie] Suelo

RQD [%]

Tipo de Cimentación Ver. 3

Prof. B=L min Cimentación [m] [m]

Capacidad Portante Diseño [t/m²]

1

191N

DTcn

6

0 - 4500

Seca

9

Granular

-

Zapata en concreto apoyada en suelo

1.6

2.5

20.0

1

193N

DTcr

6

0 - 4500

Seca

13

Granular

-

Zapata en concreto apoyada en suelo

1.7

2.6

20.0

Tabla 5 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pilastra en roca fracturada Tipo de to rre

D

D

D

3a4

3 a4

3a4

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

Número de cuerpo Altitud Tipo de Terreno.

III

II

I

RQD [%]

<25

25-50

50-75

f ] Soli citación de carga Axial a Compres ión [Ton-

123.8

123.8

123.8

Capacidad admisible de carga axial a compresión [Ton- f ]

155.2

225.1

261.2

Solicitación de carga Axial a Tensión [Ton- f ]

100.9

100.9

100.9

Capacidad adimisble de carga axial a tensión [Ton- f ]

102.1

101.2

102.0

Diámetro d e la pilast ra [m]

1.50

1.50

1.50

Longitud tota l mínima de la Pilastra [m]

7.10

4.40

3.80

Concreto 3.000 PSI. Cimentaciones. (Insitu) [m³]

12.55

7.78

6.72

Excavación en roca [m³]

13.43

8.66

7.60

Volumen Relleno [m ]

0.88

0.88

0.88

Relación de Esbeltez [L/D]

4.73

2.93

2.53

Localización y replanteo [UN]

1.00

1.00

1.00

1505.61

933.05

805.82

0.09

0.09

0.09

3

Acero de refuerzo. Fy = 420 MPa

[kg]

Concreto 2.500 PSI. Cimentaciones (concrelisto) [m³]

Tabla 6 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pila con campana Tipo de torre Número de cuerpo Número de Golpes (Campo) Altitud Tipo de material Condición de saturación Ángulo de fricción interna [°] Solicitación de carga Axial a Compresión [Ton- f ]

Capacidad de carga axial a compresión (Ton-f) f ] Solicitación de carga Axial a Tensión [Ton-

Capacidad de carga axial a tensión [Ton- f ] f ] Solicitación de c arga Lateral [Ton-

Capacidad de carga lateral [Ton- f ] Asentamiento máximo permisible [cm]

Asentamiento Total [cm] Diámetro de la pila [m] Diámetro de la campana [m] Altura tota l de la pila [m] Altura mínima de la campana [m] Espesor de material de descapote o inerte [m] Concreto 3.000 PSI. Cimentaciones . (Ins itu) [m³] Excavacion manual en material común [m³] Volumen aprox de relleno sobre la pila [m3 ] Localización y rep lanteo (UN) Acero de refuerzo. Fy = 420 Mpa [kg] Concreto 2.500 PSI limpieza. (Insitu) [m³]

Cohesión no drenada [Ton - f/m2]

D

D

D

D

D

D

3a4

3a4

3 a4

3 a4

3 a4

3 a4

9

13

15

20

32

45

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

Granular

Granular

Granular

Granular

Granular

Granular

No Sumergido No Sumergido No Sumergido No Sumergido No Sumergido No Sumergido 24.6 26.6 27.4 29.3 33.1 36.5 123.8 123.8 123.8 123.8 123.8 123.8 226.0 274.5 298.6 371.2 604.5 954.5 100.9 100.9 100.9 100.9 100.9 100.9 114.1 110.2 106.6 103.2 103.2 103.2 20.2 20.2 20.2 20.2 20.2 20.2 20.9 20.6 20.4 21.0 24.5 28.2 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 2.30 2.30 2.30 2.30 2.30 2.30 5.20

5.00

4.90

4.80

4.80

4.80

0.50 0.00 10.20 10.20 0.00 1.00 1223.49 0.09

0.50 0.00 9.84 9.84 0.00 1.00 1181.08 0.09

0.50 0.00 9.67 9.67 0.00 1.00 1159.88 0.09

0.50 0.00 9.49 9.49 0.00 1.00 1138.67 0.09

0.50 0.00 9.49 9.49 0.00 1.00 1138.67 0.09

0.50 0.00 9.49 9.49 0.00 1.00 1138.67 0.09

0

0

0

0


0

0

Tabla 7 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para pila recta torres T191N y T193N Sitio Número de cuerpo Altitud Condición de Saturación Condición de análisis N Ensayo SPT (Campo) Profundidad a la cual se en contró s uelo competente Ángulo de fricción Interna efectivo del suelo - Japan

DTcn

DTcr

T6

T6

0 - 4500

0 - 4500

No Sumergido No Sumergido

Torre Número de pilotes Carga Axial a Compresión [Ton- f ]

Capacidad de carga axial a compresión (Ton-f) Carga Axial a Tensión [Ton- f ]

Capacidad de carga axial a tensión [Ton- f ] Carga Lateral [Ton- f ]

Capacidad de carga lateral [Ton- f ] Asentamiento máximo admisi ble pilote i ndividual [cm]

Asentamiento elástico pilote individual [cm] Diámetro del Pilote [m] Longitud mínima total del pilote [m] Concreto 3.000 PSI. Cimentaciones. (Insitu) [m³] Excavacion mecánica en material común [m³] Volumen aprox de relleno s obre la p ila [m 3 ] Acero d e refuerzo. Fy = 420 Mpa [kg]

Tipo de material

Drenada

Drenada

9

13

0.8

0.8

25

27

DTcn

DTcr

1 39.5 81.8 23.0 23.7 0.9 19.1 2.5 1.5 1.5 4.3 7.60 8.31 0.71 911.85 Granular

1 46.5 111.7 26.6 26.8 1.1 23.7 2.5 1.2 1.5 4.6 8.13 8.84 0.71 975.46 Granular

Tabla 8 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para parrillas D 1 a2 0 - 4500

Tipo de Torre Número de cuerpo

Altitud

D 1 a2 0 - 4500

D 1 a2 0 - 4500

D 1 a2 0 - 4500

D 1 a2 0 - 4500

D 1 a2 0 - 4500

D 1 a2 0 - 4500

11

15

20

21

23

25

27

Cohesivo

Cohesivo

Cohesivo

Cohesivo

Cohesivo

Cohesivo

Cohesivo

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

No Sumergido

0.0

0

0

0

0

0

0

128.3

128.3

128.3

128.3

128.3

128.3

128.3


130.4

161.6

240.1

251.4

257.0

260.3

280.0


102.9

102.9

102.9

102.9

102.9

102.9

102.9

Capacidad de carga axial a tensión [Ton- f ]

104.9

106.3

103.5

103.5

104.9

106.3

106.3

Número de Golpes (Campo)

Condición de análisis Estado Ángulo de fricción [°] Carga Axial a Compresión [Ton- f ]

Carga Lateral [Ton- f ]

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

Asen tamiento [mm]

18.6 39.7

23.4 34.1

35.5 26.1

37.3 25.3

38.0 24.9

38.4 24.7

41.5 23.6

Lado mínimo de la Parrilla (m)

2.70

2.60

2.80

2.80

2.70

2.60

2.60

Profundidad mínima de la Parrilla (m)

4.00

4.10

3.90

3.90

4.00

4.10

4.10

-

-

-

-

-

-

-

29.16

27.72

30.58

30.58

29.16

27.72

27.72

1410.18

1340.35

1478.66

1478.66

1410.18

1340.35

1340.35

0.36

0.34

0.39

0.39

0.36

0.34

0.34

29.16

27.72

30.58

30.58

29.16

27.72

27.72

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

CUMPLE

Capacidad de carga lateral [Ton- f ]

Espesor mínimo de la Parrilla (m) Volumen Excavación (m3) Peso acero (Kg) Volumen Concreto de limpieza (m3) Volumen Relleno (m3)

CUMPLE


Tabla 9 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para micropilotes D

D

D

D

D

1 a2

1 a2

1 a2

1 a2

1 a2

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

0 - 4500

<25

25-50

50-75

75-90

90-100

250.0

951.0

1750.0

2550.0

2550.0

Tipo de torre Número de cuerpo Altitud RQD [%] Resitencia a la compresión simple [Kpa] Carga Axial a Compresión [Ton- f ]

131.0

131.0

131.0

131.0

131.0


353.8

2580.6

9172.2

27599.7

27599.7


105.1

105.1

105.1

105.1

105.1

Capacidad de carga axial a tens ión [Ton- f ]

107.8

106.3

164.5

164.5

164.5

2.4

2.4

2.4

2.4

2.4

51.1

122.6

247.9

500.4

500.4


Capacidad de carga lateral [Ton- f ] Lado de la Zapata (m)

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

Profundidad de la zapata (m)

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50


0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

Longitud Barra (m)

16.00

8.00

6.00

4.00

4.00

Diámetro Barras (in)

2.00

2.00

2.00

2.00

2.00

Diámetro Perforación (m)

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

Número de Micropilotes

3.0

3.0

3.0

3.0

Referencia DSI

Gewi 50 CUMPLE

CUMPLE

Gewi 50

Gewi 50

CUMPLE

Gewi 50

CUMPLE

CUMPLE

3.0

Gewi 50 CUMPLE

Acero de refuerzo. Fy = 420 Mpa (KG)

24.00

24.00

24.00

24.00

24.00

Concreto 3.000 PSI. Cimentaciones. (Insitu) (M3)

0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

Micropilotes en roca. Barra de acero D=1" (ML)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Micropilotes en roca. Barra Gewi 50 (ML)

48.00

24.00

18.00

12.00

12.00

Micropilotes en roca. Barra Gewi 32 (ML)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Volumen Concreto de limpieza (m3)

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

Tabla 10 Resumen Típico de Parámetros geotécnicos para micropilotes torres T191N y T193N Tipo de torre Número de cuerpo Altitud Tipo de material Condición de saturación

DTcn T6

DTcr T6

0 - 4500

0 - 4500

Granul ar Granular No Sumergido No Sumergido 9

13

Ángulo de Fricción Interna [°] Carga Axial a Compresión [Ton- f ]

25.9

28.0

39.5

46.5


41.0

47.0

Número de Golpes (Campo)


23.0

26.6

Capacidad de carga axial a tens ión [Ton- f ]

41.6

47.6


0.9

1.1

Capacidad de carga lateral [Ton- f ] Asen tamiento [mm]

2.0 2.6

2.8 2.3

Lado de la Zapata (m)

1.00

1.00

Profundidad de la zapata (m)

0.50

0.50


0.30

0.30

Longitud Barra

21.00

25.00

Diámetro Barras

2.00

2.00

Diámetro Perforación (m)

0.10

0.10

Número de Barras

1.00

1.00

Número de Micropilotes

3.0

2.0

Referencia DSI

CUMPLE

38-550

51-660

CUMPLE

CUMPLE

Concreto 3.000 PSI. Cimentaciones . (Ins itu) (M3)

0.30

Concreto 2.500 PSI limpieza. (Insitu) (M3)

0.05

0.30 0.05

A ce ro d e re fu erzo . Fy = 420 M Pa

24.00

24.00

Micropilotes en suelo. Barra 38-500 (ML)

63.00

0.00

Micropilotes en suelo. Barra 51-660 (ML)

0.00

50.00


6

METODOLOGÍA DE DISEÑO DE CIMENTACIONES CIMENTACIONES TIPO ZAPATA

La metodología utilizada permite calcular los esfuerzos de compresión en el suelo, debido a la carga axial y la excentricidad generada por las cargas horizontales en las direcciones de los ejes principales X, y Y, adicionalmente se verifica la estabilidad por arranque y volcamiento, para la condición de cargas critica. En la figura 6-1. Se indica la geometría general de la cimentación, y la disposición de las cargas actuantes, dichas cargas se deben considerar en la dirección del montante de tal forma que la carga axial sea concéntrica con la zapata.

Figura 6-1 Esquema cimentación tipo zapata

HG: D: DI:

Altura del pedestal sobre el nivel del terreno Profundidad de la cimentación Lado de zapata con espesor constante α: Ángulo de la sección acartelada LB: Lado de la zapata B: Espesor de la zapata TP: Lado del pedestal h: Profundidad del bloque de presión pasiva. F’x, F’y, F’z: Reacciones en la dirección del montante.


ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Esfuerzo Actuante Sobre El Suelo Corresponde a la presión de contacto de la zapata al nivel de la cimentación, producida por la máxima reacción a compresión de trabajo, más el peso propio de la zapata, y el peso del relleno, adicionalmente se tiene en cuenta la excentricidad causada por los momentos generados por las cargas horizontales. La verificación consiste en que dicho esfuerzo actuante sea menor a la capacidad admisible del suelo. 

max, min

e



CV  6ex 6ey   1   A  LB LB 

M

CV

Verificación Al Arranque La verificación consiste en evaluar la relación entre las cargas resistentes al arrancamiento y la máxima reacción a tracción de trabajo (Ftracc), dicha relación corresponde al factor de seguridad al arranque, el cual se estableció como 1.5. Las cargas resistentes al arranque, son el peso de la cimentación (PP), y el peso del cono de arranque (WC).  +   . . =

 

> 1.5

Verificación Al Volcamiento La verificación consiste en evaluar la relación entre los momentos estabilizadores y los momentos de vuelco producidos por las cargas externas de trabajo y evaluados en la base de la zapata. Dicha relación corresponde al factor de seguridad al volcamiento, el cual se estableció como 1.5. Los momentos estabilizadores corresponden a las fuerzas que se oponen al volteo, como lo son el peso propio de la zapata, el peso del relleno, y el bloque de presión pasiva, multiplicadas por su respectiva distancia al borde de la zapata.

DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño estructural de los elementos de la cimentación se utilizó el método de la resistencia ultima, el cual establece que la resistencia del elemento, afectada por un factor de reducción de resistencia, debe ser mayor o igual a las solicitaciones en elemento producidas de las cargas de diseño. DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Parte del diseño de los pedestales es verificar que el esfuerzo de compresión en la sección transversal, para la carga máxima de compresión (σuc = Pu/A) sea menor o igual al 10.0% de la resistencia del concreto, 0.10 f’c, esto con el fin de encontrar una dimensión mínima

de ancho de pedestal.

Diseño A Flexión Zapata Para el diseño a flexión, se considera la zapata como un elemento en voladizo, con una luz de cálculo equivalente a la distancia entre el borde de la zapata y el borde del pedestal, para el cálculo del refuerzo inferior la carga aplicada al voladizo corresponde a la presión de contacto de la zapata a nivel de fundación, calculada con las carga de compresión de diseño, y para el cálculo del refuerzo superior la carga aplicada al voladizo corresponde a la carga de tracción de diseño, distribuida en la cara superior de la zapata. Para el cálculo de la cuantía de acero se utilizó el método de Whitney, el cual establece para elementos sometidos a flexión con armadura a tracción, una distribución rectangular de los esfuerzos de compresión con un esfuerzo unitario de 0.85f’c, resolviendo las ecuaciones de

equilibrio se obtiene la siguiente expresión: 

Mu   Fy 1  0.59



 Fy  2 bd ; f ' c 

As



 bd

Donde; Mu: Momento ultimo (kN.m)  cuantía Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) b: Ancho de la sección (m) d: Altura efectiva (m) As: Área de refuerzo requerida (m2) La cuantía mínima para la zapata es: mín = 0.0018, siendo el área de refuerzo mínima: Asmín = mín*b*d.

Verificación A Cortante Zapata Para el cálculo del cortante, se considera la zapata como un elemento en voladizo, con una luz de cálculo equivalente a la distancia entre el borde de la zapata y el borde del pedestal, la carga aplicada al voladizo corresponde a la presión de contacto de la zapata a nivel de fundación, calculada con las cargas de diseño, y el cortante actuante es calculado a una distancia “d”, partiendo de este valor se obtiene el esfuerzo cortante ultimo “vu”, el cual


debe ser inferior al cortante resistente por el concreto vc.  vc

 f ' c 

6

Donde; : Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) vc: Esfuerzo resistente del concreto (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa)

Verificación Punzonamiento Zapata Para el cálculo del punzonamiento, se considera la acción del esfuerzo cortante actuando en las dos direcciones, y se evalúa a una distancia “d/2” del borde del pedestal, puede

calcularse como el área de corona (perímetro localizado a d/2 del borde de la columna) sometida a las fuerzas que actúan en ella y su respectiva sección resistente. El valor de la resistencia del concreto a cortante øVc será el menor valor de las siguientes expresiones. 

2 





 Vc   0.17 f ' c 1  bo d 

Donde b es la relación del lado largo al lado corto de la columna, la carga concentrada o el área de reacción y bo es el perímetro de la sección critica para el cortante.   s d

  2  f ' cbo d  bo 

 Vc   0.083

Donde as es 40 para columnas interiores, 30 para columnas de borde y 20 para columnas de esquina, y  Vc



 0.33 f ' cbo d

Donde; : Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) Vc: Fuerza resistente del concreto (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) La carga aplicada a la zapata corresponde a la reacción de estructura, calculada con las cargas de diseño, partiendo de este valor se obtiene la fuerza de punzonamiento último “vu”, el cual debe ser inferior al cortante resistente por el concreto Vc. DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Diseño A Flexo-Tracción Pedestal Para el diseño a flexo-tracción, se considera el pedestal como un elemento soportado en su base, el criterio de diseño es el de suministrar refuerzo longitudinal que resista la flexión generada por el momento flector en la base, y los esfuerzos de tracción en el sentido axial, la metodología se describe a continuación: Área requerida por flexión por cara: Asf

Mu 

( A



2rec )0.9 Fy

Donde; Mu: Momento ultimo (kN-m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) A: Ancho del pedestal (m) rec: Recubrimiento (m) Asf: Área de refuerzo requerida por flexión en cada cara Con el cálculo de esta fórmula se obtiene un valor aproximado del área de refuerzo a flexión. Área requerida por tracción: Ast

Tu 

0.9 Fy

Donde; Tu: tracción ultima (kN) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) Ast: Área de refuerzo requerida por tracción El área total de refuerzo suministrado será la sumatoria del área de refuerzo por flexión en cada cara y el área de refuerzo requerida por tracción. La cuantía mínima para el pedestal es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: (Asf+Ast)mín = mín*A*A.


Diseño A Cortante Pedestal Para el diseño a cortante, se considera el pedestal como un elemento soportado en su base, el criterio de diseño es el de suministrar refuerzo transversal que resista el esfuerzo cortante último que exceda al esfuerzo cortante resistente por el concreto, la metodología se describe a continuación:  vs



vu



 vc ;

 vs

 AvFy 

bwS

;

 vc

 f ' c 

6

Donde; Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) : vu: Esfuerzo cortante último (MPa) vs: Esfuerzo resistente del acero de refuerzo (MPa) vc: Esfuerzo resistente del concreto (MPa) Av: Área de refuerzo de cortante dentro de una distancia S bw: Ancho de la sección (m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) El refuerzo transversal debe espaciarse a lo largo del pedestal a una separación S que no exceda el menor de los valores de las siguientes expresiones:    

8db, de la barra longitudinal más pequeña 16db, del diámetro del estribo 1/3 de la dimensión mínima de la sección del elemento 150 mm


CIMENTACIONES TIPO PILA CON CAMPANA Y PILA RECTA La geometría para las pilas con campana consiste en una sección circular y un cuerpo recto rematando en su parte inferior ó área de apoyo con un ensanchamiento en la campana, en cuanto a su proceso constructivo, estas pilas pueden tener anillo en concreto ó uso de formaleta (madera ó metálica) la cual depende si es excavación manual o mecánica. En caso de ser excavación manual estas serán preexcavadas manualmente y vaciadas en sitio con profundidades variables que oscilan entre 1.50m y 8.00m y diámetros de 1.20m a 2.00m en su cuerpo y para la campana diámetros de 2.00m a 2.80m. Para las pilas rectas se consideró una geometría de sección circular y un cuerpo recto, en cuanto a su sistema constructivo se contempló igual al señalado en las pilas con campana. Posteriormente a cada profundidad de pila se le realizaron cuatro verificaciones para las cuales se emplearon diferentes alturas de pedestal y verificaciones desde el punto de vista geotécnico siendo estas debido a las cargas de compresión, tracción, laterales y momentos Finalmente, usando las cargas últimas, se calculó el acero de refuerzo para cada pila. . En la figura 6-2. Se indica la geometría general de ambos tipos de fundaciones y la disposición de las cargas actuantes, dichas cargas se deben considerar en la dirección del montante de tal forma que la carga axial sea concéntrica con la pila.

Figura 6-2 Esquema cimentación tipo pila con campana y pila recta

HG: HS: Dp: Dd: TP:

Altura que sobresale el pedestal Profundidad de la pila Diámetro de la pila Diámetro de la campana Lado del pedestal

F’x, F’y, F’z: Reacciones en la dirección del montante.


ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Esfuerzo Actuante Sobre El Suelo Corresponde a la presión de contacto de la pila al nivel de la cimentación, producida por la máxima reacción a compresión de trabajo (Fcomp), más el peso propio de la pila (PP), La verificación consiste en que dicho esfuerzo actuante sea menor a la capacidad admisible del suelo. comp





Fcomp



PP

Apunta

adm

 

Verificación Al Arranque La verificación consiste en evaluar la relación entre las cargas resistentes al arrancamiento y la máxima reacción a tracción de trabajo, dicha relación corresponde al factor de seguridad al arranque, el cual se estableció como 1.0. Las cargas resistentes al arranque, son el peso de la cimentación (PP), y la fricción admisible entre el suelo y la pila (fr). fr  PP

F .S . 

Ftracc

 1 .0

Verificación Por Cargas Laterales La verificación consiste en evaluar la relación entre el empuje pasivo (Rp) que actúa sobre la pila y la máxima carga lateral resultante de trabajo (FH), dicha relación se compara con un factor de seguridad, el cual se estableció como 1.5. Rp

1 

2

F .S . 

2  Hs KpDp

Rp FH



1 .5

Verificación Al Volcamiento La verificación consiste en calcular la longitud requerida de pila, de tal forma que los momentos estabilizadores y los momentos de vuelco producidos por las cargas externas de trabajo y evaluados en la base de la pila se igualen. Los momentos estabilizadores corresponden a las fuerzas que se oponen al vuelco, como lo son el peso propio de la pila (PP), el bloque de presión pasiva (Rp), y la fricción admisible (fradm), multiplicadas por su DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

respectiva distancia al punto de giro.

Figura 6-3 Esquema de análisis de estabilidad por volcamiento

Momento estabilizador por cargas verticales = CV*Dp/2 Momento estabilizador por presión pasiva= Rp*Lreq/3 Momento estabilizador por fricción ultima=Fr*2/3Dp Donde Fr=1/2*(Dp*Lreq)*Fradm Momento actuante = Fv*Dp/2+Fh (Hg+h+Lreq) Teniendo en cuenta que el momento actuante, y el momento estabilizador están en función de la longitud requerida (Lreq), se llegó a este valor de forma iterativa, el cual finalmente se verifica que la longitud adoptada de pila (Hs) sea mayor a la requerida.

DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño estructural de los elementos de la cimentación se utilizó el método de la resistencia ultima, el cual establece que la resistencia del elemento, afectada por un factor de reducción de resistencia, debe ser mayor o igual a las solicitaciones en elemento producidas de las cargas de diseño. Parte del diseño de la pila y los pedestales es verificar que el esfuerzo de compresión en la sección transversal, para la carga máxima de compresión (σuc = Pu/A) sea menor o igual al 10.0% de la resistencia del concreto, 0.10 f’c, esto con el fin de encontrar una dimensión DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

mínima del diámetro de la pila y de ancho de pedestal.

Diseño Pila Para el diseño estructural, se considera la pila como un elemento con carga lateral sin restricción contra rotación en suelos friccionantes, sometido a flexo-tracción. Partiendo de esta hipótesis se determinaron los diagramas de carga, cortante y momento.

Figura 6-4 Diagramas de carga cortante y momento

El momento máximo se presenta en el punto donde el cortante es igual a “0”, es decir cuando se iguala la fuerza lateral (Fh), al bloque de presión pasiva. Fh f



(3 fK p D p ) f / 2



0

2 Fh 

3 K p Dp

Por lo tanto el momento máximo es: 3

M max



Fh( Hg  h  f )  (3 K p D p f )( f / 2)( f / 3)  Fh( Hg  h  f ) 

 K p D p f

2

Para el diseño a flexión de las pilas se utiliza el método de Whitney en el cual se remplaza la distribución real de los esfuerzos de compresión por un equivalente de distribución rectangular con un esfuerzo unitario de 0.85fc ,que se distribuye uniformemente sobre una zona equivalente de compresión, limitada por los bordes de la DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

sección transversal y por una línea recta paralela al eje neutro a una distancia a= 0.85c de la fibra de máxima deformación sometida a compresión , que se supone igual a 0.003.

Figura 6-5 Método de Whitney Usado en el Diseño Estructural de las Pilas.

La distancia al eje neutro (c) se calcula de forma iterativa verificando que la sección se encuentre en equilibrio tanto de momento como de carga axial, entre los esfuerzos internos de acuerdo con el diagrama asumido según Whitney y los esfuerzos actuantes de carga axial y momentos calculados según el análisis estructural de la pila

 M C



 M T



M U

De dos ecuaciones anteriores se obtiene mediante iteraciones sucesivas, la distancia el eje neutro c y el área de acero requerida As. Nomenclatura: As= Área de acero requerida. E = Modulo de elasticidad.


Fy = Resistencia del acero fc= Resistencia del concreto Fu= Carga Tracción. Mu= Momento ultimo calculado según el análisis de la pila. La cuantía mínima para la pila es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: Asmín = mín*π*D^2/4. La expresión para el cálculo del cortante último resistente es: Vu=f (Vc+Vs) Vc=((fc)^0.5)*Dp*H/6 Vs= Av*fy*Dp/S Donde: H = Altura efectiva de la pila = 0.8Dp Dp= Diámetro de la pila Av= Área del refuerzo de cortante fy= Resistencia del acero. Vs= Cortante resistente del concreto. Vc=Cortante resistente del concreto. Vu= Cortante ultimo resistente. El refuerzo transversal de confinamiento debe espaciarse a lo largo del eje del elemento a una separación S que no exceda el menor de: - 6db de las barras longitudinales. (db= diámetro de la varilla longitudinal) - 150 mm.

Diseño A Flexo-Tracción Pedestal Para el diseño a flexo-tracción, se considera el pedestal como un elemento soportado en su base, el criterio de diseño es el de suministrar refuerzo longitudinal que resista la flexión generada por el momento flector en la base, y los esfuerzos de tracción en el sentido axial, la metodología se describe a continuación: Área requerida por flexión por cara: Asf 

Mu ( A  2rec )0.9 Fy

Donde; Mu: Momento ultimo (KN.m) DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Fy: A: rec: Asf:

Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) Ancho del pedestal (m) Recubrimiento (m) Área de refuerzo requerida por flexión en cada cara

Con el cálculo de esta fórmula se obtiene un valor aproximado del área de refuerzo a flexión. Área requerida por tracción: Ast

Tu 

0.9 Fy

Donde; Tu: tracción ultima (KN) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) Ast: Área de refuerzo requerida por tracción El área total de refuerzo suministrado será la sumatoria del área de refuerzo por flexión en cada cara y el área de refuerzo requerida por tracción. Esta área total debe corresponder a una cuantía mayor o igual a la cuantía mínima aplicable a pedestales que es de 0.5%. La cuantía mínima para el pedestal es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: (Asf+Ast)mín = mín*A*A.




vu



 vc ;

 vs

 AvFy 

bwS

;

 vc

 f ' c 

6

Donde; Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) : vu: Esfuerzo cortante último (MPa) vs: Esfuerzo resistente del acero de refuerzo (MPa) vc: Esfuerzo resistente del concreto (MPa) Av: Área de refuerzo de cortante dentro de una distancia S bw: Ancho de la sección (m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Resistencia a la compresión concreto (MPa)

f’c:

El refuerzo transversal debe espaciarse a lo largo del pedestal a una separación S que no exceda el menor de los valores de las siguientes expresiones:    



CIMENTACIONES TIPO ZAPATA CON MICROPILOTES (EN SUELO, SUELOROCA Y ROCA) La metodología utilizada permite calcular los esfuerzos en el suelo y análisis de estabilidad para las condiciones de servicio debido a la excentricidad generada por las cargas horizontales en las direcciones de los ejes principales X, y Y, adicionalmente se verifica el de arrancamiento o levantamiento de los micropilotes cuando se generan cargas a tracción. Para condiciones de diseño se revisa los elementos de concreto (pedestal y zapata), a condiciones de esfuerzos cortantes y flexión, en la zapata se revisa el esfuerzo de punzonamiento generado por la carga del pedestal, en el pedestal se revisa el arrancamiento del concreto generado por las barras cuando entran a tensión, se revisa la capacidad del pedestal a compresión, y se hacen los chequeos de la lámina inicialmente propuesta (aplastamiento, tensión, punzonamiento y corte simple), sin embargo esta lámina se puede ajustar de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. En la figura 6-6, se indica la geometría general de la cimentación, y la disposición de las cargas actuantes, dichas cargas se deben considerar en la dirección del montante de tal forma que la carga axial sea concéntrica con los micropilotes.

Figura 6-6 Esquema cimentación tipo micropilotes.


HG: DF: LB: B: TP: h:

Altura del pedestal sobre el nivel del terreno Profundidad de la cimentación Lado de la zapata Espesor de la zapata Lado del pedestal Profundidad del bloque de presión pasiva. F’x, F’y, F’z: Reacciones en la dirección del montante. LA: Longitud de barras de anclaje = LVS + LVR LVS: Longitud de suelo considerado en diseño geotécnico. LVR : Longitud de roca considerado en diseño geotécnico.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Esfuerzo Actuante Sobre El Suelo Corresponde a la presión de contacto de la pila al nivel de la cimentación, producida por la máxima reacción a compresión de trabajo (Fcomp), más el peso propio de la pila (PP) – la capacidad a compresión de los micropilotes (CCm), La verificación consiste en que dicho esfuerzo actuante sea menor a la capacidad admisible del suelo.  comp



Fcomp  PP  CCm Apunta

adm

 

Verificación Al Arranque La verificación consiste en evaluar la relación entre las cargas resistentes al arrancamiento y la máxima reacción a tracción de trabajo (Ftracc), dicha relación corresponde al factor de seguridad al arranque, el cual se estableció como 1.5. Las cargas resistentes al arranque, son el peso de la cimentación (PP), el peso del cono de arranque (WC) y la capacidad a tensión de los micropilotes (CTm) F .S .

Ftracc 

PP  WC



CTm



1 .5

Verificación Al Volcamiento La verificación consiste en evaluar la relación entre los momentos estabilizadores y los momentos de vuelco producidos por las cargas externas de trabajo y evaluados en la base de la zapata. Dicha relación corresponde al factor de seguridad al volcamiento, el cual se estableció como 1.5. Los momentos estabilizadores corresponden a las fuerzas que se oponen al volteo, como lo son el peso propio de la zapata y pedestal, el peso del relleno en caso que halla, y el bloque de presión pasiva, multiplicadas por su respectiva distancia al DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

borde de la zapata.

DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño estructural de los elementos de la cimentación se utilizó el método de la resistencia ultima, el cual establece que la resistencia del elemento, afectada por un factor de reducción de resistencia, debe ser mayor o igual a las solicitaciones en elemento producidas de las cargas de diseño. Parte del diseño de los pedestales es verificar que el esfuerzo de compresión en la sección transversal, para la carga máxima de compresión (σuc = Pu/A) sea menor o igual al 10.0% de la resistencia del concreto, 0.10 f’c, esto con el fin de encontrar una dimensión mínima

de ancho de pedestal. Un chequeo adicional que se realiza a la dimensión del pedestal es, verificar que el ancho suministrado sea suficiente, para que internamente se puedan conectar las barras de refuerzo del pedestal con las barras de los micropilotes mediante la platina acero. Se cumple que la dimensión de ancho de pedestal es suficiente para que la separación entre ejes de micropilotes, sea de tres veces o más el diámetro de la perforación, para que los micropilotes trabajen de manera individual y no se presente efecto de grupo. La dimensión mínima de ancho de pedestal estaría formulada dependiendo de la configuración del número de micropilotes así: (2 micropilotes) (3 micropilotes) (4 micropilotes) (5 micropilotes) (8 micropilotes) (9 micropilotes) (12 micropilotes) (16 micropilotes) Tpmín: Dp: REC:

Tpmín = 3Dp/√2 + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp*√2 + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp*2 + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp*2 + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp*3 + 0.15m + 2REC Tpmín = 3Dp*3 + 0.15m + 2REC

Ancho mínimo de la columna (pedestal). Diámetro perforación. Recubrimiento del acero.

Diseño A Flexión Zapata Para el diseño a flexión, se considera la zapata como un elemento en voladizo, con una luz de cálculo equivalente a la distancia entre el borde de la zapata y el borde del pedestal, para el cálculo del refuerzo inferior la carga aplicada al voladizo corresponde a la presión de


contacto de la zapata a nivel de fundación, calculada con las carga de compresión de diseño, y para el cálculo del refuerzo superior la carga aplicada al voladizo corresponde a la carga de tracción de diseño, distribuida en la cara superior de la zapata. Para el cálculo de la cuantía de acero se utilizó el método de Whitney, el cual establece para elementos sometidos a flexión con armadura a tracción, una distribución rectangular de los esfuerzos de compresión con un esfuerzo unitario de 0.85f’c, resolviendo las ecuaciones de

equilibrio se obtiene la siguiente expresión: 

Mu   Fy1  0.59



 Fy  2 bd ; f ' c 

As



 bd

Donde; Mu: Momento ultimo (KN.m)  cuantía Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) b: Ancho de la sección (m) d: Altura efectiva (m) As: Área de refuerzo requerida (m2) La cuantía mínima para la zapata es: mín = 0.0018, siendo el área de refuerzo mínima: Asmín = mín*b*d.

Verificación A Cortante Zapata Para el cálculo del cortante, se considera la zapata como un elemento en voladizo, con una luz de cálculo equivalente a la distancia entre el borde de la zapata y el borde del pedestal, la carga aplicada al voladizo corresponde a la presión de contacto de la zapata a nivel de fundación, calculada con las cargas de diseño, y el cortante actuante es calculado a una distancia “d”, partiendo de este valor se obtiene el esfuerzo cortante ultimo “vu”, el cual debe ser inferior al cortante resistente por el concreto vc.  vc

 f ' c 

6


Verificación Punzonamiento Zapata Para el cálculo del punzonamiento, se considera la acción del esfuerzo cortante actuando en las dos direcciones, y se evalúa a una distancia “d/2” del borde del pedestal, la carga

aplicada a la zapata corresponde a la presión de contacto a nivel de fundación, calculada DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

con las cargas de diseño, partiendo de este valor se obtiene el esfuerzo de punzonamiento ultimo “vu”, el cual debe ser inferior al cortante resistente por el concreto vc.  vc

 f ' c 

3


Diseño A Flexo-Tracción Pedestal Para el diseño a flexo-tracción, se considera el pedestal como un elemento soportado en su base, el criterio de diseño es el de suministrar refuerzo longitudinal que resista la flexión generada por el momento flector en la base, y los esfuerzos de tracción en el sentido axial, la metodología se describe a continuación: Área requerida por flexión por cara: Asf

Mu 

( A



2rec )0.9 Fy

Donde; Mu: Momento ultimo (KN.m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) A: Ancho del pedestal (m) rec: Recubrimiento (m) Asf: Área de refuerzo requerida por flexión en cada cara Con el cálculo de esta fórmula se obtiene un valor aproximado del área de refuerzo a flexión. Área requerida por tracción: Ast 

Tu 0.9 Fy

Donde; Tu: tracción ultima (KN) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) Ast: Área de refuerzo requerida por tracción El área total de refuerzo suministrado será la sumatoria del área de refuerzo por flexión en cada cara y el área de refuerzo requerida por tracción.


La cuantía mínima para el pedestal es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: (Asf+Ast)mín = mín*A*A.




vu



 vc ;

 vs

 AvFy 

bwS

;

 vc

 f ' c 

6

Donde; : Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) vu: Esfuerzo cortante último (MPa) vs: Esfuerzo resistente del acero de refuerzo (MPa) vc: Esfuerzo resistente del concreto (MPa) Av: Área de refuerzo de cortante dentro de una distancia S bw: Ancho de la sección (m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) El refuerzo transversal debe espaciarse a lo largo del pedestal a una separación S que no exceda el menor de los valores de las siguientes expresiones:    


Arrancamiento Del Concreto Se revisa la falla de arrancamiento del concreto debido al cono de tracción que genera las barras cuando están en tensión., por medio de la siguiente expresión: Para un anclaje: N cb



Anc Anco

 ed , N  c , N  cp , N N b

Para un grupo de anclajes: DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

N cb



Anc Anco

 ec , N  ed , N  c , N  cp , N N b

Donde Nb= Resistencia básica del arrancamiento del concreto en tracción de un anclaje solo Ncb= Resistencia nominal al arrancamiento del concreto de un anclaje solo Anc= Área de falla proyectada del concreto de un anclaje o un grupo de anclajes. Anco= Área de falla proyectada del concreto de un anclaje solo cuando no se encuentra limitada por la distancia al borde. Ψec, N= Factor de modificación para la resistencia a tracción de anclajes con base en la excentricidad de las cargas aplicadas. Ψed, N= Factor de modificación para la resistencia a tracción de anclajes con base en la proximidad a los bordes de elementos de concreto. Ψc, N= Factor de modificación para la resistencia a tracción de anclajes con base en presencia o ausencia de fisuras en el concreto Ψcp, N= Factor de modificación para la resistencia a tracción de anclajes pos instalados utilizado en concreto no fisura y sin refuerzo suplementario.


CIMENTACIONES TIPO PILASTRA Para la determinación de la geometría de la pilastra se partió a partir de las dimensiones recomendadas del pre-diseño geotécnico, definiendo un diámetro variable que oscilan entre 1.2m - 1.50m y profundidades variables que oscilan entre 0.8m - 3.70m. Luego, para la profundidad de pilastra escogida se realizaron diseños para cuatro alturas diferentes de pedestal, y posteriormente se verificaba desde el punto de vista geotécnico, siendo estas: cargas debido a la compresión, tracción, laterales y momentos. Finalmente, usando las cargas últimas, se calculó el acero de refuerzo de la pilastra. En la figura 6-7. Se indica la geometría general de la cimentación, y la disposición de las cargas actuantes, dichas cargas se deben considerar en la dirección del montante de tal forma que la carga axial sea concéntrica con la pilastra.

Figura 6-7 Esquema cimentación tipo pilastra

HG: h: HS: DP: TP:

Altura del pedestal sobre el nivel del terreno Altura de suelo no competente, no aporta resistencia lateral. Altura de la pilastra Diámetro de la pilastra Lado del pedestal

F’x, F’y, F’z: Reacciones en la dirección del montante.


ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Esfuerzo Actuante Sobre El Suelo Corresponde a la presión de contacto de la pila al nivel de la cimentación, producida por la máxima reacción a compresión de trabajo (Fcomp), más el peso propio de la pila (PP), La verificación consiste en que dicho esfuerzo actuante sea menor a la capacidad admisible del suelo.  comp



Fcomp



PP

Apunta



 adm

Verificación Al Arranque La verificación consiste en evaluar la relación entre las cargas resistentes al arrancamiento y la máxima reacción a tracción de trabajo, dicha relación corresponde al factor de seguridad al arranque, el cual se estableció como 1.0. Las cargas resistentes al arranque, son el peso de la cimentación (PP), y la fricción admisible entre la roca y la pila (fr). fr  PP

F .S . 

Ftracc



1 .0

Verificación Por Cargas Laterales La verificación consiste en evaluar la relación entre el empuje pasivo (Rp) que actúa sobre la pila y la máxima carga lateral resultante de trabajo (FH), dicha relación se compara con un factor de seguridad, el cual se estableció como 1.5. Rp

1 

2

F .S . 

 Hs

Rp FH

2

KpDp

 1.5

Verificación Al Volcamiento La verificación consiste en calcular la longitud requerida de pila, de tal forma que los momentos estabilizadores y los momentos de vuelco producidos por las cargas externas de trabajo y evaluados en la base de la pila se igualen. Los momentos estabilizadores corresponden a las fuerzas que se oponen al volteo, como lo son el peso propio de la pila (PP), el bloque de presión pasiva (Rp), y la fricción admisible (fradm), multiplicadas por su respectiva distancia al punto de giro.1


Figura 6-8 Esquema análisis de estabilidad por volcamiento

Momento estabilizador por cargas verticales = CV*Dp/2 Momento estabilizador por presión pasiva= Rp*Lreq/3 Momento estabilizador por fricción ultima=Fr*2/3Dp Donde Fr=1/2*(Dp*Lreq)*Fradm Momento actuante = Fv*Dp/2+Fh *Lreq+M Teniendo en cuenta que el momento actuante, y el momento estabilizador están en función de la longitud requerida (Lreq), se llegó a este valor de forma iterativa, el cual finalmente se verifica que la longitud adoptada de pila (Hs) sea mayor a la requerida.


DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño estructural de los elementos de la cimentación se utilizó el método de la resistencia ultima, el cual establece que la resistencia del elemento, afectada por un factor de reducción de resistencia, debe ser mayor o igual a las solicitaciones en elemento producidas de las cargas de diseño. Parte del diseño de la pilastra y los pedestales es verificar que el esfuerzo de compresión en la sección transversal, para la carga máxima de compresión (σuc = Pu/A) sea menor o igual al 10.0% de la resistencia del concreto, 0.10 f’c, esto con el fin de encontrar una dimensión mínima del diámetro de la pilastra y de ancho de pedestal.

Diseño Pilastra Para el diseño estructural, se considera la pila como un elemento con carga lateral sin restricción contra rotación en suelos friccionantes, sometido a flexo-tracción Partiendo de esta hipótesis se determinaron los diagramas de carga, cortante y momento.

Figura 6-9 Diagrama de cargas cortante y momento



El momento máximo se presenta en el punto donde el cortante es igual a “0”, es decir cuando se iguala la fuerza lateral (Fh), al bloque de presión pasiva.


Fh f



(3 fK p D p ) f / 2



0

2 Fh 

3 K p Dp

Por lo tanto el momento máximo es: 3

M max



Fh( Hg  h  f )  (3 K p D p f )( f / 2)( f / 3)  Fh( Hg  h  f ) 

 K p D p f

2

Para el diseño a flexión de las pilas se utiliza el método de Whitney en el cual se remplaza la distribución real de los esfuerzos de compresión por un equivalente de distribución rectangular con un esfuerzo unitario de 0.85fc ,que se distribuye uniformemente sobre una zona equivalente de compresión, limitada por los bordes de la sección transversal y por una línea recta paralela al eje neutro a una distancia a= 0.85c de la fibra de máxima deformación sometida a compresión , que se supone igual a 0.003.

Figura 6-10 Método de Whitney usado en el diseño estructural de pilastra.

La distancia al eje neutro (c) se calcula de forma iterativa verificando que la sección se encuentre en equilibrio tanto de momento como de carga axial, entre los esfuerzos internos de acuerdo con el diagrama asumido según Whitney y los esfuerzos actuantes de carga axial y momentos calculados según el análisis estructural de la pila.


 M C



 M T



M U

De dos ecuaciones anteriores se obtiene mediante iteraciones sucesivas, la distancia el eje neutro c y el área de acero requerida As. Nomenclatura: As= Área de acero requerida. E = Modulo de elasticidad. Fy = Resistencia del acero fc= Resistencia del concreto Fu= Carga Tracción. Mu= Momento ultimo calculado según el análisis de la pila. La cuantía mínima para la pilastra es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: Asmín = mín*π*D^2/4. La expresión para el cálculo del cortante último resistente es: Vu=f (Vc+Vs) Vc=((fc)^0.5)*Dp*H/6 Vs= Av*fy*Dp/S Donde: H = Altura efectiva de la pila = 0.8Dp Dp= Diámetro de la pila Av= Área del refuerzo de cortante fy= Resistencia del acero. Vs= Cortante resistente del concreto. Vc=Cortante resistente del concreto. Vu= Cortante ultimo resistente.


El refuerzo transversal de confinamiento debe espaciarse a lo largo del eje del elemento a una separación S que no exceda el menor de: - 6db de las barras longitudinales. (db= diámetro de la varilla longitudinal) - 150 mm.

Diseño a flexo-tracción pedestal Para el diseño a flexo-tracción, se considera el pedestal como un elemento soportado en su base, el criterio de diseño es el de suministrar refuerzo longitudinal que resista la flexión generada por el momento flector en la base, y los esfuerzos de tracción en el sentido axial, la metodología se describe a continuación: Área requerida por flexión por cara: Asf

Mu 

( A



2rec )0.9 Fy

Donde; Mu: Momento ultimo (KN.m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) A: Ancho del pedestal (m) rec: Recubrimiento (m) Asf: Área de refuerzo requerida por flexión en cada cara Con el cálculo de esta fórmula se obtiene un valor aproximado del área de refuerzo a flexión. Área requerida por tracción: Ast

Tu 

0.9 Fy

Donde; Tu: tracción ultima (kN) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) Ast: Área de refuerzo requerida por tracción El área total de refuerzo suministrado será la sumatoria del área de refuerzo por flexión en cada cara y el área de refuerzo requerida por tracción. La cuantía mínima para el pedestal es: mín = 0.005, siendo el área de refuerzo mínima: (Asf+Ast)mín = mín*A*A. DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA




vu



 vc ;

 vs

 AvFy 

bwS

;

 vc

 f ' c 

6

Donde; : Coeficiente de reducción de resistencia (0.85) vu: Esfuerzo cortante último (MPa) vs: Esfuerzo resistente del acero de refuerzo (MPa) vc: Esfuerzo resistente del concreto (MPa) Av: Área de refuerzo de cortante dentro de una distancia S bw: Ancho de la sección (m) Fy: Esfuerzo de fluencia Acero de refuerzo (MPa) f’c: Resistencia a la compresión concreto (MPa) El refuerzo transversal debe espaciarse a lo largo del pedestal a una separación S que no exceda el menor de los valores de las siguientes expresiones:    



CIMENTACIONES TIPO PARRILLA A continuación se indican las metodologías para realizar un análisis preliminar del dimensionamiento de las parrillas. Los diseños y planos detallados no están dentro del alcance de la consultoría. La metodología utilizada permite calcular los esfuerzos de compresión en el suelo, debido a la carga axial y la excentricidad generada por las cargas horizontales en las direcciones de los ejes principales X, y Y, adicionalmente se verifica la estabilidad por arranque y volcamiento, para la condición de carga critica. En la figura 6-6 se indica la geometría general de la parrilla, y la designación de los elementos que la conforman.

Figura 6-11 Geometría cimentación tipo parrilla.

D: Profundidad de la cimentación LB: Lado de la parrilla V: Longitud de voladizo LC: Luz central Tan(A): Pendiente del stub Sec(B): Secante ángulo entre montantes


ANALISIS DE ESTABILIDAD Esfuerzo Actuante Sobre El Suelo Corresponde a la presión de contacto de la parrilla al nivel de la cimentación, producida por la máxima reacción a compresión de trabajo (Fz), más el peso propio de la parrilla (PP), y el peso del relleno (Ws), adicionalmente se tiene en cuenta la excentricidad causada por los momentos generados por las cargas horizontales La verificación consiste en que dicho esfuerzo máximo actuante sea menor a la capacidad admisible del suelo (adm), y que el mínimo actuante sea mayor a “0”, para garantizar que siempre este contacto la parrilla con

el suelo de cimentación.

Figura 6-12 Esquema de cargas para cálculo de capacidad portante parrilla.



max

  adm   min  0

CV  6e x , y  1   max, min A  LB  CV  Fz  PP  Ws





e x , y 

M x , y

CV


LB: A: Mx,y: ex,y:

Lado de la parrilla Área bruta parrilla (LB2) momento en la base Excentricidad resultante de cargas

Verificación Al Arranque La verificación consiste en evaluar la relación entre las cargas resistentes al arrancamiento y la máxima reacción a tracción de trabajo (Ftracc), dicha relación corresponde al factor de seguridad al arranque, el cual se estableció como 1.5. Las cargas resistentes al arranque, son el peso de la cimentación (PP), y el peso del cono de arranque (WC). F .S .

Ftracc 

PP  WC



1 .5

El peso del cono de arranque se calculó a partir del peso unitario del suelo (PU), por volumen del cono de arranque, que corresponde al volumen de un tronco de pirámide (V1) calculada a partir del ángulo del cono de arranque (), calculada de acuerdo con la siguiente expresión: WC

 PU  VC



VC  D / 3 A  B



A  B



Dónde: Área de la base menor, A= Lb2 Área de la base mayor, B= (Lb+2 x D x tan(

Figura 6-13 Esquema de cargas para análisis de estabilidad al arranque en parrilla.


Verificación Al Volcamiento La verificación consiste en evaluar la relación entre los momentos estabilizadores y los momentos de vuelco producidos por las cargas externas de trabajo y evaluados en la base de la parrilla. Dicha relación corresponde al factor de seguridad al volcamiento, el cual se estableció como 1.5. Los momentos estabilizadores corresponden a las fuerzas que se oponen al volteo, como lo son el peso propio de la parrilla, el peso del relleno, y las cuñas laterales y de esquina del cono de arranque que se oponen el vuelco (Ver Figura 6-9), Multiplicadas por su respectiva distancia al borde de la parrilla.

Figura 6-14 Esquema de cargas para análisis de estabilidad al volcamiento en parrilla.

F .S . 

Mest

 1.5

Mv Mv  Fz  LB / 2  F x , y  D Mest   P  d

P: d:

Fuerza estabilizadora Distancia entre la fuerza estabilizadora y el borde de la parrilla

DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño estructural de los elementos de la parrilla se utilizó el ASCE 10-97, este método establece que la resistencia del elemento, afectada por un factor de reducción de resistencia, debe ser mayor o igual a las solicitaciones producidas de las cargas de diseño. DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV FRIASPATA-MOLLEPATA INFORME DE CIMENTACIONES DE LA LINEA DE TRANSMISION 220Kv FRIASPATA - MOLLEPATA

Diseño Ángulos Y Vigas De Apoyo Para el diseño de los ángulos y vigas de apoyos de la base de la parrilla, se considera el elemento simplemente apoyado con una luz central (Lc), y voladizos en sus extremos (V), y sometido a una carga distribuida (W) equivalente a la presión de contacto sobre el área neta de la base de la parrilla por la aferencia del elemento.

Figura 6-15 Esquema de cargas sobre ángulos.

M 1  M 2 

WV

2

2

WL C

fb  M

8

S

2



WV 2 2

 Fy

Diseño De Montantes El diseño de los montantes se realiza para la máxima carga a compresión, resultante de transformar los momentos en pares de fuerzas, más la carga a compresión distribuida en los 4 montantes que conforman la parrilla. La capacidad del montante a compresión está dada Por la siguiente expresión:


Fa: E: L: r: k:

Esfuerzo resistente de diseño a compresión Modulo de elasticidad Longitud no arriostrada Radio de giro Coeficiente de longitud efectiva


Anexo A. Diseño de Cimentaciones Tipo Zapatas en Suelo y Roca ( línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


Anexo B. Diseño de Cimentaciones Tipo Pilastras (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


Anexo C. Diseño de Cimentaciones Tipo Pilas con Campana (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


Anexo D. Diseño de Cimentaciones Tipo Micropilotes en Suelo-Roca y Roca (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


Anexo E. Diseño de Cimentaciones Tipo Parrilla (línea de transmisión Friaspata – Mollepata 220kv)


PE-FRMO-DILT-D0121-Rev4

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