Arbol de cargas.pdf

º

Árbol de Cargas - Torre de Suspensión

º

1 GENERALIDADES. .................................... ............................................................. 3

1.1 Objeto ........................................................................................................................... 3

2 HIPÓTESIS DE CARGAS / CONDICIONES DE DISEÑO. ...... ................................ 3

2.1 Hipótesis1: Viento máximo transversal ......................................................................... 3

2.2 Hipótesis 2: Viento máximo angular .............................................................................. 3

2.3 Hipótesis 3: Viento turbulento transversal ..................................................................... 3

2.4 Hipótesis 4: Viento turbulento angular .......................................................................... 3

2.5 Hipótesis 5: Cargas de construcción y mantenimiento .................................................. 4

2.6 Hipótesis 6: Cargas de contención de fallas. ................................................................ 4

2.7 Hipótesis de cálculo ...................................................................................................... 4

2.8 Condiciones de Diseño ................................................................................................. 4

2.9 Datos de cálculos. ........................................................................................................ 5

3 CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA......................... ............................................ 5

3.1 Cargas sobre cables y estructura. ................................................................................ 5

3.2 Tiros de cables. ............................................................................................................ 7

3.2.1 Tiro de conductores ............................................................................................... 7

3.2.2 Tiro cable de guardia OPGW .................................................................................. 7

3.3 Cargas sobre puntos de amarre a estructura. ............................................................... 8

3.4 Momentos sobre base. ................................................................................................. 8

4 ÁRBOLES DE CARGA. ................................. .......................................................... 9

5 DISTANCIAS AL SUELO. .............................. ....................................................... 15

6 SELECCIÓN DEL POSTE ............................... ...................................................... 15

º

ÁRBOL DE CARGAS Estructura de Suspensión.

1 GENERALIDADES.

1.1 OBJETO La presente memoria desarrolla el cálculo de las cargas, y la verificación de la estructura poste de hormigón para las condiciones climáticas y prestaciones establecidas en la región de Neuquén, en el yacimiento petrolero, Vaca Muerta. Se toma como vano gravante y vano viento 105 m. Normativa y referencias Para el cálculo se utiliza la “REGLAMENTACIÓN DE LÍNEAS AÉREAS EXTERIORES DE MEDIA TENSIÓN Y DE ALTA TENSIÓN” edición 2003.

2 HIPÓTESIS DE CARGAS / CONDICIONES DE DISEÑO. De acuerdo a lo especificado en Pliego, se consideran las hipótesis de cálculo que se definen a continuación. Las cargas se calculan para la estructura en alineación. El coeficiente de mayoración de cargas adoptado es en todos los casos C.M.= 1.0

2.1 HIPÓTESIS1: VIENTO MÁXIMO TRANSVERSAL Carga vertical debido al peso de conductores en ambos semivanos, cadenas de aisladores y cables guardia. Peso propio de la estructura. Viento máximo transversal de 180 km/hora sobre los conductores y cables de guardia y de 200 km/h sobre la estructura, grapería y aisladores. Además se verificará la estructura tomando la carga vertical reducida al 75%.

2.2 HIPÓTESIS 2: VIENTO MÁXIMO ANGULAR Carga vertical debido al peso de conductores en ambos semivanos, cadenas de aisladores y cables guardia. Peso propio de la estructura. Viento máximo angular de 180 km/hora sobre los conductores y cables de guardia y de 200 km/h sobre la estructura, grapería y aisladores, con ángulos de incidencia de 60º y 45º respecto del eje de la línea. Además se verificará la estructura tomando la carga vertical reducida al 75%.

2.3 HIPÓTESIS 3: VIENTO TURBULENTO TRANSVERSAL Carga vertical debido al peso de conductores en ambos semivanos, cadenas de aisladores y cables guardia. Peso propio de la estructura. Viento máximo transversal de 200 km/h sobre los conductores y cables de guardia y de 200 km/h sobre la estructura, grapería y aisladores. Además se verificará la estructura considerando nulas las cargas verticales.

2.4 HIPÓTESIS 4: VIENTO TURBULENTO ANGULAR Carga vertical debido al peso de conductores en ambos semivanos, cadenas de aisladores y cables guardia. Peso propio de la estructura Viento máximo angular de 180 Km/hora sobre los conductores y cables de guardia y de 200 km/h sobre la estructura, grapería y aisladores. El viento incide con un ángulo de 60 y 45 grados respecto del eje de la línea. Nota General: En estructuras que absorben ángulos pequeños debe considerarse a- La dirección de la bisectriz del ángulo de desvío en lugar de la dirección de la línea. b- La dirección de la normal a la bisectriz del ángulo de desvio en lugar de la dirección de la normal a la línea.

º

2.5 HIPÓTESIS 5: CARGAS DE CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO Peso propio de la estructura. Peso de los accesorios, peso de ambos semivanos, de los cables de guardia y de los conductores de las 3 fases. Los pesos de cables de guardia y conductores se consideran incrementados por un factor de 2.5 y serán aplicados en uno, varios o todos los puntos de sujeción, en la combinación más desfavorable para el cálculo de la estructura. No se consideran cargas debidas al viento. Peso propio de la estructura.

2.6 HIPÓTESIS 6: CARGAS DE CONTENCIÓN DE FALLAS . a) Peso propio de la estructura y cargas permanentes. Carga longitudinal en cualquiera de los puntos de suspensión, equivalente al 50% del tiro máximo de una fase o el 70% del tiro medio (EDS), el que provoque solicitaciones más desfavorable para conductores simples ó haces de conductores. En caso del cable de guardia se aplacará el tiro máximo longitudinal reducido al 65% ó al 100% del tiro medio (EDS). No se considera viento. b) Peso propio y cargas permanentes. Cargas inerciales y desplazamientos relativos de apoyo producidos por el sismo de proyecto, no se consideran vientos.

2.7 HIPÓTESIS DE CÁLCULO A.1.1.1: Viento Máximo Transversal. A.1.2.1: Viento Máximo Oblicuo 60º. A.1.2.3: Viento Máximo Oblicuo 45º. A.1.3.1: Viento Turbulento Transversal. A.1.4.1: Viento con hielo 10 mm. A.1.5.1: Construcción y Mantenimiento. A.1.5.2: Construcción y Mantenimiento. A.1.5.3: Construcción y Mantenimiento. A.1.6.1: Rotura de Fase (Tiro Unilateral) A.1.6.2: Rotura de Fase (Tiro Unilateral)

2.8 CONDICIONES DE DISEÑO Se contemplan casos de clima como lo indica la reglamentación adoptada, esta pueden verse en siguiente tabla. WC Description Air Wind Wind Wire Wire Wire Temp Weather NESC Wire Wind Wire # Density Vel. Pres. Ice Ice Ice Load Constant Height Gust Factor Thick Density Load Factor Adjust Response (Pa/(m/s)^2)(m/s) (Pa) (cm) (daN/dm^3) (daN/m) (deg C) (daN/m) Model Factor --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 Clm1 TMAX 0.613 0 0.0 0.00 0.000 0.00 50 1.00 0.00 None 1 2 Clm2 TMIN 0.613 0 0.0 0.00 0.000 0.00 -20 1.00 0.00 None 1 3 Clm3 TC/VITMAX 0.613 50 1532.5 0.00 0.000 0.00 10 1.00 0.00 None 1 4 Clm4 TC/VITMED 0.613 32 647.5 1.00 0.882 0.00 -5 1.00 0.00 None 1 5 Clm5 TMED (EDS) 0.613 0 0.0 0.00 0.000 0.00 8 1.00 0.00 None 1

Geometría de vanos y estados de conductores. Wire Wire Cable Wind Weight Display Display Counter # Description File Span Span Weather Condition Weight Name (m) (m) Case (N) -------------------------------------------------------------------------- 1 1:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 2 1:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 3 2:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 4 2:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 5 3:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 6 3:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 7 1:Back opgw-prysmian_2 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 8 2:Ahead opgw-prysmian_2 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 9 1:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 10 1:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00

º

11 2:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 12 2:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 13 3:Back 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00 14 3:Ahead 120_20 52.50 52.52 HIP1 TMAX Creep RS 0.00

2.9 DATOS DE CÁLCULOS . Viento turbulento sobre estructuras y

accesorios vt= 200 km/h

Viento turbulento sobre conductores vct= 200 km/h

Vano gravante Vg= 105 m

Vano eólico Ve= 105 m

número de conductores por has n= 1

Diámetro conductor: dc= 0,0155 m

Diámetro conductor con hielo 10 mm: dch1= 0,0355 m

Diámetro cable de guardia (OPGW): dcgo= 0,016 m

Diámetro cable de guardia (OPGW) con hielo 10 mm: dcgoh1= 0,036 m

Peso total conductor: pc= 0,481 daN/m

Peso cable de guardia (OPGW): pcgo= 0,784 daN/m

Peso total conductor con hielo 10 mm: pch1= 1,202 daN/m

Peso cable de guardia (OPGW) con hielo 10

mm: pcgoh1= 1,519 daN/m

Peso total cadena de suspensión V: pcI= 62 daN

Superficie expuesta cadena de suspensión V: sI= 0,2 m2

constante de aplicación k= 1

3 CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA.

3.1 CARGAS SOBRE CABLES Y ESTRUCTURA . Fases de la línea

3.1.1 - Sin nieve o hielo

Peso del conductor + cadena V : 112,51 daN

Peso del cable de guardia (OPGW) : 82,32 daN

carga reducida al

Peso del conductor + cadena simple 75% : 84,38 daN

Peso del cable de guardia (OPGW) 75% : 61,74 daN

3.2.1 - Con hielo (10 mm)

Peso del conductor + cadena simple : 188,21 daN

Peso del cable de guardia (OPGW) : 159,51 daN

º

CARGAS SOBRE ESTRUCTURAS

************************************************************************************************

3.3. Viento normal sobre fase

viento normal sobre conductores : 254,30 daN

viento normal sobre cadena simple : 31,25 daN

viento normal sobre fase : 285,55 daN

viento normal sobre cable de guardia (OPGW) : 262,50 daN

3.4. Viento oblicuo sobre fase

ángulo ( α ) [grados]

viento oblicuo s/ fase 60 : 221,97 daN


viento oblicuo s/ cable de guardia (OPGW) 60 : 196,88 daN


4.5 Viento turbulento longitudinal

viento turbulento sobre cadena de aisladores simple : 38,58 daN

4.6 Viento turbulento transversal

viento turbulento sobre conductores : 313,95 daN

viento turbulento sobre cadena de aisladores simple : 38,58 daN

viento turbulento sobre fase : 352,53 daN

viento turbulento sobre cable de guardia (OPGW) : 324,07 daN

4.7 Viento turbulento oblicuo

ángulo ( α ) [grados]





4.8 Viento con hielo ( 10mm, 115 km/h, 0,9 gr/cm3)

viento normal sobre conductores : 258,85 daN

viento normal sobre cadena simple : 12,76 daN

viento normal sobre fase : 271,61 daN

viento normal sobre cable de guardia (OPGW) : 262,50 daN

4.9 Carga de Construcción y Mantenimiento

carga mayorada 250% mas

200daN

Peso da la fase 250% : 531,26 daN

Peso del cable de guardia 250% : 405,8 daN

4.10 Tiro medio (EDS) y tiro de ruptura :

Tiro de una Fase (en condición EDS) 444 daN

º

Tiro de rotura 4440 daN

Tiro de rotura reducido 50% 2220 daN

Tiro OPGW (EDS) 790 daN

Tiro de rotura 5540 daN

Tiro de rotura reducido 65% 1939 daN

4.11 Caída de torre adyacente

carga reducida al

Tiro de la fase 20% : 88,8 daN

Tiro cable de guardia 100% : daN

4.12 Peso de Estructura

Peso de poste : 6000 daN

Peso de ménsulas fase : 200 daN

Peso ménsula tierra : 110 daN

Paso Propio estructura : 6710 daN

3.2 TIROS DE CABLES .

3.2.1 Tiro de conductores La siguiente tabla, presenta los tiros de los conductores para las condiciones climáticas indicadas en el punto 2.8. ---Weather Case--- | --Cable Load-- | ----R.S. Initial Cond.--- | -----R.S. Final Cond.---- | -----R.S. Final Cond.---- | | | | -------After Creep------- | --------After Load------- | # Description | Hor. Vert Res. | Max. Hori. % R.S. | Max. Hori. % R.S. | Max. Hori. % R.S. | | -----Load----- |Tens. Tens. UL C Sag |Tens. Tens. UL C Sag |Tens. Tens. UL C Sag | | ----(daN/m)--- |(daN) (daN) (m) (m) |(daN) (daN) (m) (m) |(daN) (daN) (m) (m) | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 TMAX 0.00 0.48 0.48 313 312 7 648 2.13 299 298 7 620 2.23 299 298 7 620 2.22 2 TMIN 0.00 0.48 0.48 636 636 14 1322 1.04 578 577 13 1200 1.15 568 567 13 1179 1.17 3 TC/VITMAX 2.38 0.48 2.42 1393 1387 31 572 2.41 1392 1386 31 572 2.41 1393 1387 31 572 2.41 4 TC/VITMED 2.30 1.19 2.59 1538 1532 35 592 2.33 1538 1532 35 592 2.33 1538 1532 35 592 2.33 5 TMED (EDS) 0.00 0.48 0.48 444 443 10 922 1.50 405 405 9 841 1.64 401 400 9 831 1.66

3.2.2 Tiro cable de guardia OPGW La siguiente tabla, presenta los tiros del cable de guardia para las condiciones climáticas indicadas en el punto 2.8. ---Weather Case--- | --Cable Load-- | ----R.S. Initial Cond.--- | -----R.S. Final Cond.---- | -----R.S. Final Cond.---- | | | | -------After Creep------- | --------After Load------- | # Description | Hor. Vert Res. | Max. Hori. % R.S. | Max. Hori. % R.S. | Max. Hori. % R.S. | | -----Load----- |Tens. Tens. UL C Sag |Tens. Tens. UL C Sag |Tens. Tens. UL C Sag | | ----(daN/m)--- |(daN) (daN) (m) (m) |(daN) (daN) (m) (m) |(daN) (daN) (m) (m) | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 TMAX 0.00 0.78 0.78 563 562 6 716 1.92 502 500 5 638 2.16 563 562 6 716 1.92 2 TMIN 0.00 0.78 0.78 1090 1089 11 1389 0.99 861 860 9 1098 1.26 1090 1089 11 1389 0.99 3 TC/VITMAX 2.45 0.78 2.57 1747 1741 18 676 2.04 1602 1597 16 620 2.22 1747 1741 18 676 2.04 4 TC/VITMED 2.33 1.50 2.77 1964 1958 20 706 1.95 1799 1793 18 646 2.13 1964 1958 20 706 1.95 5 TMED (EDS) 0.00 0.78 0.78 791 790 8 1008 1.37 661 659 7 841 1.64 791 790 8 1008 1.37

º

3.3 CARGAS SOBRE PUNTOS DE AMARRE A ESTRUCTURA . Las cargas en este informe incluyen la carga de contrapesos, peso de aisladores. Corresponden a los casos de climas indicados en el punto 2.8. LC WC Load Case Wire Attach. | ----Structure Loads---- | Warnings # # Description No. Joint | Vert. Trans. Long. | Labels | ----------(N)---------- | --------------------------------------------------------------------------- 1 1 Clm1 1,2 1126 0 0 1 1 3,4 1126 0 0 1 1 5,6 1126 0 0 1 1 7,8 824 0 0 1 1 9,10 1126 0 0 1 1 11,12 1126 0 0 1 1 13,14 1126 0 0 2 2 Clm2 1,2 1125 0 0 2 2 3,4 1125 0 0 2 2 5,6 1125 0 0 2 2 7,8 823 0 0 2 2 9,10 1125 0 0 2 2 11,12 1125 0 0 2 2 13,14 1125 0 0 3 3 Clm3 1,2 1126 2804 0 3 3 3,4 1126 2804 0 3 3 5,6 1126 2804 0 3 3 7,8 824 2577 0 3 3 9,10 1126 2804 0 3 3 11,12 1126 2804 0 3 3 13,14 1126 2804 0 4 4 Clm4 1,2 1869 2546 0 4 4 3,4 1869 2546 0 4 4 5,6 1869 2546 0 4 4 7,8 1581 2450 0 4 4 9,10 1869 2546 0 4 4 11,12 1869 2546 0 4 4 13,14 1869 2546 0 5 5 Clm5 1,2 1125 0 0 5 5 3,4 1125 0 0 5 5 5,6 1125 0 0 5 5 7,8 824 0 0 5 5 9,10 1125 0 0 5 5 11,12 1125 0 0 5 5 13,14 1125 0 0

3.4 MOMENTOS SOBRE BASE . Se especifican los momentos inducidos en la línea de tierra en el centro de la estructura. Para los casos de clima indicados en el punto 2.8.

º

LC WC Load Case Vert. Trans. Long. Resultant Trans. Long. Resultant # # Description Load Shear Shear Shear Moment Moment Moment (kN) (kN) (kN) (kN) (kN-m) (kN-m) (kN-m) ---------------------------------------------------------------------------------------- 1 1 Hip1 7.578 0.000 0.000 0.000 0.002 0.000 0.002 2 2 Hip2 7.574 0.000 0.000 0.000 0.005 0.000 0.005 3 3 Hip3 7.579 19.403 0.000 19.403 239.030 0.002 239.030 4 4 Hip4 12.793 17.727 0.000 17.727 218.718 0.002 218.718 5 5 Hip5 7.576 0.000 0.000 0.000 0.003 0.000 0.003

4 ÁRBOLES DE CARGA. Los árboles que siguen debajo, se utilizarán para el cálculo de las fundaciones y del poste, excepto la condición viento turbulento transversal (A.1.3.1) que dado por su naturaleza localizada y su actuación en ráfagas, frente a la longitud del vano, se elimina la posibilidad de que la torre soporte la carga presentada, esta sirve para el cálculo mecánico del conductor.

º

5 DISTANCIAS AL SUELO.

6 SELECCIÓN DEL POSTE

Para la selección del poste se presentan y analizan los dos casos más desfavorables, Viento máximo transversal (A.1.1.1) y Rotura de fase (A.1.6.1). La condición Viento turbulento transversal (A.1.3.1) no se considera por la razón mencionada en el punto 4.

En ambos casos se llevan las cargas al momento que generan a la mitad del noyo del empotramiento (0,85 m), y luego se lo divide por la altura de la torre (17m) obteniendo el tiro equivalente, que luego multiplicándolo por un coeficiente de seguridad de 2,5, se llega a la carga límite para ser comparada con la que indican los fabricantes.

Rotura de fase, tiro unilateral (A.1.6.1): En este caso se presenta una sola carga longitudinal a la línea. Se obtiene:

Carga Dist. Momento

[daN] [m] [daN.m]

0 16.15 0

2220 14.09 31279.8

0 12.67 0

0 11.27 0

0 8.5 0

Total 31279.8

Carga equivalente [daN] 1840

Carga límite (CF = 2.5) [daN] 4600

Viento máximo transversal (A.1.1.1):

º

Se presentan 8 cargas transversales, una en el hilo de guarda, 6 cargas debido a

las fases agrupándose de a pares de misma altura para el cálculo, y una debido al viento sobre el poste. El viento sobre el poste se obtuvo según el método analítico de la CIRSOC 102, el resultado y los coeficientes utilizados se presentan a continuación:

Fuerza del Viento en el Poste

F = G . Cf . Ke . Af . qz

Qz = 1462.49 qz =0.613.kz.Kzt.Kd.V^2.I

G = 0.85 kz 1.09

Af = 7.6347 kzt 1

Cf = 1.2 kd 0.95

Ke = 0.9 V 48

I 1

F [daN] = 1025.009

Sumando este a las fuerzas presentadas en el árbol de cargas:

Carga Dist. Momento

[daN] [m] [daN.m]

262.5 16.15 4239.375

571 14.09 8045.39

571 12.67 7234.57

571 11.27 6435.17

1025.009 8.5 8713

Total 34667.08

Carga equivalente [daN] 2039

Carga límite (CF = 2.5) [daN] 5098

En el segundo caso analizado se obtiene el mayor tiro equivalente que multiplicando por

2,5 (coeficiente de seguridad adoptado) resulta 5098 daN. Comparando con la tabla de un fabricante se selecciona un poste de 17m con carga límite de 5100 daN, que para en este caso es de 39 cm de diámetro en la cima del poste.

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