DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN Mecánica de sólidos II Universidad nacional del callao Alumno: Malqui alayo Franz Kennedy Fecha de entrega: 28/06/2012

DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

Mecánica de sólidos II Página 1

I. INTRODUCCION

Los postes en definición son soportes dentro de la parte eléctrica y también son parte de la

iluminación o son usados para mostrar carteles, el poste en estos tiempos se ha vuelto

multidimensional ya que es utilizado dentro de muchas ramas no solamente la eléctrica.

No existe una fecha específica desde cuando se empieza a utilizar los postes dentro de

nuestra vida, o sociedad en todo caso, pero orientándonos a la parte eléctrica, podemos

decir que los postes nacen con la electricidad ya que su función principal es ser de soporte

para cables, dieléctricos, etc ya sea en la actualidad de electricidad o de telefonía o

cualquier parte electrónica.

Pero no solamente los postes son orientados hacia la parte eléctrica, hay postes de

madera, de concreto, de acero y de muchos materiales tomando cada material

dependiendo para que fuera utilizado.

II. OBJETIVO

Verificar si los cálculos obtenidos por el método de resistencia, rigidez.

Aplicar lo aprendido en clase para poder diseñas cimentación y posibles dimensiones de

postes.

Verificar si es posible que al instalar un poste el suelo soportara el peso.

Comparar los esfuerzos.

Calcular las posibles opciones que se daría a un poste debido a fuerzas excesivas que harían

que este no soporte o se desequilibre, y buscar una solución mediante la utilización de cables



III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Postes de Concreto Armado:

Los postes serán de concreto armado centrifugado y deberán cumplir en todo lo que se refiere

al proceso de elaboración, requisito de acabado, coeficiente de seguridad, tolerancia,

extracción de muestras, métodos de ensayo, etc., con las siguientes Normas: NTP 341.031,

NTP 339.027 Postes de hormigón (concreto) armado para líneas aéreas.tendrán las siguientes

características técnicas:

- Longitud (m) : 12

- Diámetro en el vértice (mm) : 180

- Diámetro en la base (mm) : 375

- Carga de rotura en la punta (Kg) : 400

- Coeficiente de seguridad : 2

Las Retenidas y Anclajes se instalarán en las estructuras de ángulo, terminal y retención con la finalidad de compensar las cargas mecánicas que las estructuras no puedan soportar por sí solas.

El ángulo que forma el cable de retenida con el eje del poste no deberá ser menor de 37º.Los

cálculos mecánicos de las estructuras y las retenidas se efectuarán considerando este ángulo

mínimo. Valores menores producirán mayores cargas en las retenidas y transmitirán mayor

carga de comprensión al poste.

Las retenidas y anclajes estarán compuestos por los siguientes elementos:

Cable de acero galvanizado de 3/8”

Varillas de anclaje con ojal – guardacabo; inc. Arandela de anclaje.

Mordazas preformadas

Perno con ojal - guardacabo para fijación de poste

Aislador de tracción 54-2

Bloque de concreto armado.



POSTES DE MADERA

Código: NTP 251.021:2008

Título: POSTES DE MADERA PARA LINEAS AEREAS DE CONDUCCION DE ENERGIA. Glosario. 2a. ed.

Publicado: 2008/10/26

Resumen: La presente Norma Técnica Peruana establece el glosario de términos relativos a postes de madera para líneas aéreas de conducción de energía.

Reemplaza a: NTP 251.021 1979

I.C.S: 79.080 Madera semi-elaborada

ALCANCE:

Estas especificaciones cubren las condiciones técnicas requeridas para el dimensionamiento,

definición de propiedades, fabricación, tratamiento, pruebas y entrega de postes de madera

de procedencia extranjera que se utilizarán en las Redes

Secundarias.

http://www.indecopi.gob.pe/0/modulos/TIE/TIE_BuscarProductos.aspx?TXT=79.080&TIPO=0



IV. PROBLEMA

1. Efectuar el diseño de la cimentación de un poste de concreto armado para 3 tipos de

suelos :

(Lima)

(Sierra)

(Selva) con presencia con agua a nivel natural del terreno (N.N.T)

Cuyas características del poste son:

El diámetro superior del poste es:

El diámetro inferior del poste es:

El diámetro del agujero del poste es:

Fffff figura 1



SOLUCIÓN

Primero calculamos la altura total (h) del poste y la altura del empotramiento (he).

Según el código nacional de electricidad; norma Nº DGE 015-PD-1

PARA POSTES DE CONCRETO ARMADO con :

.

para postes con cimentación.

Calculamos la altura del poste (h) considerando que el poste dado es simplemente

enterrado y la altura hallada no variara en cada caso.

Vemos de la figura

Con la altura hallada calculamos para cada uno de los casos.

Fffff figura 2



ANÁLISIS EN EL SUELO DE LIMA

A. hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

>> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo:

>> Hallando el volumen del poste

>> Hallando el área de contacto del poste

>> Hallando el esfuerzo de la ecuación ( )

Fffff figura 3



>> comparamos ( ) q ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de lima

”

ANÁLISIS EN EL SUELO DE LA SIERRA

I. Hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

Según norma he=

Hacemos los mismos cálculos como el caso anterior y nos sale la misma cantidad de

esfuerzo.

Fffff figura 4



>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de la

sierra.

”

II. Hipótesis “poste si necesita cimentación” Veamos:

Como necesítanos cimentación la altura (he) varia de según norma

Vemos que variaría la luz libre del poste de pero la altura del

poste permanece constante.

Fffff figura 5



Para poder seguir con los cálculos debemos hallar el diámetro del poste al nivel de

suelo. Para eso hacemos semejanza de triángulos con vemos en la figura 9.

Fffff figura 6 Fffff figura 7




De la figura 9 en el triangulo sombreado calculemos “Y”

Entonces el diámetro del poste al nivel del suelo es:

0.09 m

>> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo:

>> Hallando el volumen del poste y cimiento

>> Para el cimiento

Donde: ; 0.09 m; ;

Fffff figura 10



>> Hallando el área de contacto


Como queremos que no se hunda el suelo de debe cumplir:

Igualando expresiones

Operando

Diámetro mínima considerar



VERIFICANDO EL ESFUERZO EN LA ECU. (C)

CUMPLE LA COMPARACIÓN

Como cumple pero como vemos esta es el D mínimo por seguridad

tómanos un mayor diámetro.

Utilizamos excel

DIAMETRO Kgf/m^2 Kgf/cm^2

0,4461 9998,11919 0,99981192

0,4561 9631,94794 0,96319479

0,4661 9290,60775 0,92906077

0,4761 8971,87325 0,89718732

0,4861 8673,76589 0,86737659

0,4961 8394,52147 0,83945215

0,5061 8132,56253 0,81325625

0,5161 7886,47492 0,78864749

0,5261 7654,98773 0,76549877

”



ANÁLISIS EN EL SUELO DE SELVA

Nota:

NNT al nivel de suelo no indica q el nivel friático es CERO.

Existe un empuje del agua hacia el poste.

I. hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

>> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo: 8.17 m

>> Hallando el volumen del poste con el efecto del agua

>> Hallando el área de contacto del poste

Fffff figura 11



>> Hallando el volumen del poste sumergido

Para hallar el volumen sumergido debemos hallar “r” para luego hallar hacemos:

8.17m 7 m

De la figura 13 en el triangulo sombreado calculemos “x”

Entonces el diámetro del poste al nivel del suelo es:

0.086 m


Fffff figura 14



Recuerda: ; ; 0.086 m


Donde

>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de la selva

”



II. Hipótesis “poste si necesita cimentación” Veamos:

Como necesítanos cimentación la altura (he) varia de según norma

Vemos que variaría la luz libre del poste

de pero la altura del

poste permanece constante.

Tenemos:

>> vemos que para como para a he=0.817 es la misma que el caso

anterior (sierra)

Donde: ; 0.09 m; ;

Fffff figura 15

Fffff figura 16



>> Hallando el área de contacto

>> Ahora calculamos el volumen sumergido para una luz de 7.353m.

>> En la ecuación:

Reemplazamos:

>> Como queremos que no se hunda el suelo de debe cumplir:

>> Igualando expresiones



Operando

….MÍNIMO DIÁMETRO A CONSIDERAR

VERIFICANDO EL ESFUERZO

CUMPLE LA COMPARACIÓN

Como cumple pero como vemos esta es el D mínimo por seguridad

tómanos un mayor diámetro.

Utilizamos excel

DIAMETRO Kgf/m^2 Kgf/cm^2

0,63505 4999,98985 0,49999899

0,64505 4878,23369 0,48782337

0,65505 4762,18848 0,47621885

0,66505 4651,50001 0,46515

0,67505 4545,84131 0,45458413

0,68505 4444,91015 0,44449101

0,69505 4348,42679 0,43484268

0,70505 4256,13202 0,4256132

0,71505 4167,78534 0,41677853

Vemos que a mayor diámetro nos alejamos del peligro de

hundimiento del poste

”



2. Diseño un poste con resistencia y rigidez (hacer las verificaciones) para las siguientes

materiales acero y madera.

Para madera sección circular.

Par acero A36 sección “T” y “W”

Además efectuar la comprobación por esfuerzo cortante.

Para un poste de las características

Fffff figura 17



Solución

PARA MADERA DE SECCIÓN CIRCULAR

Tómanos de tabla marera tipo pino num.1

1) POR RESISTENCIA

Hallamos

Hacemos el diagrama de fuerzas

Fffff figura 18



Ahora aplicamos ; también

Nota 1200 Kgf = 11767.2 N

Calculamos las la fuerza de flexión (v) y momento flector

Para un

Para un



Dibujamos diagramas

Ahora calculamos “S”



Pero

Veamos

Igualamos

2) POR RIGIDEZ

Por norma la flexión no debe ser más de 1mm por cada metro de longitud

Vemos por formula

Reemplazamos

Comparando con el valor máximo de



1200kgf=

Por norma a lo máximo de

Entonces la carga máxima que puede resistir el poste con la retenida

es de

Veamos si con la retenida si cumple

Fffff figura 20




Con un anclaje a una distancia L

3) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

Verificamos si cumple

Como es circular y no hueca

Reemplazamos




PARA ACERO A36 SECCIÓN “W”

Solución

Tómanos de tabla

permisible Sy

permisible Su

Esfuerzo permisible será:

Fffff figura 21



I) POR RESISTENCIA

Hallamos


Fffff figura 22




Nota 1200 Kgf = 11767.2 N


Para un

Para un



Dibujamos diagramas

Hallamos “S”



Ahora vamos a tabla y elegimos a 2 secciones que se acerca al dato

obtenido

Se escoge la viga que tiene menor peso por pie, es decir:

W

S pulg

De table las dimensiones son :

II) POR RIGIDEZ




Vemos por formula

Del grafico




0.0065 m =0.25590552 plg

1200kgf= =

Por norma a lo máximo de



Entonces la carga máxima que puede resistir el poste con la retenida

es de

Veamos si con la retenida si cumple



III) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE


Reemplazamos



Por table


PARA ACERO A36 SECCIÓN “T”



Solución

Tómanos de tabla

permisible Sy

permisible Su

Esfuerzo permisible será:

i) POR RESISTENCIA

Hallamos





1200kgf=


Para un

Para un



Dibujamos diagramas

Hallamos “S”



Ahora calculamos

Remplazando y operando

Entonces nos que así



Hallamos por estheiner

Como sabemos

Siendo:

;

Donde

También

IV) POR RIGIDEZ


Vemos por formula

Del grafico




0.0065 m =0.25590552 plg

V) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE


Veamos



Por table


V. COMPARACIÓN DE RESULTADOS

lima sierra selva

---------------



PARA MADERA DE SECCIÓN CIRCULAR

POR RESISTENCIA

POR RIGIDEZ

Con la retenida se cumple


Comprobando POR ESFUERZO CORTANTE



ARA ACERO A36 ECCIÓN “W”

POR RESISTENCIA

Por table W

S pulg

POR RIGIDEZ

con la retenida se cumple


COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

Por table




ARA ACERO A36 ECCIÓN “T”

POR RESISTENCIA

También

POR RIGIDEZ

COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

Por table




VI. RECOMENDACIONES Y/O OBSERVACIONES

Notamos también que cuando se analiza un poste sometido a una fuerza lo primero

que se tiene que analizar es su deflexión ya que siempre el esfuerzo cortante y la

flexión del poste son aceptables para luego si la deflexión sobrepasa los límites

admitidos se hace un nuevo diseño atando a un poste como lo hemos mencionado

en el punto Nº1 y volver a comprobar por los 3 métodos.

Se parte a hallar la sección S (Modulo elástico de sección) del esfuerzo máximo que

puede soportar el material en cada caso, por tanto se permitirá hallar una sección

adecuada para soportar el máximo esfuerzo e incluso el doble ya que tomamos como

factor de seguridad el número 2.

Como podemos apreciar la sección T no se encuentra en tabla de L. Mott, podemos

tomar como referencia la sección W, ya que se la sección W es como si fuese 2

secciones T unidas y mediante esa similitud podemos encontrar el diseño a utilizar.

VII. CONCLUSIONES

Se debe de hacer comparaciones para tener la seguridad que nuestros cálculos sean

los adecuados.

Se nota que la elección del tipo de sección es importante, porque de estos depende el

tipo de diseño que se va a utilizar.

Se diseñara la cimentación del poste solo cuando el esfuerzo del poste es mayor que el

esfuerzo admisible del suelo.

La estructura de la cimentación de un poste puede ser variada, puede ser de forma

circular, cuadrada, rectangular, etc

VIII. BIBLIOGRAFÍA

Beer, F. y Johnston, E. (1979).Mecánica vectorial para ingenieros. Estática. Bogotá, Colombia:

McGraw-Hill Latinoamericana, S.A.

Das, B., Kassimali, A. y Sami, S. (1999). Mecánica para Ingenieros, Estática. México D.F.,

México:Editorial LIMUSA, S.A. de C.V.

Nilson, A. H. 1999. Diseño de estructuras de concreto. 12° edición

Hibbeler, R. C. 1997. Análisis estructural. 3º edición



IX. Apéndice

» Sección W

Cálculo de la distancio :

Cálculo de centro de inercia:

Cálculo de S:

x

y1-

h1h1/2

h1/2t min

t min

t max

b

b

b

h

3b



Esfuerzo cortante en la sección W a la distancia :

Si:

Entonces:

Si:

Entonces:

Donde:

.

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