Traza de una línea. Soportes de líneas. - 1 -

Traza de una línea. Soportes de líneas.
Fundaciones y tipos de terrenos
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Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
Índice
1.
Traza de una línea ................................................................................................................... 2
1.1.
Etapas de la determinación de la traza. .............................................................................2
1.2.
Servidumbre de paso. .......................................................................................................3
1.3.
Distribución de los apoyos.................................................................................................3
1.3.1.
2.
Soportes de líneas ................................................................................................................... 5
2.1.
Generalidades ..................................................................................................................5
2.2.
Estructuras Metálicas ........................................................................................................6
2.2.1
Formas de Estructuras ..............................................................................................6
2.3.
Estructuras Especiales......................................................................................................7
2.4.
Fuerzas actuantes sobre los soportes ...............................................................................7
2.5.
Distancias de Seguridad ...................................................................................................7
2.5.1.
Distancias al terreno..................................................................................................7
2.5.2.
Distancias entre conductores y al soporte. .................................................................8
2.6.
3.
Plantilla de distribución de apoyos. ............................................................................3
Señalamiento diurno y balizamiento de soportes ...............................................................9
Fundaciones y tipos de terrenos .............................................................................................. 9
3.1.
Fundaciones .....................................................................................................................9
3.1.1.
Fundación monobloque. ............................................................................................9
3.1.2.
Fundaciones con zapatas individuales. ....................................................................10
3.1.3.
Anclajes. .................................................................................................................10
3.2.
Tipos de Terrenos...........................................................................................................11
3.2.1.
Suelos Típicos. .......................................................................................................11
3.2.2.
Suelos inestables. ...................................................................................................11
3.2.3.
Suelos licuables ......................................................................................................12
3.2.4.
Médanos.................................................................................................................12
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Traza de una Línea. Soportes de las líneas. Fundaciones y tipos de
terreno.
1. Traza de una línea
1.1. Etapas de la determinación de la traza.
El carácter del terreno o localidad que la línea debe atravesar, debe considerarse dada la importancia
que ello tiene para elegir el tipo de línea más conveniente. En zonas montañosas o próximas a
ciudades, se pueden presentar circunstancias definitorias para la elección del conductor y apoyos
más apropiados.
En líneas de AT y MAT, las pequeñas reparaciones y recambios no constituyen un factor importante
y por ello conviene sacrificar accesibilidad para acortar la longitud de la línea mediante un trazado
directo de la misma. Las líneas de MT o AT con postes de madera, deben ser fácilmente accesibles
para inspecciones y reparaciones.
Para el trazado de la línea debe evaluarse convenientemente el aspecto económico dado por los
permisos de paso, costo de construcción y facilidad de mantenimiento de la línea. En terrenos
montañosos o zonas pobladas, no se aconseja generalmente un trazado directo o bien realizarlo en
largos tramos rectos. Los ángulos pequeños (α < 15º) cuestan poco y aumentan poco la longitud de
la línea. Deben evitarse montañas y cumbres para proteger la línea de la acción del viento y de
descargas atmosféricas.
En primer lugar se efectúa un reconocimiento general del lugar de trazado previsto, estableciéndose
puntos de control y seleccionando zonas para estudios en detalle.
Luego, resueltas las dificultades presentadas y establecidas las normas generales del trazado, se
debe establecer en forma muy precisa los criterios a seguir para considerar la existencia de líneas
telefónicas, cruces de cauces navegables, rutas aéreas, aeropuertos, etc.
Antes de comenzar el replanteo definitivo, deben fijarse las especificaciones preliminares con
indicaciones respecto a la norma a seguir en los asuntos generales y exponiendo las líneas
principales del proyecto. En ellas deben figurar:
a.
dimensiones generales de las estructuras de apoyo
b.
curvas de flechas
c.
vano máximo y ángulos de cada apoyo
d.
permisos o servidumbres de paso
Con esta información, sobre el terreno, se puede elegir el emplazamiento más adecuado para el
proyecto.
Cuando los trabajos preliminares están totalmente terminados, se procede al replanteo del trazado en
el terreno mismo, dividiéndose el trabajo en:
a.
Grupos que elegirán el emplazamiento exacto de los soportes y abrirán caminos de acceso.
b.
Grupos que determinarán elevaciones y desniveles.
c.
Grupos que fijarán los límites de las propiedades afectadas.
d.
Grupos que confeccionan los planos definitivos y los perfiles en base a datos relevados.
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Finalmente, el trazado dependerá de la naturaleza del terreno, de la longitud y tipo de línea y
disponibilidad de personal.
1.2. Servidumbre de paso.
El permiso de paso no es una compra firme del terreno, sino que establece una servidumbre
perpetua en virtud de la cual el propietario otorga los permisos necesarios para la construcción y
mantenimiento de la línea, pero conserva la propiedad y el uso del terreno. El ancho afectado por la
servidumbre puede establecerse en una dimensión determinada, debiéndose considerar:
a.
Medios de acceso a todas las estructuras
b.
Permiso de erección de estructuras de apoyo
c.
Desbroce de árboles y arbustos en un ancho no menor a 3m. a la distancia comprendida
entre conductores, de manera que permita un espacio libre para el levantamiento de las
estructuras.
d.
Talado de los árboles que puedan llegar a acercarse demasiado a los conductores, aún en
caso de balancearse bajo la acción de los vientos máximos y de todos los árboles cuya caída
pudiese acercarlos a los conductores.
e.
Distancia a montones de madera, pajares, etc. Que constituyen un peligro permanente de
incendio. Una de las causas principales de las interrupciones importantes es la negligencia en
atenerse estrictamente a un riguroso desbroce y/o despeje de los terrenos.
En la figura 1.a, se muestra la franja de servidumbre de una línea de 500 kV, indicándose distancias
entre conductores y la altura límite de forestación.
En la fig. 1 b , se indica una expresión gráfica de la fórmula para calcular el ancho de la franja de
seguridad en las líneas de AT. Además se muestra otro criterio para determinar la altura límite de
forestación.
1.3. Distribución de los apoyos.
La distribución de los apoyos de una línea se hace en el perfil longitudinal del trazado de la misma. Si
el terreno es regularmente llano, la repartición se puede realizar directamente en el plano general de
la zona donde se dibuja la traza.
Para terrenos ondulados, es necesario confeccionar el perfil longitudinal del trazado y determinar la
ubicación de los apoyos, debiéndose lograr que el punto más bajo del conductor en cualquier vano,
permanezca superior a la altura mínima fijada de acuerdo a normas.
Si bien es lógico reducir al mínimo el número de apoyos, inevitablemente hay que prever apoyos
especiales para salvar desniveles con grandes vanos, cruzar líneas eléctricas o zonas navegables
mediante el incremento de altura de los soportes sobredimensionados de los mismos para resistir los
esfuerzos.
Es costumbre en el caso de estructuras metálicas, proyectar desde un principio alargamientos y
acortamientos de la altura de la torre tipo. Si se tratase de apoyos de madera o de hormigón armado,
habrá que prever diversas alturas para los mismos.
1.3.1. Plantilla de distribución de apoyos.
Luego de dibujar el perfil del terreno en escalas horizontales y verticales convenientemente elegidas
de manera de observar los desniveles, se construye la plantilla de distribución de apoyos la cual se
conforma con la “curva de flecha máximas”, “curva de distancia mínima al terreno”, “curva de pie de
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apoyo” y “curva de flechas mínimas”. La escala utilizada para la plantilla de distribución de apoyos
debe ser la misma que la utilizada en la construcción del perfil longitudinal del terreno.
En la figura 2.a se observan las curvas indicadas que conforman la plantilla y en la figura 2.b, el
soporte utilizado con las medidas de flechas y alturas mínimas al terreno. Para dicha figura, se
cumple a la escala adoptada, que las distancias OC y OR representan:
OC  hm (altura mínima al terreno)
OR  hs (altura de los soportes)
La construcción de las curvas que conforman la plantilla se puede obtener utilizando las expresiones
exactas o aproximadas de trabajando de acuerdo a ello en catenarias o parábolas.
H W

ch x

W H

 Métodoexacto
H W

f   ch x  1
W H


y
H W 2

x
W 2 H 
 Métodoaproxim ado
W 2

f 
x

2H
y
Con las expresiones indicadas, se calcula la flecha máxima (fmáx) para las condiciones más
desfavorables y se representa en la escala elegida en función de la longitud del vano. Paralela a ella
y distanciada un valor igual a la altura mínima, se construye la curva (dmín). Finalmente, paralela a la
primera y distanciada un valor igual a la altura del soporte (hs) se construye la curva de ubicación de
los mismos.
Para la determinación de la curva de flecha mínima (fmín), se utilizan las mismas expresiones con las
condiciones de trabajo más desfavorables.
Los pasos a seguir para la utilización de la plantilla de ubicación de apoyos, se puede resumir en la
siguiente secuencia:
1) Confección del perfil longitudinal (Figura 3).
2) Superponer la plantilla de ubicación de apoyos al perfil longitudinal, haciendo quedar la curva
de distancia mínimas (dmín) tangente a dicho perfil longitudinal (puntos R, S)
3) Determinar los puntos de corte entre la curva de pie de apoyo (p) con el perfil longitudinal,
dado que en dichos lugares se deben emplazar los respectivos soportes (puntos a, b, c, d).
4) La distancia entre los puntos obtenidos en (3) y la curva de flecha máxima, determinar la
altura del apoyo al que se debe adicionar la longitud de la cadena de aisladores.
Mediante esta construcción, se asegura que los conductores quedarán como mínimo a una altura hm
del terreno en las condiciones más desfavorables.
Ubicados los apoyos en el perfil longitudinal, se debe comprobar cuál de ello puede quedar sometido
a un tiro vertical hacia arriba al presentarse la condición de flecha mínima (fmín en Figura 2.a). Este es
el motivo por el cual se debe dibujar dicha curva en la plantilla de distribución de apoyos.
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Para la determinación de la parábola mínima, es necesario conocer previamente el valor del doble
vano mínimo siendo éste, la suma de dos vanos contiguos. La razón de conocerlo es la de que así
como la curva de fmáx se pasa entre dos apoyos (un vano), la curva de fmín se debe pasar entre cada
tres apoyos (dos vanos) para comprobar si el apoyo intermedio tendrá o no tiro vertical hacia arriba.
La verificación del doble tiro vertical, se muestra en la Figura 4. En la misma se ha hecho pasar la
curva de fmín por los pie de apoyos observándose 3 casos posibles:
a) La curva de fmín pasa por debajo del pie de apoyo considerado, ello implica tiro vertical hacia
abajo (punto A).
b) La curva de fmín pasa exactamente por el pie de apoyo considerado, sin tiro vertical (punto B).
c) La curva de fmín pasa por sobre el pie de apoyo considerado, ello implica tiro vertical hacia
arriba (punto C).
Para evitar el tiro vertical hacia arriba, se debe rever la ubicación de los apoyos o bien habrá que
contrarrestar dicho tiro hacia arriba con contrapesos en las cadenas de aisladores.
Cuando el tendido de la línea se realiza sobre soportes ubicados en las laderas, se puede presentar
el inconveniente de que una de las fases de la línea se encuentre próxima al terreno (figura 5). Dicha
situación se debe evitar, para lo cual es necesario superponer al perfil longitudinal de la línea “00” el
perfil longitudinal de la fase afectada “0´0´”. En el doble perfil longitudinal (figura 6), se deben ubicar
la curva de fmáx y la de pie de apoyos respecto ambos al perfil “00”. En ambas situaciones se evalúa
el comportamiento de la línea respecto al terreno, en las condiciones más desfavorables.
2. Soportes de líneas
2.1. Generalidades
Para soportar las líneas aéreas se utilizan soportes de madera, hormigón armado y perfiles
metálicos.
Los soportes de madera se utilizan en MT y BT y en los lugares en los lugares en que su adquisición
es relativamente fácil. Dichos soportes se complementan con crucetas de madera o metal para
sostener los aisladores y estos los conductores. Utilizar soportes metálicos es oneroso frente al uso
de soportes de madera, no obstante la vida útil de estos últimos es menor. Ese inconveniente se trata
de contrarrestar mediante un tratamiento especial de los soportes de madera, fundamentalmente en
la zona que debe enterrase. Para incrementar la resistencia de este tipo de soportes, se los usa en
“H” en algunas líneas importantes.
Los soportes de hormigón se utilizan en lugares donde la madera es escasa, construyéndose por
unidades, en forma estándar y transportándose construido al lugar de emplazamiento. Los soportes
de hormigón, se los utiliza en AT, MT y BT, debiéndose tener siempre la estructura metálica
suficiente para soportar los esfuerzos de flexión debidos al viento, tiro de los conductores, cargas
verticales, etc.
El excesivo peso de los soportes de hormigón es causa de que sean poco empleados,
reemplazándoselos por las estructuras metálicas que permiten su despieze con pesos parciales
reducidos que facilitan el transporte a lugares elevados de la traza de la línea. Si se utilizan soportes
de hormigón, se deben construir caminos para asegurar la llegada de los soportes a sus lugares de
emplazamiento.
En las figuras 7, 8, 9a y 9b se muestran soportes de hormigón armado de líneas de 13,2kV, 132kV y
132kV en H respectivamente.
Los soportes o estructuras metálicas, por los motivos antes indicados, son los utilizados en AT y
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MAT. Los costos de las estructuras para líneas aéreas y los costos para el montaje de las mismas,
según la tensión de transmisión y las condiciones del terreno, representan entre el 20% y el 30% de
los costos totales de la línea. Entre los muchos factores que influyen sobre estos costos (peso de la
estructura, peso del material, protección anticorrosiva, etc.), el peso de la estructura es la magnitud
decisiva.
Considerando la importancia de las estructuras metálicas frente al resto de los soportes, se indicarán
a continuación características particulares de los mismos.
2.2. Estructuras Metálicas
En el cálculo de este tipo de soportes se considera que todos los elementos se unen por medio de
articulaciones y a los nudos que se forman se les supone nudos de articulación. Cada pieza
prismática es generalmente de eje rectilíneo y de sección constante. Las figuras que forman los
elementos son indeformables de modo que al faltar un solo elemento desaparezca la
indeformabilidad o figuras con líneas superabundantes, en cuyo caso aunque se supriman ciertos
elementos no se deforman.
La figura indeformable comparte solamente triángulos, representando N el número de vértices de una
estructura y M el número de lados. Para que la figura sea indeformable se debe cumplir que
M  2 N  3 , dado que si M  2 N  3 la figura acusa la existencia de líneas superabundantes
mientras que si M  2 N  3 , la figura es deformable. En algunas estructuras los perfiles utilizados
son de tal longitud que por acción de los esfuerzos de compresión o de su propio peso, se originan
pandeos de la misma y a efectos de evitarlo se recurre a colocar piezas adicionales para sostener las
primeras transformando la figura en líneas superabundantes.
Estas últimas modifican la repartición de las fuerzas.
En la figura 10 se muestra una estructura metálica con la denominación de los distintos perfiles y el
tipo de material utilizado.
Las estructuras reticuladas de acero tienen un factor de seguridad de aproximadamente 1,5 para
carga normal y de aproximadamente 1,1 para carga de excepción, mientras que las fundaciones
deben ser como mínimo un 25% más resistentes que las torres, por las posibles variaciones del
terreno y porque es más sencillo el recambio de una parte defectuosa ubicada encima del suelo que
debajo del mismo.
El número de conductores supuestos rotos depende del margen de seguridad fijado y de la inversión
prevista realizar. Generalmente para soportes de suspensión, el número de conductores rotos es uno
y cualquiera de ellos, mientras que para una doble terna se consideran dos conductores rotos del
mismo vano y del mismo lado de la línea. Los soportes de retención consideran para el cálculo, el
corte de los conductores de un lado del soporte.
En las figuras 10a, b y c, se muestran esquemas de estructuras terminal, de retención y suspensión
de una línea de 220kV doble terna.
2.2.1
Formas de Estructuras
Para 132kV simple terna, se recomienda la forma de estructura con disposición triangular de los
conductores dado que esta forma resulta más liviana y más fácilmente erigidas que aquellas en
forma coplanar de los conductores. No obstante ello, la forma en estrella permite reducir altura para
lograr una protección de 20º del hilo de guardia, a diferencia de la forma triangular en que debo
levantar la estructura para lograr la misma protección. Lo dicho se muestra en las figuras 11a y b
respectivamente.
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Para doble terna, la forma indicada en la figura 12 resulta ser la más económica.
Para 220kV simple terna son más económicas las estructuras en forma de estrella. En el caso de
doble terna, la solución más económica es disposición con cadena de aisladores en V (figura 13a)
que aquella con tres cadenas simples de suspensión (figura 13b). Los motivos están dados por usar
travesaños más cortos y momentos de torsión más pequeños.
En las figuras 14a, b y c, se muestran estructuras de 500kV simple y doble terna con dos
conductores por fase y simple terna con cuatro conductores por fase.
2.3. Estructuras Especiales
En los casos en que se deben realizar transposiciones y las mismas y las mismas no es posible
realizarlas en soportes normales mediante crucetas adecuadas, se utilizan estructuras especiales.
Los tramos largos sobre ríos, bahías, cruce de ferrocarriles y carreteras importantes, etc., requieren
soportes más elevados que los normales o bien soportes con un factor de seguridad mayor. Dentro
de esta clasificación, pueden incluirse los soportes terminales y aquellas líneas que giran 90º.
A modo de ejemplo, se muestran las figuras 15, b, c y d.
2.4. Fuerzas actuantes sobre los soportes
Los esfuerzos máximos en las distintas partes del soporte se obtienen con diferentes combinaciones
de fuerzas. Los esfuerzos máximos en ángulos y fundaciones son debidos generalmente a las cargas
específicas transversales, longitudinales y verticales obrando simultáneamente.
Las fuerzas transversales que obran sobre los soportes son debidas a la acción del viento sobre los
conductores de línea y de tierra con cubierta de hielo si esta existe, sobre las estructuras y sobre los
componentes horizontales de las tensiones de los cables en los ángulos de la línea.
Las fuerzas longitudinales son fundamentalmente las producidas por la máxima tensión que ejercen
los conductores y los cables de tierra en caso de rotura. Si la rotura se produce en un cable del
extremo de una cruceta, además del esfuerzo longitudinal se produce un esfuerzo de torsión que
debe ser resistido por el soporte. El viento obrando en dirección de la línea no se debe considerar
porque la máxima tensión en los cables se produce cuando el viento sopla transversalmente.
Los esfuerzos verticales que actúan sobre los soportes son los debidos al peso de los cables
soportados por las estructuras, más el peso del hielo y el peso de la totalidad de la morsetería
existente.
Si el soporte se halla ubicado en un valle, puede ser tirado hacia arriba en caso de que las
componentes verticales de la tensión de los cables excedan las cargas verticales hacia abajo.
Al determinar los máximos esfuerzos que actúan sobre los soportes es necesario combinar las
fuerzas transversales, longitudinales, verticales y esfuerzos de torsión, considerado que actúan
simultáneamente.
En la determinación de los esfuerzos que actúan sobre los soportes, pueden intervenir otros factores
como los componentes vertical y horizontal de las tensiones ejercidas por vientos y tirantes y la
adición de transformadores aéreos, desconectadotes, interruptores y plataformas para operación.
2.5. Distancias de Seguridad
2.5.1. Distancias al terreno.
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La altura de los soportes será la necesaria para que los conductores con máxima flecha queden
situados por encima de cualquier punto del terreno o superficie de agua no navegable. La altura
mínima se determina por:
hmin  5,3 
U
m
150
aceptándose un mínimo de 6m. En lugares de difícil acceso, las distancias calculadas se pueden
reducir en 1m.
En el esquema de la figura 16 se muestran las distancias al terreno de una línea doble terna de
220kV de dos conductores por fase.
2.5.2. Distancias entre conductores y al soporte.
La separación mínima entre conductores en estructuras de configuración horizontal y provistas de
aisladores rígidos, depende de la mínima separación admisible para evitar una acercamiento de los
cables en el medio del vano en condiciones adversas de viento o carga de hielo.
En cambio, con cadenas de aisladores ha de considerarse la posible inclinación de los mismos
determinándose el máximo acercamiento a la estructura. Esto motivará distancias en los apoyos
superiores a las necesarias para el punto medio del vano.
Las desviaciones transversales de las cadenas de aisladores hay que calcularlas para proyectar el
soporte, determinando que la distancia mínima en las condiciones más desfavorables entre
conductor y soporte sea siempre igual o mayor a:
d  0,1 
U
m
150
d: distancia mínima a los soportes en [m]
U: tensión compuesta en [kV]
En general las separaciones exigidas en los soportes aseguran que en el centro del vano no hay
peligro de arcos en caso de que los conductores oscilen de manera no sincrónica. El dmín calculado
debe ser superior a 0,20m, si ello no ocurre se opta este valor.
Se debe tener en cuenta para soportes en ángulo, que el viento puede actuar según la bisectriz del
mismo colocando al sistema en las condiciones más desfavorables.
La separación mínima entre conductores se determina por la expresión:
Dk f L
U
[ m]
150
VDE 210 
D: distancia entre conductores
k: coeficiente dependiente de las oscilación de los conductores con el viento
k  0,65 a 0,7  ángulooscilación 65º
k  0,6 a 0,65  ángulooscilación 40º  65º
k  0,55 a 0,6  ángulooscilación 40º
f: flecha máxima expresada en [m]
L: longitud de la cadena de suspensión. Para cadenas de retención o aisladores rígidos se adopta
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L=0
U: tensión nominal compuesta de la línea en [kV]
Cuando los conductores están dispuestos en configuración vertical, las distancias deben ser las
mismas que las anteriormente indicadas. Debe ser necesario aumentar la distancia vertical para
evitar que los conductores se toquen o se aproximen demasiado en el centro del vano cuando se
encuentren en condiciones diferentes respecto de la sobrecarga debida al hielo o cuando éste se
desprende primero de uno de los conductores inferiores. Debe calcularse la separación entre
conductores en el centro del vano cuando hay carga en un conductor y no la hay en el inmediato
inferior. Esta separación deberá ser de 1,5 a 2 veces la necesaria para saltar el arco.
Los cables de tierra están situados encima de los conductores y en esa posición no existe peligro de
contacto en el centro del vano, dado que los conductores de tierra son tendidos con menos flecha
que los de línea.
2.6. Señalamiento diurno y balizamiento de soportes
Para la seguridad del vuelo aeronáutico deben aplicarse sobre soportes altos franjas coloreadas en
rojo y blanco o naranja y blanco, a Mens que dichos colores se cofundan con el fondo.
Sobre los hilos de guardia, en medio del vano se deben colocar esferas de guardia de un diámetro
aproximado a 60cm.
Para el señalamiento nocturno se deben usar balizas de obstrucción. Para determinar el número de
las mismas se aplica la siguiente expresión:
N
Y
45
Y: altura total del soporte en metros
Se recomienda colocar sobre la cúspide de los soportes, balizas de peligro en lugar de balizas de
obstrucción, porque sirven para el señalamiento de obstáculos riesgosos para la navegación aérea.
3. Fundaciones y tipos de terrenos
Una obra de transmisión, para su concepción requiere amalgamar disciplinas tan variadas como la
Ingeniería Eléctrica, Mecánica y Civil (Geotecnia).
A continuación se informarán generalidades respecto a fundaciones y tipos de terrenos existente a lo
largo de la traza de una línea.
3.1. Fundaciones
A consecuencia del incremento de la tensión de transmisión, se requieren mayores vacíos entre
soportes, soportes de mayor tamaño y consecuentemente fundaciones que se adecuen al
comportamiento de las estructuras. En el cuadro de la figura 17, se informan los distintos tipos de
fundaciones, y en la figura 18 las características típicas.
3.1.1. Fundación monobloque.
Las estructuras inicialmente estaban constituidas por postes o reticulados metálicos que por su
tamaño se empotraban en bloques cúbicos o escalonados de hormigón sin armar (figuras 19a y b).
El proyectos de estos macizos de fundación, se basa en el análisis del empotramiento de un sólido
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inmerso en una masa de suelo y sometido a un momento de vuelco (figuras 19a y b). Este enfoque
llevó a la elaboración de métodos, todos ellos con las características de clasificar el terreno de
fundación en terrenos típicos de propiedades físico – mecánicas definidas (rosa, arena, arcilla).
Una clasificación más elaborada es la correspondiente a agrupar a los terrenos de acuerdo a su
consistencia o su compacidad y se les asigna valores medios de las propiedades mecánicas
fundamentales (cohesión, ángulo de fricción y densidad).
La fundación monobloque debe cumplir las siguientes condiciones:
a) Adecuada seguridad al vuelco
b) Inclinación máxima de los soportes y consecuentemente del macizo de fundación.
La condición de seguida (a), es definitiva para el proyecto de cimientos superficiales con
empotramiento débil (figura 20a). En este caso el peso del cimiento más el peso del suelo gravante
sobre aquel, debe estabilizar el momento de vuelco.
La condición de giro máximo (b), límite para el cual se supone al suelo con respuesta elástica, es la
condición predominante en el diseño de macizos profundos (figura 20b), donde la seguridad está
garantizada por el empotramiento en el suelo circundante.
Para resistir el momento de vuelco que producen las fuerzas horizontales, es conveniente proyectar
un monobloque del tipo b con un nivel freático máximo adecuadamente alejado del nivel de apoyo.
En esas condiciones es conveniente aumentar su profundidad en lugar de ensanchar sus lados.
Hasta hace poco tiempo, la investigación geotécnica realizada en la traza de la línea se reducía a
ejecutar un ensayo de penetración y determinar el nivel freático en correspondencia con cada
estructura de retención (un ensayo cada 10 estructuras aproximadamente), luego se asignaba las
características geotécnicas del lugar en estudio a las estructuras más cercanas ubicadas entre
retenciones adyacentes. En la actualidad, la investigación del subsuelo se ha extendido a cada punto
de implantación de una estructura soporte.
En el Anexo 1, y a título de ejemplo, se muestra la metodología de cálculo de la fundación de un
soporte del tipo monobloque.
3.1.2. Fundaciones con zapatas individuales.
El aumento de la tensión de transmisión impuso la necesidad de disponer estructuras de mayor
tamaño, de torres metálicas y de contar con un sistema de fundación económica que fuera acorde
con la nueva topología de los soportes.
En la figura 21 se muestra una figura tipo.
La fundación monobloque es reemplazada por un sistema de zapatas separadas. Estos cimientos
individuales están sometidos preponderantemente a acciones verticales alternativas según la
dirección del viento, al arranque y al hundimiento (figura 22). El nuevo concepto de arrancamiento del
cimiento, es un caso especial y atípico en el diseño de fundaciones. El suelo que circunda a la
zapata por encima de la cota de fundación debe colaborar con su peso y resistencia al corte para
evitar el arrancamiento del cimiento. La práctica más sencilla es asignarle el carácter de equilibrante
al peso de la masa del suelo movilizada por el cimiento arrancado.
En la figura 23 se muestra el piloteado del terreno para una estructura de 132kV doble terna.
3.1.3. Anclajes.
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La necesidad de reducir los costos de las estructuras de AT de gran extensión, decidió el empleo de
soportes arriendados que por ser isostáticas tienen una gran adaptabilidad frente a posibles
desplazamientos de sus fundaciones. Dicha estructura (figura 24) introdujo la utilización de un nuevo
tipo de fundación denominado placas a muertos de anclaje, vinculado a la estructura mediante
riendas.
A consecuencia de la flexibilidad de los amarres, las fundaciones están sometidas a tracción pura. Al
someter una placa a la extracción, se observa que la rotura del suelo se produce a través de líneas
diferentes que son función de las siguientes condiciones físicas y geométricas:
a) Condiciones físicas:
 naturaleza del suelo
b) Condiciones geométricas:
 Profundidad de la fundación
 Forma de la placa
 Relación entre la profundidad y las dimensiones de la placa
3.2. Tipos de Terrenos
Debido al extremo recorrido de las líneas, su trazado atraviesa zonas completamente diferentes en
su topografía, en su formación geológica y en el clima. Por ello se encuentran terrenos cuyos suelos
poseen distinta naturaleza y por lo tanto diferente comportamiento mecánico y químico.
3.2.1. Suelos Típicos.
La diversidad e suelos obliga a asumir la existencia de suelos típicos que dentro de determinados
entornos engloben suelos de características mecánicas similares. Ello permite diseñar un contado
número de cimentaciones intercambiables de acuerdo al tipo de estructura, que pueden ser utilizados
en forma sistemática en lugar de ejecutar un tipo de fundación para cada tipo de terreno.
En obras de estas características la construcción se facilita y agiliza lográndose breves períodos de
construcción.
3.2.2. Suelos inestables.
Debido a las diferentes características geológicas de las regiones atravesadas por la línea, se
pueden encontrar suelos cuyo comportamiento comprometa la estabilidad de la obra. A estos suelos
se los denomina suelos inestables y entre ellos se pueden citar:
Suelos expansivos.
Estos suelos tienen un comportamiento susceptible a la acción del agua porque experimentan
cambios de volumen que están ligados a cambios estacionales de humedad. Este fenómeno se
presenta en los estratos superiores y por lo tanto se debe ubicar el plano de fundación en zonas
estables más profundas para evitar dislocamientos diferenciales entre los apoyos de la estructura que
dificulten o impidan el montaje de éstas y que en casos límite lleguen a dañarla. Estos suelos se
caracterizan por tener sulfato de sodio, siendo por lo tanto agresivos al hormigón.
Suelos colapsables
Estos suelos frente a un incremento de su humedad natural pueden experimentar asentamientos en
Traza de una línea. Soportes de líneas.
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forma repentina. Igualmente, se comportan de esta forma aquellos suelos con elevado contenido de
sales solubles, dado que las mismas pueden filtrarse por variación del nivel freático dejando el suelo
con una estructura porosa e inestable.
Estos suelos son de naturaleza eólica y aparecen en las regiones áridas y semiáridas de nuestro
país. Se caracterizan por tener alta porosidad, reducida plasticidad y alta permeabilidad vertical. Son
erosionables y propensos a que se establezcan en su masa vías permanentes para el ingreso de
agua.
La peligrosidad de estos suelos depende de las condiciones climáticas locales y fundamentalmente
de las precipitaciones anuales y diarias.
De acuerdo a su comportamiento se los puede clasificar en:
 Colapsables, suelos que pueden experimentar grandes hundimientos por lo que se tornan
peligrosos
 Susceptibles a colapsar, suelos que tienen una apreciable capacidad potencial de asiento
frente a un incremento de su humedad natural. El fenómeno de colapso depende de la
humedad y de la presión actuante.
3.2.3. Suelos licuables
Las arenas finas en estado suelto, los limos arenosos y las arenas limosas, ubicados bajo el nivel
freático y en zonas de alta sismicidad son susceptibles de licuarse ante un evento sísmico. Este
fenómeno puede llegar a producir el vuelco de los cimientos y giros inadmisibles.
Se debe evitar en lo posible que la traza de la línea atravieses terrenos con estas características, no
obstante cuando ello es inevitable hay que tener en cuenta que la amplitud de la vibración sísmica
crece de profundidad a superficie y en ésta experimenta un aumento repentino. Todo ello indica que
los cimientos profundos tienen menor probabilidad de daños que los superficiales.
Los cimientos superficiales son sensibles a las oscilaciones sísmicas si el nivel de agua subterránea
es superficial y la estructura soportada es liviana. En todos los casos los cimientos deben estar
conectados mediante vigas rígidas que aseguren un comportamiento monolítico de la fundación, con
el fin de evitar desplazamientos horizontales relativos entre el apoyo de la estructura y giros relativos
de las fundaciones.
La rigidez torsional de las estructuras absorben solicitaciones producidas por rotura de conductores,
no aquellas originadas por movimiento relativo de los apoyos efecto que debe atenuarse mediante un
diseño antisísmico.
3.2.4. MédanosEstos suelos conformados con arena suelta pueden ser peligrosos si se encuentran
en estado migratorio. El movimiento del médano donde se ubica un soporte puede dejar al
descubierto la cimentación de una estructura y por lo tanto en condición inestable.
La estabilización del médano mediante herbáceas es el método más económico, utilizándose
aquellas que pueden desarrollarse en la arena y en rigurosas condiciones climáticas.
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Figura 1 a
Ancho de la franja de servidumbre
A= a + 2 * lcv + 2*d
A= franja de seguridad
a= distancia horizontal e/ conductores extremos.
d= distancia mínima de seguridad.
 angulo máximo de declinación de la cadena de aisladores p/ acción del viento
lc= longitud de la cadena de aisladores.
fmv = flecha max. obtenida bajo la hipótesis de viento máximo
lcv= (lc + fmv
) * sen 
Tensión Kv
d ( mts)
13.2
3.00
33
3.00
66
3.30
132
3.50
220
4.50
500
8.00
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Figura 2 a y b
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Figura 3 .- Perfil longitudinal-Uso de plantilla
Figura 4.- Perfil longitudinal
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Figura 5- Doble perfil longitudinal
Figura 7.- Soporte de Hº para línea de 13.2 Kv
Fig 8 Soporte de Hº para línea de 132 Kv
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Figura 9 a Soporte de Hormigón en H para línea de 132 kv y Soporte de retención par Angulos entre 0 y 14º
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Figura 9 b. Soporte de hormigón en H para línea aerea de 132 Kv.
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Figura 11 a línea áerea simple terna 132 kv. Disposición coplanar.
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Figura 11 b. linea áerea simple terna 132 Kv. Disposición coplanar
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Figura 13 b . línea doble terna 220 kv. Cadena de aisladores simples
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Figura 13 a. línea doble terna 220 Kv. Disposición con aisladores en “V”
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Fig 14 a. línea simple terna 500 Kv. Dos conductores por fase.
Conductores por fase 2x859/109 Al / Ac mm2
Cables de guardia 2x95 Ac mm2 Vano 400mts.
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Figura 14 c. línea simple terna 500 kv. Con 4 conductores por fase.
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Figura 15 b. estructura de suspensión de la línea aerea de 150 Kv. p/ el cruce de río Uruguay
Cuadro Comparativo para distintos niveles de tensión
Kv
Vano ( Mts)
Altura (mts)
Flecha (Mts.)
Tipos
Fundación
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13.2
13.2
50
80-100
33
132
220
500
100-140
250 – 300
300-400
400-500
8
10 Rural
12 Urbana
14-15.50
21-23
25-30
30-40
0.50
0.70-1.10
Poste
Poste
relleno
monoblock
1.10-1.90
5.20 – 7.20
7.20 – 12
12-18
Poste
Poste Hormig.
Est. Metálica
Est. Metálica
monoblock
monoblock
Zapata
Zapata(placa)
Fig 20. Condición de seguridad y giro máximo de monoblock
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Fig 21 Estructuras Metálicas para AT Dimensiones Aproximadas.
Kv
132
220
500
A ( Mts )
poste
4a6
6a8
.h 1 ( mts)
-----16 a 20
26 a 27
. h2 (mts )
---25 a 30
30 a 40
Figura 22 Componente vertical V ( acción de estructura sobre zapata )
N: carga permanente ( peso del sistema + estructura )
A= A(v) carga aleatoria ( carga de viento )
Vel. Max. 180 km /h
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Figura 23 Piloteado de terreno para una doble terna de 132 Kv
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Figura 22 Zapatas ( torres importantes )
Figura 24 Soportes arriendados
Anexo 1
Metodo Sulzberger
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( estractado de la Revista Electrotecnia. 1964)
CIMENTACIONES PARA SOPORTES DE LINEAS AEREAS
Las cimentaciones (fundaciones) para los soportes de línea aérea pueden ser:
1) De bloque único
2) De partes separadas
3) Pilotes
4) Placas para las riendas de torre arriostradas.
Las cimentaciones de bloque único se pueden calcular con el método de Sulzberger que es
particularmente apropiado cuando el suelo presenta resistencia lateral y de fondo con fundaciones
profundas; o con el método de Mohr, que se adapta a terrenos sin resistencia lateral, con bases
anchas.
Hay otros métodos, a saber: Mohr, completado con las tablas de Pohl, la red de líneas de Blass,
Kleinlogel – Burkein, Valensi.
Las cimentaciones para torres, cuando el suelo presenta buenas características resistentes,
generalmente son de "patas separadas".
Los pilotes se emplean para efectuar fundaciones en terrenos en los cuales las características
resistentes se encuentran solo "a profundidad".
Finalmente, comentaremos que los postes de madera no se fundaban simplemente enterrados.
Se verifica su cimentación con el método de Sulzberger.
I. METODO DE SULZBERGER
En la Revista Electrótecnica se dan en detalle el método de Sulzberger, en los ejemplares marzo abril de 1964 y marzo – abril de 1975.
El método se basa sobre un principio verificado experimentalmente, que para las
inclinaciones limitadas tales que
, el terreno se comporta de manera
elástica. En consecuencia se obtiene reacción de las paredes verticales de la excavación y
normales a la fuerza actuante sobre el poste.
En el método de Sulzberger se acepta que la profundidad de entrada del bloque dentro del terreno
depende de la resistencia específica del terreno contra la presión externa en el lugar considerado.
La mencionada resistencia específica se llama presión admisible del suelo y se mide en Kg/cm2.
Esta presión es igual a la profundidad de entrada multiplicada por el "índice de compresibilidad C"
(kg/cm3)
En el método de Sulzberger se acepta que la profundidad de entrada del bloque dentro del terreno
depende de la resistencia específica del terreno contra la presión externa en el lugar considerado.
La mencionada resistencia específica se llama presión admisible del suelo y se mide en Kg/cm2.
Esta presión es igual a la profundidad de entrada multiplicada por el "índice de compresibilidad C"
(kg/cm3).
Así tenemos:
(Kg/cm2)
Económicamente, el método se adapta particularmente bien para fundaciones profundas en forma
de bloques de hormigón para terrenos normales.
Para el fondo de excavación se acepta el valor de C (llamado Cb) igual hasta 1,2 C.
Siguiendo el principio mencionado se puede decir que la resistencia que se opone a la inclinación
de la fundación, se origina en dos efectos:
1.- El encastramiento de la fundación en el terreno como también fricción entre hormigón y tierra a
lo largo de las paredes verticales, normales a la fuerza actuante
2.- Reacción del fondo de la excavación provocada por las cargas verticales.
Las fuerzas mencionadas en el punto 1, se evidencian en el momento Ms (lateral) llamado
momento de encastramiento y las del punto 2, en el momento del fondo Mb.
En caso de fundaciones de poca profundidad y dimensiones transversales relativamente grandes,
existe la relación (Ms / Mb) < 1.
En resumen, el método se emplea para calcular los siguientes tipos de cimentaciones:
A bloque único, para poste de hormigón (sean postes triples, dobles o simples).
Primero se predimensiona y después se verifica.
Traza de una línea. Soportes de líneas.
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Para verificar la estabilidad de los postes de madera.
En terrenos normales, a 2m de profundidad, los coeficientes de compresibilidad
Valen:
Sulzberger determinó que la fundación tiene su centro de giro ubicado a 2/3 de la profundidad
total
El procedimiento consiste (en la práctica), en asumir los valores de a, b y t Por ello, se acostumbra
predimensionar dando: 20 cm < t - hpf < 1/5*t
Para fijar los valores de a y b se toman 15 cm en cada lado en el predimensionado.
a = b = ø poste + 2 * 15 cm
Para verificar, se calcula el momento de vuelco. Mv = F(H+2/3t)
Deben calcularse los momentos estabilizantes. Se pueden seleccionar varias disposiciones.
Consideramos dos tipos de ubicación de la fundación: a) dos caras paralelas a la línea y dos
perpendiculares a la línea b) las cuatro caras en ángulo, llamada rómbica.
Se
debe
verificar
según
Sulzberger,
el
coeficiente
de
estabilidad
sea
tal
que:
Ms + Mb >= s*Mv
Ms/Mb
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.00
S
1.5
1.383
1.317
1.260
1.280
1.150
1.115
1.075
1.040
1.017
1.000
Los tanteos consisten justamente en lograr el valor de s que varía 1<=s<=1.5 Valores mucho
mayores hacen una fundación cara y valores menores la hacen inestable.
PESO TOTAL: Interviene en el fondo (G), es: Peso del poste + peso de fundación + peso de
conductores + peso de aisladores +peso de la tierra gravante
Cuando la fuerza actuante sobre un poste no es grande y la fricción en el fondo de la excavación
actúa en su valor total, el eje de giro del bloque se encuentra en la profundidad “t”. (base del
bloque). Una inclinación con ángulo alfa corresponde a un movimiento transversal de la superficie
normal a la fuerza F, en ese instante aparece una reacción de la pared de excavación sobre el
plano de hormigón.
El índice de compresibilidad C es una función lineal de la profundidad, o sea que la superficie total
de carga tiene forma de triángulo isósceles con la base igual a Ct*b y una altura igual a “t”
Traza de una línea. Soportes de líneas.
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El momento de encastramiento Ms en éste caso es
Ms= b t3 Ct tga/12
(0)
La presión unitaria en la profundidad t-y representa una función parabólica simétrica en relación a
la recta y= t/2
Traza de una línea. Soportes de líneas.
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En el momento en que la fricción está sobrepasada será u G = R , donde “G” es la resultante de
todas las cargas verticales y “u” el coef de fricción estática entresuelo y Hº. En éste momento el
eje de giro comienza a levantarse y el angulo que corresponde a éste momento se calcula
Tg a =6 μ G / (b t2 Ct)
(1)
Con el aumento del ángulo a disminuye la fricción hasta su desaparición.
Despreciando la fricción al fondo, se obtiene una situación tal que, el eje de giro se encuentra en
el centro de gravedad de la superficie de carga:
Prof. 2/3 t
Entonces
Ms = b*t3 * Ct*tg a
36
(2)
Los resultados de los ensayos demuestran que el paso del primer período al segundo ocurre en
forma progresiva y no bruscamente.
Pasando al Mb momento de fondo, se puede considerar que, las cargas verticales hacen que el
bloque entre en el tereno hasta una profundidad, bajo la acción de la fuerza en la cima del poste,
el bloque de fundación se inclina un ángulo determinado ”a” bajándose del lado de la fuerza y
levantando del lado opuesto.
La resultante de las fuerzas de reacción del fondo es igual a G , es decir el volumen del prisma de
tensiones es igual a G , cuando aumenta el ángulo “a” se acorta el prisma. El eje de giro del
bloque tiene que encontrarse por arriba del centro de gravedad del prisma. Para condiciones de
equilibrio, cuando la base del bloque toca el fondo de la excavación en su superficie total:
Mb = b a2 Cb tg a/12
(3)
Tg a = 2 G / (a2 b Cb)
(4)
En condiciones en que la base se levanta más, no tocando el fondo por una parte de su superficie,
el momento de fondo
Mb = G (a/2 - 0.47 (G / (b Cb tg a))1/2 (5)
Si (1) > 0.01 entonces calculo Ms (0)
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Si (1) < 0.01 entonces calculo Ms (2)
Si (4) > 0.01 entonces calculo Mb (3)
Si (4) < 0.01 entonces calculo Mb (5)
Si se obtiene que Ms/Mb < 1
Entonces tomo “s” de la tabla y averiguo
Ms + Mb >= s Mv
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