1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
-
Upload
edwin-cornejo -
Category
Documents
-
view
380 -
download
8
Transcript of 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Versión 0.0 Página 1 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
INTERCONEXION ELECTRICA S.A. E.S.P.
CONTRATO No. 4500036456
PROYECTO DE INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA
MUNICIPIOS MEDIO SAN JUAN, MEDIO BAUDO, BAJO BAUDO, Y SIPÍ DEL DEPARTAMENTO DEL CHOCÓ
CONSULTORES REGIONALES ASOCIADOS – CRA S.A.
DOCUMENTO No CO-DISP-36456-D631
MEMORIA DISEÑO CIMENTACIÓN TRANSFORMADOR DE POTENCIA Y CARRILERA
REVISIÓN Y APROBACIÓN
VERSIONES DEL DOCUMENTO
Versión Descripción Revisado por Fecha
0.0 Versión para revisión de ISA J.O.P. 25/02/2011
Nombre Firma Fecha
Elaboró: Jeffrey Pérez
29/01/2011
Revisó: Carlos Barrios
29/01/2011
Aprobó: Jaime Olaya P. 31/01/2010
Versión 0.0 Página 2 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
ÍNDICE
TEMA PÁGINA
1. OBJETO ............................................................................................................... 3 2. ÁMBITO ................................................................................................................ 3 3. DEFINICIONES .................................................................................................... 3 4. RELACIONES ...................................................................................................... 3 5. DESARROLLO ..................................................................................................... 4
5.1 Descripción del procedimiento ................................................................. 4 5.2 Datos de entrada ........................................................................................ 5
5.2.1 Parámetros básicos requeridos del equipo ....................................... 5 a) Variables del Transformador de Potencia ............................................. 5 b) Variables del Conductor ......................................................................... 5
5.2.2 Parámetros del suelo........................................................................... 5 5.2.3 Parámetros de los materiales ............................................................. 6 5.2.4 Parámetros de sismo........................................................................... 6
5.3 Diseño cimentación transformador de potencia ...................................... 7 5.3.1 Predimensionamiento de la base ....................................................... 7 5.3.2 Separación entre ejes de riel – vigas ............................................... 10
5.4 Calculo estructural de la cimentación .................................................... 11 5.4.1 Evaluación de cargas ........................................................................ 11 5.4.2 Cargas de sismo ................................................................................ 12 5.4.3 Carga de cortocircuito para barrajes flexibles ................................ 12 5.4.4 Combinaciones de carga y factores de sobrecarga ........................ 12 5.4.5 Evaluación de reacciones ................................................................. 13 5.4.6 Análisis de estabilidad ...................................................................... 14 5.4.7 Verificación al volcamiento ............................................................... 14
5.5 Diseño estructural .................................................................................... 14 5.5.1 Placa de fondo ................................................................................... 14 5.5.2 Vigas de apoyo .................................................................................. 16 5.5.3 Muro de la cimentación ..................................................................... 18
5.6 Diseño de trampa de aceite y drenaje de los fosos recolectrores ........ 18 5.7 Bloque de Tiro .......................................................................................... 19 5.8 Sistema de rejillas de cubrimiento de fosos .......................................... 20
Versión 0.0 Página 3 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
1. OBJETO
El objeto de esta memoria de cálculo, es presentar el diseño de la cimentación requerida para el transformador de potencia de 115/34,5/13,2 kV - 17/5/12 MVA marca SIMENS.
2. ÁMBITO
En esta memoria de cálculo se presenta el diseño basico de la cimentación para un transformador de potencia de 115/34,5/13,2 kV - 17/5/12 MVA marca SIMENS, cumplimiendo con los requisitos técnicos legales establecidos en el RETIE, la Norma de Construcciones Sismo Resistentes NSR-10.
3. DEFINICIONES
Los siguientes son los términos y definiciones más utilizados en esta memoria, definiciones extractadas de la norma NSR-10: Amenaza sísmica: es el valor esperado de futuras acciones sísmicas en el
sitio de interés y se cuantifica en términos de una aceleración del terreno efectiva, que tiene una probabilidad de excedencia dada en un lapso de tiempo predeterminado.
Cargas actuantes: son fuerzas u otras solicitaciones que actúan sobre el sistema estructural y provienen del peso de todos los elementos permanentes en la construcción, efectos ambientales, asentamientos diferenciales y cambios dimensionales que se restringen. Las cargas permanentes son cargas que varían muy poco y cuyas variaciones son pequeñas en magnitud.
Esfuerzo: intensidad de fuerza por unidad de área. Esfuerzo admisible: capacidad límite de absorber presiones el suelo, cuando
éstas se le suministran por medios externos. Estado activo: se identifica con un desplazamiento menor del muro en el
sentido contrario al del banco de tierra que contiene. Momento positivo: el que produce esfuerzos de tracción en la cara superior
de vigas y losas. Momento negativo: el que produce esfuerzos de tracción en la cara inferior de
vigas y losas. Momento estabilizador: el esfuerzo producido por el peso de la cimentación. Momento de vuelco: el esfuerzo producido por las cargas de trabajo
4. RELACIONES
Documentos (1) Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10. (2) Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión Carlos Felipe Ramírez G,
segunda edición. (3) Estructuras de concreto, Jorge Segura Franco. (4) Reglamento tecnico de instalaciones electricas (RETIE-2007)
Versión 0.0 Página 4 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5. DESARROLLO
5.1 Descripción del procedimiento
El procedimiento general a seguir para diseñar la cimentación del transformador de potencia requerido es: a. Definir los parámetros básicos del equipo: geometria, condiciones de apoyo,
volumen de aceite, peso, sistema de desplazamiento, requisitos básicos de operación.
b. Investigación y evaluación de las condiciones geotécnicas del suelo donde se
implantarán las obras: determinación del perfil estratigráfico y nivel de fundación, nivel freático, determinación de las medidas de mejoramiento del material de fundación, determinación de las características mecánicas del suelo de fundación: capacidad portante, compresibilidad y expansión del suelo, variables de asentamiento y recomendaciones generales del estudio de suelos.
c. Definir el predimensionamiento de la cimentación: determinar la geometria
requerida de la cimentación de acuerdo a los parámetros del equipo y las recomendaciones del estudio de suelos, definción de dimensiones generales, fosos de aceite, elevación de muros, espesores estimados de paredes y placa de fondo.
d. Definición de las cargas actuantes: valoración de las fuerzas actuantes en la
cimentación por cargas muertas, vivas, de sismo, viento, cortocircuito, tension de conductores, etc.
e. Determinación de las combinaciones de cargas: valoración de las combinaciones
de carga a evaluar aplicando los factores definidos en cada uno de ellos. f. Realizar la evaluación de las reacciones: cálculo de las reacciones de la
cimentación bajo las diferentes combinaciones de carga, determinación de la condición crítica.
g. Análisis de estabilidad: verificación del cumplimiento de las reacciones respecto a
las restricciones del terreno, garantizando la estabilidad del sistema h. Elaborar el diseño estructural: determinación del tipo de concreto a utilizar, de las
áreas de refuerzo requeridas, distribución de elementos, verificación de recubrimientos, verificación posibles fallas por cortante, tensión, etc.
i. Ajuste del dimensionamiento de la estructura: ajuste a las condiciones finales de
diseño, elaboración de planos. j. Diseño del sistema de trampa de aceite y drenaje de los tanques recolectores de
aceite. k. Diseño del bloque de tiro.
Versión 0.0 Página 5 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.2 Datos de entrada
5.2.1 Parámetros básicos requeridos del equipo
A partir de la ficha técnica del equipo en particular y a los parámetros ambientales, se determina mínimo la siguiente información para el diseño de la cimentación:
a) Variables del Transformador de Potencia
Longitud (Le), m: Distancia horizontal de extremo a extremo del transformador, medida en el sentido paralelo de los apoyos del transformador.
Ancho (Ae), m: Distancia horizontal de extremo a extremo del transformador, medida en el sentido perpendicular de los apoyos del transformador.
Distancia entre apoyos (e), m: Distancia horizontal de eje a eje entre apoyos.
Altura del equipo (He), m: Distancia vertical desde el punto de apoyo del transformador hasta la parte superior de su elemento más elevado.
Peso del equipo (We), kN: Peso del transformador vacío (We).
Peso total del equipo (Wte), kN: Peso del transformador vacío (We) más el peso del volumen de aceite (Wa).
Altura del centroide de masa (cm), m: distancia vertical medida desde el punto de apoyo del transformador hasta el centro de gravedad del equipo.
Volumen de aceite (Va), m3: volumen total de aceite especificado por el fabricante.
Peso de aceite (Wa), kg: Peso del volumen total de aceite especificado por el fabricante.
b) Variables del Conductor
A partir de la selección del barraje y del conductor del diseño eléctrico, se debe determinar:
Tipo. Diámetro total, mm. Cantidad de conductores (Nc). Longitud aferente (Lc), m. Masa unitaria (Wc), kg/m.
5.2.2 Parámetros del suelo
Para el cálculo de la cimentación se realizará un estudio de suelos del sitio donde se construirá la cimentación, dicho estudio aportará los parámetros básicos y las recomendaciones para el diseño de la cimentación.
Profundidad mínima de exploración 6 m (según NSR-10).
Determinación del perfil estratigráfico de la zona de fundación.
Extracción de muestras de terreno según el tipo de material que se encuentre.
Realización de pruebas de campo según el tipo de material que se encuentre.
Versión 0.0 Página 6 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Ensayos de clasificación del suelo.
Ensayos de laboratorio para determinar características mecánicas del suelo.
De los estudios de suelos se extraerá la siguiente información:
Capacidad admisible del suelo, kPa.
Densidad del suelo, kN/m3.
Angulo de fricción del suelo (ø), grados.
Asentamientos esperados.
5.2.3 Parámetros de los materiales
Esfuerzo de rotura del concreto: f’c = 28 MPa
Densidad del concreto: = 2400 kg/m3 Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo: Fy = 420 Mpa
5.2.4 Parámetros de sismo
Las cargas de sismo se determinan de acuerdo a las definiciones dadas en Cápitulo A2 del título A de la Norma Sismo Resistente NSR – 10, para lo cual se debe clasificar la ubicación de la obra en el mapa de amenaza sísmica, que para el caso de especifico del municipio de Istmina, en el departamento de Chocó, se encuentra en zona de amenaza sismica ALTA, cuyos parámetros son:
Aceleración de pico efectiva: Aa = 0.4 Velocidad pico efectiva: Av = 0.4 Coef. de amplificación periodos cortos: Fa = 1.2 Coef. de amplificación periodos intermedios: Fv = 1.6 Coeficiente de importancia: I = 1,5 Aceleración máxima horizontal: Sa = 1,8 Coeficiente de disipación de energía: R = 1.5 Coeficiente sísmico de diseño: Sa/R = 1.2
Versión 0.0 Página 7 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.3 Diseño cimentación transformador de potencia
5.3.1 Predimensionamiento de la base
Se determina el predimensionamiento de la base del transformador de acuerdo a lo indicado en las figuras 1 “Planta Base Transformador”, figura 2 “Corte de la Base del Transformador” y figura 3 “Predimensionamiento” y los requisitos particulares del equipo. La cimentación consistirá en una losa de fondo, que soporta unas vigas centrales de apoyo para el transformador donde la distancia entre ejes de dichas vigas corresponde a la separación del sistema de apoyo del equipo. En la corona de las vigas de apoyo se deberá instalar un sistema tipo carrilera con rieles guía, que permitan el desplazamiento horizontal de los transformadores apoyados sobre ruedas. La losa también soportará muros perimetrales formando un foso central y dos fosos laterales cuya capacidad de almacenamiento corresponde al 100% del volumen de aceite del equipo. La cimentación se dimensionará para garantizar que los esfuerzos transmitidos al suelo no sobrepasen el valor de la capacidad portante admisible, ni se generen asentamientos no permitidos. Los fosos colectores de aceite se diseñan integralmente con la cimentación del equipo, con el fin de que puedan contener los posibles derrames de aceite que se presenten. El área de cada foso se determina de acuerdo con el tamaño del equipo, garantizando que cualquier fuga que se presente sea recogida por el mismo; sus dimensiones cubren la proyección en planta del contorno de las partes del equipo que contengan aceite más 25 cm.
Versión 0.0 Página 8 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura No. 1
Planta Base Transformador
Versión 0.0 Página 9 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura 2
Corte Base del Transformador
Figura 3
Predimensionamiento
Donde:
e: separación entre ejes de vigas,m. B: ancho total de la cimentación, m. L: longitud total de la cimentación, m. D: profundidad de la cimentación, m. h: altura de pedestal, m. t1: espesor placa de fondo, m. t3: espsor de los muros, m. t2: ancho vigas de apoyo del transformador, m. a1, a2: ancho fosos laterales, m. a3: ancho foso central, m.
Versión 0.0 Página 10 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.3.2 Separación entre ejes de riel – vigas
Para determinar la separación entre ejes de vigas, se debe conocer previamente la separación entre ejes de ruedas del equipo, y las características del riel a instalar. Para los transformadores cuyo peso es menor a 50 ton (445 KN), se utilizará un riel de 60 Lb/Yd y para mayores de 50 ton (445 KN), un riel de 80 Lb/Yd, norma ASTM. En la figura 4. “Separación Ejes” y en la figura 5 “Distancia Eje Rueda – Pestaña”, se esquematiza el cálculo de la separación entre ejes de riel – vigas.
AHRDRPDRDRV *2
Donde:
DRV: distancia entre ejes riel – vigas, m. DR: distancia entre ejes de ruedas, m. DRP: distancia entre eje de rueda y pestaña, m. AHR: ancho del hongo del riel, m.
Figura 4
Separación de Ejes
Versión 0.0 Página 11 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura 5
Distancia Eje Rueda - Pestaña
5.4 Calculo estructural de la cimentación
5.4.1 Evaluación de cargas
En la figura 6 “Arbol de Cargas” se muestran las cargas que actúan en el transformador y son transmitidas a la cimentación.
Figura 6
Arbol de Cargas
We: carga por peso propio del equipo, KN. Ct : carga de tensión por conductor, KN. Cct: carga por corto circuito transversal, KN.
Versión 0.0 Página 12 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Ccl: carga po corto circuito longitudinal, KN. Sv : caga de sismo vertical, KN. St : carga de sismo transversal, KN. Sl : carga de sismo longitudinal, KN.
5.4.2 Cargas de sismo
Las componentes verticales de los movimientos sísmicos de diseño se deben tomar como los 2/3 de los valores correspondientes a los efectos horizontales. De acuerdo con los parámetros definidos para el sismo en el numeral: “Parámetros de sismo”, se calcula de la siguiente forma:
Fuerza horizontal en el equipo por sismo R
SaWeSh * , kN
Capítulo A.3.1.1 NSR-10
Fuerza vertical en el equipo por sismo ShSv *3
2, kN
Capítulo A.2.8 NSR-10 Siendo:
W: peso del elemento (equipo, soporte o conductor), KN. Sa/R: coeficiente sísmico de diseño.
5.4.3 Carga de cortocircuito para barrajes flexibles
Se calculará según lo indicado en el Instructivo Criterios Básicos para Cálculo de Esfuerzos en Barrajes Flexibles en Subestaciones de A.T.
5.4.4 Combinaciones de carga y factores de sobrecarga
Para el diseño de la cimentación del transformador se tendrá en cuenta la combinación de carga más crítica Los eventos de carga correspondientes a las combinaciones de peso propio, cortocircuito y sismo horizontal y vertical, deben tener los siguientes factores de sobrecarga: Cargas de diseño
P1 = 1,5 Pp + 1,7 Ct P2x+ = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csx + 1,0 Csv P2x- = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csx - 1,0 Csv P2y+ = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csy + 1,0 Csv P2y- = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csy - 1,0 Csv
Cargas de trabajo P3 = 1,0 Pp + 1,0 Ct P4x + = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csx + 0,7 Csv P4x - = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csx - 0,7 Csv P4y + = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csy + 0,7 Csv P4y - = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csy - 0,7 Csv
Versión 0.0 Página 13 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Donde:
Pp: peso propio del equipo, KN. Ct: carga de tensión estática del conductor, KN. Cc: carga de corto circuito, KN. Csx, Csy: cargas de sismo en X y en Y, KN. Csv: carga de sismo vertical, KN.
5.4.5 Evaluación de reacciones
Se desarrollarán cada una de las combinaciones de cargas definidas tanto para nivel +0 como para nivel de fundación y se determinará la combinación que produzca el efecto mas desfavorable en la cimentación con base en la cual se reliza su diseño.
Fx Fy Fz Mxx Myy
P1 1,7Ct 0,0 1,5Pp 0,0 1,7Ct(He+h)
P2x+ 1,3Cc+1,0Csx 1,3Cc
1,2Pp+1,0Csv 1,3Cc(cm+h)
1,3Cc(He+h) + 1,0Csx(cm+h)
P2x- 1,3Cc+1,0Csx 1,3Cc 1,2Pp-1,0Csv 1,3Cc(cm+h)
1,3Cc(He+h) + 1,0Csx(cm+h)
P2y+ 1,3Cc 1,3Cc+1,0Csy 1,2Pp+1,0Csv
1,3Cc(cm+h) + 1,0Csy(cm+h) 1,3Cc(He+h)
P2y- 1,3Cc 1,3Cc+1,0Csy 1,2Pp-1,0Csv 1,3Cc(cm+h) + 1,0Csy(cm+h) 1,3Cc(He+h)
P3 1,0Ct 0,0 1,0Pp 0,0 1,0Ct(He+h)
P4x+ 1,0Cc+0,7Csx 1,0Cc
1,0Pp+0,7Csv 1,0Cc(cm+h)
1,0Cc(He+h) + 0,7Csx(cm+h)
P4x- 1,0Cc+0,7Csx 1,0Cc 1,0Pp-0,7Csv 1,0Cc(cm+h)
1,0Cc(He+h) + 0,7Csx(cm+h)
Fx Fy Fz Mxx Myy
P4y+ 1,0Cc 1,0Cc+0,7Csy 1,0Pp+0,7Csv
1,0Cc(cm+h) + 0,7Csy(cm+h) 1,0Cc(He+h)
P4y- 1,0Cc 1,0Cc+0,7Csy 1,0Pp-0,7Csv 1,0Cc(cm+h) + 0,7Csy(cm+h) 1,0Cc(He+h)
Versión 0.0 Página 14 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.4.6 Análisis de estabilidad
Con las reacciones a nivel de cimentación se realiza el análisis de estabilidad y de esfuerzos actuantes sobre el suelo verificando que el esfuerzo neto actuante sea menor que el esfuerzo admisible del suelo.
Esfuerzo neto actuante DA
nivelFzQact *
'
0
Donde:
Fz nivel +0: sumatoria de fuerzas en el eje Z a nivel +0, KN. A: área efectiva, m2.
A´= b´* l´ b´: lado efectivo, m.
b’= B - 2 e e: excentricidad, m.
e = M / Fz γ: peso unitario del relleno, KN/m3. D: profundidad de la cimentación, m.
5.4.7 Verificación al volcamiento
Para determinar la estabilidad al volcamiento se tiene:
Momento estabilizador 2
* BWcMe
Siendo:
Wc: peso de la cimentación. Momento de vuelco, debido a las cargas de trabajo
2*)0(*
BnivelFzMDFyMv
Se considera estable la cimentación con un factor de seguridad al volcamiento mayor de 2.0
5.5 Diseño estructural
El diseño de concreto reforzado se efectúa con base en la teoría de la rotura, a partir de los esfuerzos calculados con cargas últimas, realizando el mismo análisis anterior.
5.5.1 Placa de fondo
Para el diseño de la placa se deberá efectuar el cálculo del esfuerzo actuante de diseño para cargas de diseño y a partir de este se determina el momento máximo para el cácluo del acero refuerzo, como se indica en la figura 7 “Consideración más Crítica en la Placa”.
Versión 0.0 Página 15 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura 7
Consideración más Crítica en la Placa
Teniendo el esfuerzo neto actuante Qact, de acuerdo con el análisis de estabilidad, calculamos
Momento en el voladizo 2
)2
))(((
*
2AeB
QactMv
Momento en el centro de la luz MvteMcQact
Mc8
)3(* 2
Tendremos:
Coeficiente de rigidez K = 2* db
M, kN/m².
Cuantía requerida Área de acero requerida As =b * d, cm²/m. Verificando que:
Cortante actuante Vu≤ Cortante admisible Vc Donde:
6
)'( 2/1cfVc , MPa
Versión 0.0 Página 16 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.5.2 Vigas de apoyo
Para el cálculo de refuerzo inferior se ubica el transformador en el centro de la viga, como se muestra en la figura 8 “Consideración más Crítica en la Viga – Refuerzo Inferior“
Figura 8 Consideración más Crítica en la Viga – Refuerzo Inferior
Separación ejes ruedas
e, sentido eje X, m. e´,sentido eje Y, m. L, longitud de la viga, m.
Calculando:
Carga e
MyyFznivelP
24
)0(
Fuerza sobre la viga L
PW
2
Momento en el voladizo 2
)2
)(( 2eL
W
Mv
Momento en el centro de la luz MveW
Mc8
)( 2
Tendremos:
Coeficiente de rigidez K = 2* db
M, kN/m².
Cuantía requerida ρ Área de acero requerida As = ρ b * d, cm²/m. Para el cálculo del refuerzo superior de la viga se ubica el transformador en el extremo de la viga, como se muestra en la figura 9 “Consideración más Crítica en la Viga – Refuerzo Superior“
Versión 0.0 Página 17 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura No. 9
Consideración más Crítica en la Viga – Refuerzo Superior
Calculando:
Longitud efectiva eLL 2'
Fuerza sobre la viga ´
2
L
PW
Tendremos:
Momento en el centro de la luz 8
)( 2eWMc
Coeficiente de rigidez K = 2* db
M, kN/m².
Cuantía requerida ρ Área de acero requerida As = ρb * d, cm²/m.
Versión 0.0 Página 18 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.5.3 Muro de la cimentación
Para el cálculo del refuerzo del muro de la cimentación se debe calcular el esfuerzo actuante teniendo en cuenta el empuje lateral ejercida por el terreno sobre la estructura , y dado por:
2
** 2HKPa A
, presión activa
Donde:
KA: coeficiente de presión de tierras estado activo. )2
45(tan2
AK
: densidad del suelo, kN/m³. H: altura del muro, m.
: ángulo de fricción del suelo, grados. Calculada la presión activa, se tiene que el momento máximo está dado por: M = Pa * 1/3 H, a partir del cual calculamos la cuantía mínima y el área de acero de refuerso requerido.
5.6 Diseño de trampa de aceite y drenaje de los fosos recolectrores
El foso o los fosos colectores deben conducir el aceite a un tanque separador , donde se separa el aceite del agua lluvia y el sedimento. En la figura 10 “Trampa de Aceite” se muestra un diseño típico para esta trampa. El agua y el aceite se separan por diferencia de densidades y el aceite debe extraerse de los fosos mediante bombeo. Para determinar la altura de la trampa de aceite, se debe calcular la altura máxima que debe conterner el foso, H = volumen de aceite / área de los fosos
Figura 10
Trampa de Aceite
Versión 0.0 Página 19 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.7 Bloque de Tiro
El bloque de tiro consiste en un sistema de apoyo para halado del transformador ubicado en la parte posterior de la cimentación, el cual permite la movilidad de una manera práctica y ágil para el personal que realiza el montaje y mantenimiento del equipo, como se indica en la figura 11 “Bloque de tiro”.
Figura 11
Bloque de Tiro Longitud gancho L Profundidad bloque D Coeficiente de fricción Cf = 0.15
Fuerza horizontal Fh = CfWe *
Momento en la viga M = LFh*
Coeficiente de rigidez K = 2* db
M, kN/m².
Cuantía requerida = Área de acero requerida As =b * d, cm²/m.
Versión 0.0 Página 20 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
5.8 Sistema de rejillas de cubrimiento de fosos
Los fosos deben ser cubiertos con un sistema de rejillas tal como se indica en la figura 12 “Planta distribución Rejillas“, la cual debe soportar una capa de grava de 7,0 cm con el objeto de evitar, en caso de incendio, el paso de la llama. En las figuras 13 “Planta Rejilla” y 14 “Detalle Angulo de Soporte Rejilla” se especifican los elementos que la componen y su fijación a los fosos.
Figura 12
Planta Distribución Rejillas
Versión 0.0 Página 21 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Figura 13
Planta Rejilla
Figura 14
Detalle Angulo Soporte Rejilla
Versión 0.0 Página 22 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
6. ANEXO
ANEXO 1
CIMENTACIÓN TRANSFORMADOR DE POTENCIA
I. DATOS DE ENTRADA
Altura del equipo (He)
4,92 m
Altura libre de la viga
0,2 m
Peso propio del equipo (Wte)
431 kN
Ancho del equipo derecha del eje
1,96 m
Ancho del equipo izquierda del eje
2,30 m
Ancho total del equipo (Ae)
4,26 m
Longitud del equipo (Le)
7,35 m
Altura del centroide de masa (cm)
1,97 m
Carga estática por corto circuito 1,5 kN Carga en condición de corto circuito 9,27 3,09 Carga en condición de corto circuito 1,32 0,44
Zona de amenaza Sísmica
ALTA
Coeficiente sísmico de diseño
1,2
Coeficiente de disipación de energía (R)
1,5
Carga de sismo vertical
153,24 kN
Carga horizontal por sismo
344,80 kN
Carga vertical por sismo
344,80 kN
Capacidad portante del suelo
150 kPa
f'c
28000 kPa
fy
420000 kPa
Densidad del concreto
24 kN/m
3
Densidad del aceite
10 kN/m
3
Densidad del suelo
16 kN/m
3
Peso aceite equipo (Wa)
148 kN
Peso aceite calculado
217 kN
Peso cim, fosos vacíos
466,85 kN
Peso cim, fosos llenos
683,91 kN
Ancho de la cimentación
B= 5,05 m
Largo de la cimentación
L= 8,15 m
Altura libre de la viga
h= 0,20 m
Profundidad de cimentación
D= 0,80 m
Espesor de la placa
t0= 0,30 m
Ancho de la viga
t3= 0,40 m
Altura de la viga de apoyo trafo
0,89 m
Distancia voladizo
1,74 m
Separación ruedas
1,505 m
Separación entre apoyos (x)
e= 1,505 m
Separación entre apoyos (y)
1,505 m
Altura riel
0,11 m
Espesor muros
t1,t2= 0,15 m
Ancho foso central
a1= 1,105 m
Ancho foso lateral derecha
a2= 1,253 m
Ancho foso lateral izquierda
a3= 1,593 m
Chequeo base
5,05 m
Recubrimiento
0,075 m
Versión 0.0 Página 23 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
II.
EVALUACION DE REACCIONES A NIVEL + O
Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN)
Mxx (kN-m)
Myy (kN-m)
P1 2,55 0,00 646,50 0,00 13,06
P2x+ 356,85 0,57 670,44 1,24 809,23
P2x- 356,85 0,57 363,96 1,24 809,23
P2y+ 12,05 345,37 670,44 748,77 61,70
P2y- 12,05 345,37 363,96 748,77 61,70
P3 1,50 0,00 431,00 0,00 7,68
P4x+ 250,63 0,44 538,27 0,95 570,73
P4x- 250,63 0,44 323,73 0,95 570,73
P4y+ 9,27 241,80 538,27 524,22 47,46
P4y- 9,27 241,80 323,73 524,22 47,46
III.
ANALISIS DE ESTABILIDAD
Reacciones a nivel de fundación Excentricidad Area efectiva Esfuerzo
Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN)
Mxx (kN-m)
Myy (kN-m) ex (m) ey (m) b´ (m) l´ (m)
A´ (m2) Q (kPa)
P3 1,50 0,00 1114,91 0,00 8,88 0,00 0,01 5,05 8,13 41,08 14,34
P4y+ 250,63 0,44 1222,18 1,31 771,23 0,00 0,63 5,05 6,89 34,77 22,35
P4y- 250,63 0,44 790,58 1,31 771,23 0,00 0,98 5,05 6,20 31,28 12,47
P4y+ 9,27 241,80 1222,18 717,66 54,88 0,59 0,04 3,88 8,06 31,24 26,32
P4y- 9,27 241,80 790,58 717,66 54,88 0,91 0,07 3,23 8,01 25,91 17,71
ok 26,32
Mto de Vuelco Mto estabilizador Momento mín
permitido F.S.= 2,0
MVxx (kN-m) MVyy (kN-m) Mexx (kN-m) Meyy (kN-m)
P3 -564,05 -1747,45 1178,81 1902,43 589,4 951,2
P4x+ -834,56 -1422,22 1178,81 1902,43 589,4 951,2
P4x- -292,84 -547,96 1178,81 1902,43 589,4 951,2
P4y+ -641,47 -2138,58 1178,81 1902,43 589,4 951,2
P4y- -99,75 -1264,32 1178,81 1902,43 589,4 951,2
IV. ANALISIS CON CARGAS DE DISEÑO
Reacciones a nivel de fundación Excentricidad Area efectiva Esfuerzo
Fz (kN) Mxx (kN-m) Myy (kN-m) ex (m) ey (m) b´ (m) l´ (m) A´ (m2) Q (kPa)
P1 1330,41 0,00 15,10 0,00 0,01 5,05 8,13 41,04 19,62
P2x+ 1354,35 1,41 1094,71 0,00 0,81 5,05 6,53 32,98 28,27
P2x- 1047,86 1,41 1094,71 0,00 1,04 5,05 6,06 30,59 21,46
P2y+ 1354,35 1025,06 71,34 0,76 0,05 3,54 8,04 28,45 34,81
P2y- 1047,86 1025,06 71,34 0,98 0,07 3,09 8,01 24,79 29,47
Versión 0.0 Página 24 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
34,81
V. DISEÑO ESTRUCTURAL
DISEÑO DE PLACA
Momento en el voladizo
52,84 kN-m/ml
Momento en el centro de luz
-47,53 kN-m/ml
Coeficiente de rigidez k (M vol) 1043,8
Coeficiente de rigidez k (M c luz) 938,9
Cuantía minima
0,0018
Cuantía inferior requerida r
0,0028
Área de acero inferior requerida 0,0006 6,37 cm2/m
Cuantía superior requerida r
0,0025
Área de acero superior requerida 0,0006 5,72 cm2/m
Área de acero retracción de fraguado 0,0004 4,05 cm2/m
Separación mínima del refuerzo 0,5000
Cortantes
60,65 KN/ml
19,23 KN/ml
Cortante actuante
269,57 KN/m2 ok
Cortante Concreto
749,63 KN/m2
DISEÑO VIGA
Refuerzo inferior
Momento máximo
809,23 kN-m
Fuerza máxima
670,44 kN
Carga sobre la viga
436,46 kN
Presión sobre la viga
107,11 Kn/m
Momento en la viga
591,17 kN-m
Cortantes
80,60 KN
355,86
Coeficiente de rigidez k
2899,1
Cuantía mínima
0,0033
Cuantía máxima
0,0213
Cuantía requerida r
0,0083
ok
Area de acero de refuerzo
0,0023 23,46 cm2
Refuerzo superior
Excentricidad
3,32 m
Longitud efectiva
1,505 m
Presion sobre la viga
580 kN
Momento actuante
164,22 kN-m
Cortante
436,46
Coeficiente de rigidez
805,3
Cuantia minima
0,0033
Cuantia maxima
0,0213
Cuantía requerida r
0,0022
ok
Versión 0.0 Página 25 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Area de acero de refuerzo
0,0009 9,36 cm2
Refuerzo lateral viga
Presion aceite
1,75 KN/m
Momento
0,35 KN-m/m
Coeficiente de rigidez k
3,175
Cuantia minima
0,0033
Cuantía requerida r
0,00001
Area de acero de refuerzo
0,00047 4,72 cm2/m
Muro de la cimentación
Espesor del muro
0,15 m
Angulo de fricción del suelo
30 grados
Densidad del suelo
16 kN/m
Altura del muro
1,00 m
Coeficiente de presión activa 0,33
Presión activa
2,67 kN/m
Momento actuante
0,89 kN-m/m
Coeficiente de rigidez k
39,51
Cuantía requerida
0,00010
Cuantía mínima requerida vertical 0,0012
Área de acero vertical requerido 0,00018 1,80 cm2/m
DISEÑO BLOQUE DE TIRO
Longitud
0,70 m
Ancho de la viga
0,40 m
Coeficiente de fricción
0,15
Fuerza horizontal
80,74
Momento dentro de la viga
56,52
Coeficiente de rigidez k
519,0
Cuantía requerida
0,0014
Cuantía mínima
0,0033
Area de acero vertical requerido 4,36 cm2
Versión 0.0 Página 26 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
ANEXO 2
CARRILERA TRANSFORMADOR DE POTENCIA
I. DATOS DE ENTRADA
Altura del equipo
4,9 m
Altura libre de la viga
0,2 m
Peso propio del equipo
431 kN
Ancho
4,26 m
Profundidad
7,35 m
Centroide de masa
1,97 m
Capacidad portante del suelo
150 kPa
f'c
28000 kPa
fy
420000 kPa
Densidad del concreto
24 kN/m
3
Densidad del aceite
10 kN/m
3
Densidad del suelo
16 kN/m
3
Peso aceite equipo
kN
Peso aceite calculado
kN
Peso cim, fosos vacíos
98,64 kN
Peso cim, fosos llenos
98,64 kN
Ancho de la cimentación
B= 3,50 m
Largo de la cimentación
L= 3,00 m
Altura libre de la viga
h= 0,20 m
Profundidad de cimentación
D= 0,50 m
Espesor de la placa
t0= 0,30 m
Ancho de la viga
t3= 0,40 m
Altura de la viga de apoyo trafo
0,59 m
Distancia voladizo
0,80 m
Separación ruedas
1,505 m
Separación entre apoyos (x)
e= 1,505 m
Separación entre apoyos (y)
1,505 m
Altura riel
0,11 m
Espesor muros
t1,t2= 0,00 m
Ancho foso central
a2= 1,105 m
Ancho foso lateral
a1, a3= 0,798 m
Chequeo base
3,50 m
Recubrimiento
0,075 m
Versión 0.0 Página 27 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
II. EVALUACION DE REACCIONES A NIVEL + O
Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Mxx (kN-m)
Myy (kN-m)
P1 0,00 0,00 646,50 0,00 0,00
P2x+ 0,00 0,00 517,20 0,00 0,00
P2x- 0,00 0,00 517,20 0,00 0,00
P2y+ 0,00 0,00 517,20 0,00 0,00
P2y- 0,00 0,00 517,20 0,00 0,00
P3 0,00 0,00 431,00 0,00 0,00
P4x+ 0,00 0,00 431,00 0,00 0,00
P4x- 0,00 0,00 431,00 0,00 0,00
P4y+ 0,00 0,00 431,00 0,00 0,00
P4y- 0,00 0,00 431,00 0,00 0,00
III.
ANALISIS DE ESTABILIDAD
Reacciones a nivel de fundación Excentricidad Area efectiva Esfuerzo
Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN)
Mxx (kN-m)
Myy (kN-m) ex (m) ey (m)
b´ (m) l´ (m)
A´ (m2) Q (kPa)
P3 0,00 0,00 529,64 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 42,44
P4y+ 0,00 0,00 529,64 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 42,44
P4y- 0,00 0,00 529,64 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 42,44
P4y+ 0,00 0,00 529,64 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 42,44
P4y- 0,00 0,00 529,64 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 42,44
Mto de Vuelco Mto estabilizador Momento mín permitido F.S.= 2,0
MVxx (kN-m) MVyy (kN-m) Mexx (kN-m) Meyy (kN-m)
P3 -754,25 -646,50 172,62 147,96 86,3 74,0
P4x+ -754,25 -646,50 172,62 147,96 86,3 74,0
P4x- -754,25 -646,50 172,62 147,96 86,3 74,0
P4y+ -754,25 -646,50 172,62 147,96 86,3 74,0
P4y- -754,25 -646,50 172,62 147,96 86,3 74,0
Versión 0.0 Página 28 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
IV. ANALISIS CON CARGAS DE DISEÑO
Reacciones a nivel de fundación Excentricidad Area efectiva Esfuerzo
Fz (kN)
Mxx (kN-m)
Myy (kN-m) ex (m) ey (m) b´ (m) l´ (m) A´ (m2) Q (kPa)
P1 745,14 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 62,97
P2x+ 615,84 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 50,65
P2x- 615,84 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 50,65
P2y+ 615,84 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 50,65
P2y- 615,84 0,00 0,00 0,00 0,00 3,50 3,00 10,50 50,65
62,97
V. DISEÑO ESTRUCTURAL
DISEÑO DE PLACA
Momento en el voladizo
20,02
kN-m/ml
Momento en el centro de luz -10,41
kN-m/ml
Coeficiente de rigidez k (M vol) 395,5
Coeficiente de rigidez k (M c luz) 205,7
Cuantía minima
0,0018
Cuantía inferior requerida r
0,0011
Área de acero inferior requerida 0,0004 4,05 cm2/m
Cuantía superior requerida r 0,0005
Área de acero superior requerida 0,0004 4,05 cm2/m
Área de acero retracción de fraguado 0,0004 4,05 cm2/m
Separación mínima del refuerzo 0,5000
Cortantes
50,22 KN/ml
34,79 KN/ml
Cortante actuante
223,18 KN/m2 ok
Cortante Concreto
749,63 KN/m2
DISEÑO VIGA
Refuerzo inferior
Momento máximo
0,00 kN-m
Fuerza máxima
646,50 kN
Carga sobre la viga
161,63 kN
Presión sobre la viga
107,75 Kn/m
Momento en la viga
30,10 kN-m
Cortantes
81,08 KN
80,54
Coeficiente de rigidez k
439,1
Cuantía mínima
0,0033
Cuantía máxima
0,0213
Cuantía requerida r
0,0012
ok
Area de acero de refuerzo
0,0005 5,40 cm2
Versión 0.0 Página 29 de 29 Localización: PCRA \\C-247
Fecha: 29/01/2011 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\
1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0
Refuerzo superior
Excentricidad
0,75 m
Longitud efectiva
1,505 m
Presion sobre la viga
215 kN
Momento actuante
60,81 kN-m
Cortante
161,63
Coeficiente de rigidez
887,0
Cuantia minima
0,0033
Cuantia maxima
0,0213
Cuantía requerida r
0,0024
ok
Area de acero de refuerzo
0,0005 5,40 cm2
Refuerzo lateral viga
Presion aceite
0,43 KN/m
Momento
0,04 KN-m/m
Coeficiente de rigidez k
0,381
Cuantia minima
0,0033
Cuantía requerida r
0,00000
Area de acero de refuerzo
0,00047 4,72 cm2/m