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Fundaciones para torres de transmisión
CIMENTACIONES
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 son 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.
METODO DE SULZBERGER
En la Revista Electrotécnica se dan en detalle el método de Sulzberger,
en los ejemplares marzo - abril de 1964 y marzo – abril de 1975. Allí se
demuestran las expresiones cuyo resultado es la tabla Nro. IX.
Entre los varios métodos de cálculo de fundaciones, el método de
Sulzberger se conoce por su creciente popularidad en los últimos años,
particularmente en Austria y Suiza. En la Argentina se lo usa también desde
hace varios años y los resultados obtenidos en las regiones con fuertes vientos,
justifican esta opinión (Por ejemplo la línea de 66 KV entre Comodoro
Rivadavia y Cañadon Seco, construida en el año 1953; la línea de 66 KV entre
Gral. Madariaga y Mar de Ajó, construida en 1970, que pasa por terrenos
anegadizos, arenosos y normales).
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, hecho que no figuración de las paredes está limitada solamente a la
fricción que aparecería durante un saqueo vertical del bloque de la fundación.
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".
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:
El encastramiento de la fundación en el terreno como también fricción
entre hormigón my tierra a lo largo de las paredes verticales, normales a la
fuerza actuante.
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.
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 que la fundación tiene su centro
de giro ubicado a 2/3 de la profundidad total (Figura 1).
El procedimiento consiste (en la práctica), en asumir los valores de a, b y
t (Figura 2).
Por ello se acostumbre predimensionar dando:
Para fijar los valores de a y b se toman 15 cm en cada lado en el
predimensionado.
Para verificar, se calcula el momento de vuelco.
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:
Los tanteos consisten justamente en lograr el valor de s (ver Figura 3 y
tabla Nro. X).
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 DEL POSTE: En la tabla VIII se puede consultar peso para
soportes de hormigón.
Para calcular el peso de la fundación se escribe:
(Volumen del hormigón)
Donde:
Para postes dobles, el cálculo es igual, salvo que:
Y se debe verificar:
Donde:
En casos de terreno, con distintas características resistentes, se
emplean diferentes tipos de fundaciones. Por ejemplo:
Fundación tipo A: Suelo de tierra negra. Aparecen capas de agua en
profundidad mayor que 2,5 m (ver Figura 4).
Fundación tipo B: Suelo de tierra negra. Se encuentra agua entre 2 y 3
m de profundidad (Ver Figura 5):
Fundación tipo C: Tierra arenosa, médanos. A una profundidad de 1,50
m aproximadamente, se encuentra agua. La capa superior es muy buena para
fundaciones son del tipo superficiales. (Figura 6).
Fundación tipo D
Zona baja con bañados. A una profundidad de 1,00 m aproximadamente,
se encuentra agua. La capa superior es de tierra negra y es la que ofrece las
mejores características para fundar. Las fundaciones son superficiales. (Figura
7).
Fundación tipo E
Zona similar a la que se emplean en fundaciones tipo D, pero de peores
condiciones en cuanto al agua. Se emplean fundaciones superficiales. (Figura
8).
Fundación tipo F
Suelo de tierra negra. Las capas superficiales presentan mejores
características para fundar que las capas profundas, pues aparece agua a
profundidades entre 1,50 y 2,50 m. Se emplea fundación profunda (similar a las
tipo A o B), pero con zapata superficial (Figura 9).
Fundación tipo G
Suelo de tierra colorada con agua en la superficie, muy blanca, en
zonas profundas se encuentran buenas condiciones para fundar. Es el caso
recíproco de las fundaciones tipo F. Se emplea zapata profunda (Figura 10).
NOTA: La tabla IX vale para fundaciones sin zapata. Para bases con zapata
ver los artículos en las "Revistas Electrotécnica" citada.
CALCULO DE CIMENTACIONES SEGUN MOHR.
Previo a comentar el método de Mohr recomendaremos el
comportamiento de una viga ate la solicitación de flexión compuesta.
Se dice que una viga esta sometida a compresión simple cuando la
fuerza actúa en su centro de gravedad. El diagrama de tensiones muestra una
distribución uniforme. El eje neutro está en el infinito. (Figura 11)
(Compresión)
Se dice que una viga está sometida a flexión simple, cuando el diagrama
de tensiones muestra dos triángulos iguales (Figura 12). El eje neutro pasa por
el centro de gravedad.
Si la fuerza es de comprensión pero no pasa por el centro de gravedad,
sino por uno de los ejes principales de inercia, a una distancia ey, se tiene
flexión compuesta simple.
El eje neutro puede pasar por la figura o por el borde o fuera de la misma.
En la Figura 13 se ejemplifica el caso en que el eje neutro pasa por el
borde y en la Figura 14, el mismo caso, con el eje neutro fuera de la figura. En
el primer caso la tensión es triangular y en el segundo, trapecial.
Si la fuerza no está aplicada en ningún de los ejes principales (Figura
15), la solicitación se denomina flexión compuesta oblicua.
Interesa en muchos problemas, determinar la posición del eje neutro. En
dicho eje, la tensión es nula. Se puede hallar su posición haciendo
o bien:
por lo tanto:
de donde:
Expresión que da la distancia del eje neutro al centro de gravedad.
El signo menos indica que su posición es opuesta a la de la
excentricidad ey de la fuerza.
Para el cálculo de cimentaciones, interesa que todos los puntos estén
sometidos a esfuerzos del mismo signo. Se demuestra trigométricamente que,
para que eso ocurra, la excentricidad de aplicación de la fuerza, debe ser
menor que 1/6 de la longitud total de la pieza. Se define así un rombo donde
conviene que actué la fuerza ver la Figura 16.
Si la aplicación de la fuerza está en el centro de gravedad, todo el
esfuerzo es de compresión y el eje neutro está en el infinito.
Si la fuerza se comienza a alejar del centro de gravedad, el eje neutro se
comienza a acercar a la figura pero aún la resultante del esfuerzo combinado
de comprensión y flexión es un trapecio. En el límite es un triángulo.
Cuando la fuerza se aleja más y el eje neutro ya está dentro de la figura,
se tienen 2 triángulos, pero uno de ellos implica que la solicitación es de
tracción, y las fundaciones rígidas directas de hormigón no trabajan bien a la
tracción, pues su resistencia es exigua. Ver Figura 17.
En el caso de flexión compuesta oblicua, la ecuación toma una
compresión simple más dos flexiones simples.
Reemplazando los momentos de inercia por radios de giro puede
encontrarse la posición del eje neutro con:
Reemplazo, resulta que el eje neutro esta posición oblicua.
Para y = 0 es:
Para z=0 es:
El problema de determinar la posición del eje neutro y las tensiones en
los bordes, en el caso de una sección sometida a flexión compuesta oblicua y
cuando no se consideran los esfuerzos de tracción, fue resuelto, para
secciones rectangulares, por Pohl, quien construyó una tabla que permite hallar
el valor de .
La tensión se calcula con:
El coeficiente m se obtiene en función de ez/b y ey/h, donde ez y ey son
las excentricidades de aplicación de la carga respecto al baricentro.
SINTESIS DEL PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO DE MOHR
Este antiguo procedimiento de cálculo, que lleva el nombre de Mohr, se
utiliza cuando se trata de bases anchas que están fundadas a pocas
profundidades, dado que para éstas, la influencias de la resistencia lateral del
suelo, disminuye considerablemente en comparación con las resistencias de
las bases del terreno.
Este procedimiento de cálculo será asimismo elegido, cuando las bases
no se hallen rodeadas de un buen suelo a todos los costados. Empleo, en
fundaciones mas angostas, el procedimiento de cálculo da resultados
demasiados desfavorables, de tal modo que el procedimiento se hace menos
apropiado cuanto más grande sea la relación entre la profundidad de
excavación y el ancho de la base.
Allí es donde interesa aplicar Sulzberger. Nótese que si no se toma Ms
en Sulzberger, s debe ser menor que 1,5, claro es que también las capas del
suelo laterales proporcionan resistencia contra cambios de posición de la base;
la que solo se considera indirectamente en el procedimiento de Mohr
agregando a las cargas verticales el peso del volumen de la tierra, cuyas
superficiales laterales externas atraviesan los bordes de la base de la
fundación y están inclinadas un ángulos b que depende del tipo de suelo
(líneas de puntos límites en la Figura 18).
Comúnmente, el ángulo b se toma de tal modo que, el peso adicional de
tierra sea justo igual a las fuerzas de fricción que surgen cuando la fundación
es solicitada por una fuerza axial de extracción. En realidad, en las torres de las
líneas, la fundación experimenta una rotación y la reacción del suelo solo actúa
donde la fundación trata de desprenderse de la tierra, ella es, por lo tanto,
menor de lo que se tiene en cuenta. La reacción, por lo tanto, actúa en forma
excéntrica.
Aún cuando en esta forma se obtuvieron dimensiones de fundaciones
apropiadas en ciertos casos, este método de cálculo, en el que las resistencias
laterales del suelo (y fuerzas de fricción) son reemplazadas por el peso de un
volumen de tierra, no puede llevar a obtener resultados generales utilizables.
Los siguientes pasos, donde se indica el procedimiento de Mohr, se
limitan a fundaciones con cortes rectangulares transversales.
El cálculo se basa en la suposición que, la base de la fundación
permanece horizontal y que las presiones que surgen en la base, conservan la
misma relación que los aplastamientos de la base en el suelo.
A causa de estas condiciones, se obtiene la distribución lineal de las
presiones de suelo sobre la base.
Pero las fuerzas de presión solo se transmiten sobre toda la superficie
cuando la fuerza promedio de las cargas verticales y horizontales del soporte y
de la reacción del volumen de la tierra actúa en el núcleo de la superficie de la
base.
Esto ocurre, con referencia a la Figura 16, cuando las coordenadas ex:
ey del punto del ataque, cumplen la condición:
Si el punto de ataque se encuentra fuera del núcleo, entonces se
produce una línea neutra en la superficie de la base, la que separa la parte
efectiva de la fracción de superficie que transmite presión, de la fracción no
efectiva es un triángulo, un cuadrado o un trapecio.
La posición de la línea neutra y la máxima presión en las esquinas se
determinan mediante las condiciones de equilibrio de la Estática Clásica; pero
el cálculo directo es solamente posible cuando la superficie de presión forma
un triángulo o un cuadrado.
Con una superficie de presión trapecial, los tramos determinantes
desconocidos de líneas neutras ya no se dejan separadas en las condiciones
de equilibrio no lineales según estas dimensiones y solo se pueden resolver
mediante pruebas.
TABLAS DE POHL
K. Pohl propuso tablas con cuya ayuda es posible, en forma simple,
determinar la máxima presión de esquina en todo caso, independientemente
que la superficie de presión forme un triángulo, cuadrado o trapecio.
previamente hay que determinar la posición del punto de ataque de la fuerza
promedio que se obtiene de las ecuaciones de momentos alrededor de los ejes
x-x e y-y de la base, de coordenadas:
; V= fuerzas verticales
(Ver figura 19 - a los momentos solo contribuyen las fuerzas horizontales
como así también fuerzas verticales fuera del centro de los mástiles).
La mayor presión de esquina se obtiene entonces de:
Donde: F = a.b es la superficie de la base y el coeficiente m se toma de
la tabla 81 para los valores ex/a y ey/b (dados separadamente).
Si por lo menos la mitad de la superficie de la base debe transmitir
tensiones, entonces solo se deben utilizar los valores de m que se halla a la
derecha o respectivamente por debajo de la línea escalonada A-A,
Bass reemplazó la tabla numérica de Pohl por una red de líneas de las
que se puede leer el coeficiente m inmediatamente.
El peso especifico del suelo se asume para la determinación de
reacciones del suelo comúnmente con:
COMENTARIO FINAL
El problema de aplicar directamente el método de Mohr consiste en que
generalmente, las fuerzas en el caso de líneas son horizontales y las
componentes verticales son menores que las horizontales.
A fin de incorporar una fuerza vertical importante, las fundaciones se
realizan en profundidad y la zapata es extendida. En ese caso se considera,
además del peso propio de los conductores, aisladores y estructuras (P1), el
peso de la tierra sobrepuesta (Pp).
Si llamamos:
para que la fuerza caiga dentro del núcleo central, evitándose las
fuerzas de tracción, debe ser:
CÁLCULO DE CIMENTACIONES A PATAS SEPARADAS
En este tipo de cálculo, que se realiza para dimensionar las bases de las
torres de acero, se parte de la hipótesis que: dos patas trabajan "a la
comprensión" y dos "al arranque". Ver Figura 20.
Para el arranque se agrega al peso de la tierra directamente
sobrepuesta a la placa "a" de la Figura 20 (que puede ser de hormigón o un
emparrillado metálico), una cantidad de tierra que corresponde al ángulo de
arranque. Dicho ángulo es función de las características del terreno. vale entre
8 y 40°.
Se indica con F a la fuerza de compresión y con Z a la de arranque.
Los valores del ángulo de arranque se pueden consultar en la planilla
Nro. XI.
PLANILLA N° XI
GUIA AUXILIAR PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD Y LA PRESION ADMISIBLE.
Suelo
Tipo
Naturaleza
Del terreno
Guía auxiliar práctica para determinar coeficiente de
Presión admisible
Coeficiente de compresibilidad
[c]
[o]
compresibilidad Kg/cm2 C[Kg/cm3]
A Laguna, pantano
Visual 0,5-1 3-5 --
B Muy blando arena fina
Apretándolo a puño cerrado escurre entre los
1 a 2 3-5 20
húmeda Arcilla blanda
dedos. 2 a 4 25
C Arcilla medio dura seca
5 a 8 6-8 25-30
fina seca 6 a 9
D Arcilla rígida (Arena gruesa
Se deja amasar con dificultad pero
se puede formar en la mano rollos
10 10-12
25-35
y pedregosa)
de 3mm sin corte ni desgrane
11 a 13
E Arcilla gruesa
dura
Se desgrana y se corta cuando se pretenden formar rollos de 3mm de diámetro en la mano. Esta húmeda y por ello su color es oscuro
13 a 16
12-15
37
F Arcilla rígida (Pedregullo y canto rodado)
Visualmente: está seco. La tierra es de color claro, cuyos terrones se quiebran.
20 40
= "Angulo de arranque" a usar en "patas separadas"
C = Coeficiente de compresibilidad a emplear con Sulzberger.
Las fundaciones se predimensionan y luego se verifican a la
comprensión y al arranque.
VERIFICACION AL ARRANQUE
Teniendo las fuerzas Z que tratan de arrancar la torre, mientras que la
fundación y la tierra superpuesta tratan de impedirlo, se llega a la siguiente
expresión (teniendo en cuenta la consideración de Sulzberger).
Donde:
VERIFICACION A LA COMPRESION
Tenemos como dato la presión ( ) máxima que soporta la tierra:
Esto es para terreno normal; para resto, ver planilla Nro. XI.
La expresión a aplicar es:
FUNDACIONES PARA POSTES DE MADERA
No se fundan, van simplemente enterrados en tierra apisonada, en
algunos casos se agrega una cruz inferior.
PILOTES
En terrenos cuyas capas portantes se encuentran en profundidad, se
emplean pilotes hincados y unidos cerca de la superficie por cabezal para
realizar la fundación.
APENDICE
Los valores típicos de los parámetros característicos del terreno se
muestran en la planilla 1 que ha sido extraída de la bibliografía.
planilla 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
categoria naturaleza del terreno
peso especifico gamma [kg / m3]
presion admisible sigma [kg / cm2 ]
indice de compresibilidad C [ kg / cm3 ]
angulo de la tierra gravante beta
angulo de la friccion interna delta
coeficiente de friccion entre terreno y hormigon mu
-
vegetable
movido
- liso escabroso
-
A laguna, aguazal, terreno pantanoso
650 hasta 0.5
0.5 a 1 5 3 - 0,05
0,1
B terrenos muy blandos
1 a 2 20 0,2 0,2
B arena fina humeda
1700 hasta 0.8
1 a 2 5 3 30 0,3 0,5
B arcilla blanda 2 a 4 25 0,3 0,4
C arcilla mediodura seca
1700 hasta 1.8
5 a 8 8 6 25 0,4 0,5
C Arcilla fina seca
6 a 9 30 0,6 0,7
D Arcilla rigida 1700 hasta 3 10 12 10 25 0,4 0,5
D Arena gruesa y pedregullo
11 a 13 35 0,4 0,5
E Arcilla gruesa dura
1700 hasta 4 13 a 16 15 12 37 0,4 0,5
F Rigido, pedregullo, canto rodado
hasta 5 20 20 40 0,4 0,5
Para la roca gama = 2400 kg / m3 y la presión admisible para roca debilitada por efectos geológicos se
acepta igual a 10 kg / cm2; para rocas sanas hasta 23 kg / cm2
El índice de compresibilidad se refiere a la profundidad de 2 m; para el fondo de la excavación Cb se puede
aumentar hasta 1,2 C para las paredes
Para las categorías B hasta F y terrenos con buena cohesión se puede aumentar beta por 5 grados
La planilla 2 también extraída de la bibliografía muestra como s depende
Ms / Mb.
planilla 2
Ms / Mb
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
s 1,5 1,383 1,317 1,26 1,208 1,15 1,115 1,075 1,04 1,017 1
La bibliografía correspondiente es el articulo del Ing. Tadeo Maciejewsky
- Calculo de fundaciones para líneas de transmisión de energía eléctrica con el
método de Sulzberger - revista Electrotécnica argentina - Marzo Abril 1964 -
pag 59 a 69
Generalidades: En redes de media tensión y hasta las más altas usadas
en Argentina de hasta 500 kv., se emplean torres de hormigón y reticulado de
acero. En la figura 11 vemos los esquemas más corrientes de estas torres. La
elección del tipo de torre se hace sobre la base de criterios económicos, de
sismicidad y en base el vano, que es la distancia entre dos torres. Los estudios
técnico-económicos, que tienen en cuenta los factores técnico, climáticos y
precios, permiten generar programas de computación con los cuales se
determina lo que se denomina vano económico, que es la distancia entre torres
que hace mínimo el costo por kilómetro. Las estructuras de soporte, torres o
postes, pueden ser de suspensión o de retención.
Las primeras se instalan en los tramos rectos de las líneas, mientras que
las segunda son para los lugares en que, además, la línea debe soportar
esfuerzos laterales, producto del cambio de dirección (ángulo) o finales de
línea. La figura 12 nos enseña dos tipos de torres de hormigón centrifugado.
Nótese que tanto en la última figura 10 y la 11, las torres tienen el
llamado hilo de guardia, marcado con las letras HG. Este elemento es de acero
Figura 10
Figura 11
Figura 12
Galvanizado. Las torres metálicas son estructuras de perfiles ángulos,
vinculados directamente entre sí o a través de chapas, mediante uniones
abulonadas. Para mejor mantenimiento, son galvanizadas y el acero es de alta
resistencia. Las estructuras se dimensionan por medio de sistemas
computarizados que minimizan el peso de las estructuras. Los postes de
hormigón, en cambio, serán del tipo armado, centrifugado o pretensado. Las
crucetas o ménsulas, serán del mismo material en la mayor parte de los casos.
En la figura 12 tenemos la silueta de una torre autoportante o de
retención.
En la figura 13 tenemos una torre de suspensión o arriendada, que es
más económica.
Figura 13
En todos los casos, las fundaciones representan un papel importante en
la seguridad y en el costo de una línea de transmisión, y deben permitir la fácil
colocación de las tomas de tierra que vemos en la figura 14.
Figura 14
El tipo de terreno, por su agresividad, determina el cemento que se debe
emplear. Hay torres de tipo especial, ya que en ellas se produce la
transposición.
A fin de hacer aproximadamente igual a los valores de las constantes de
las líneas, para cada fase, en tramos adecuados, se hacen cambios en el
orden en que se encuentran las fases. En las figuras 12 y 13 se ve que las
fases R,S y T están en un plano, lo que determina que la capacidad, la
autoinducción y las pérdidas, no sean de igual valor. Por lo tanto esto se
resuelve cambiando dos veces a lo largo del recorrido la posición relativa de
esas fases. Pero el punto en que esto se produce, requiere de una torre
particular, con disposiciones típicas para estos casos.
Los conductores de las líneas aéreas de alta tensión se construyen con
un núcleo de alambres de acero que contribuyen a la resistencia mecánica,
rodeado de una formación de alambres de aleación de aluminio tal como ilustra
la figura 15. Los valores mas corrientes suelen ser:
300/50 mm2 240/40 mm2 150/25 mm2 120/20 mm2
95/15 mm2 70/12 mm2 50/8 mm2
La primera cifra es la sección útil del aluminio y que conduce la corriente.
La segunda es el acero.
Es muy común que para cada fase, se utilice mas de un conductor. En
las figuras 12 y 13 se puede apreciar que cada fase se compone de 4
conductores, como los de la figura 15. Esto hace necesario el empleo de
accesorios metálicos, la morseteria o graperia, que en tensiones muy alta,
requieren un delicado diseño.
Figura 15
Figura 16
Una línea importante de transmisión de energía es una obra de
ingeniería, que tiene mucho que ver con la ingeniería eléctrica y la ingeniería
civil. Cuando se decide ejecutar esta obra entre dos puntos distantes, lo
primero que se debe examinar, es la traza, o sea, el recorrido. Esto implica un
cuidadoso estudio topográfico para encontrar la mejor solución, junto con el
estudio de suelos, para poder dimensionar las fundaciones.
Con los elementos se optimiza el problema y se determina el vano
económico que se ha de usar, que hace mínimo el costo. En la figura 18 vemos
un ejemplo de traza, en que para el cruce de un río y la subida de una sierra,
hay que adaptarse al terreno, lo que obliga a la adopción de torres de tipo
especial, de retención, mas caras. En los tramos lineales se pueden usar torres
de suspensión, todas iguales, con ventaja en los costos.
El estudio de la topografía del recorrido permite determinar el lugar
exacto donde se instalara cada torre. Se evitan los cambios de dirección,
porque ello obliga a la colocación de torres de retención en esos puntos.
Los esfuerzos o solicitaciones que deben resistir las torres son, además
del peso propio y los efectos de la naturaleza sobre las mismas, las que les
trasmiten los conductores. En la figura 17 vemos el croquis de una torre como
la de la figura 11 derecha, que cumple la función de ángulo, es decir, desvío de
la dirección de la línea. Se observa que la torre debe soportar los efectos de las
solicitaciones de los conductores, que se componen del peso propio del
conductor más el peso de las cadenas de aisladores, a lo que se suma la
acción del viento.
Al peso propio se debe sumar el peso del manguito de hielo que se
forma luego de una nevada y que expuesto, al viento, ofrece una superficie
lateral apreciable. Todos estos defectos, sumados, componen las solicitaciones
sobre la torre. Por otra parte, el proyecto de una línea implica el adecuado
diseño del hilo conductor, que es una catenaria, que se muestra en el ejemplo
de la figura 18, en que el hilo conductor aparece suspendido entre dos puntos
de distinta cota. La distancia entre el punto mas elevado y el punto mas bajo se
llama flecha y es un número importante, sea para el dimensionado del
conductor, como en los trabajos de instalación y montaje.
Figura 17
Como la temperatura de trabajo cambia, lo mismo que el viento a que
esta sometido el conductor, la flecha es un número variable. La teoría de estas
catenarias permite conocer el valor de la tensión Tx en cada punto de su
recorrido X, ocasionada por sus componentes horizontales y verticales, con lo
cual se determina la sección resistente y el valor de la tensión T en el punto de
apoyo permite conocer el esfuerzo que trasmiten a la graperia de sujeción a la
torre.
Figura 18
Fundaciones de tierra: Los anclajes de acero colocados con
revestimientos de protección son económicos y se han usados con éxito para
torres de sustentación o alineación. El tipo más satisfactorio de anclaje de
acero es el piramidal, bien sea triangular, bien sea cuadrado, construido con
hierro ángulo y con una reja abulonada en la cara interior. Los anclajes de
acero galvanizado enterrados en el suelo durarán casi tanto como la estructura
en suelos de condiciones ordinarias, pero no son satisfactorios, sin protección
especial, en terrenos con algún contenido de azufre, tales que los rellenos de
escoria o carbonilla.
Fundaciones de hormigón: Estas fundaciones se usan generalmente en
torres de ángulo y de amarre o final de línea y para las estructuras especiales
que requieren gran resistencia, como son las de cruce de ríos, y torres en los
extremos de vanos extraordinariamente largos.
Anclajes en roca: Estos anclajes pueden sustituir a los de acero con
rejas o bases de hormigón, en terrenos de rocas firmes. Se practican en la roca
taladros de diámetro algo superior al de los pernos y se colocan los pernos,
rellenando seguidamente. Los pernos de anclaje deberían abrirse en su
extremo y ser colocados con cuñas.
Estructuras especiales: Cuando no es factible realizar la transposición de
conductores en torres normales mediante crucetas adecuadas, son necesarias
torres especiales. Los tramos largos sobre ríos y bahías y los cruces de
carreteras principales y líneas principales y líneas más importantes de
ferrocarril, requieren torres mucho más altas que las normales o torres con un
factor de seguridad mayor.
TIPOS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Líneas de transmisión de conductor paralelo Linea de transmisión de
cable abierto. Una linea de transmisión de cable abierto es un conductor
paralelo de dos cables, y se muestra en la figura 8-6a. Consiste simplemente
de dos cables paralelos, espaciados muy cerca y solo separados por aire. Los
espaciadores no conductivos se colocan a intervalos periódicos para apoyarse
y mantener se a la distancia, entre la constante de los conductores. La
distancia entre los dos conductores generalmente está entre 2 y 6 pulgadas.
El dieléctrico es simplemente el aire, entre y alrededor de los dos
conductores en donde se propaga la onda TEM. La única ventaja real de este
tipo de línea de transmisión es su construcción sencilla. Ya que no hay
cubiertas, las pérdidas por radiación son altas y es susceptible a recoger ruido.
Estas son las desventajas principales de una línea de transmisión de
cable abierto. Por lo tanto, las líneas de transmisión de cable abierto
normalmente operan en el modo balanceado.
.- Secciones transversales
Cables gemelos (doble terminal). Los cables gemelos son otra forma de
línea de transmisión para un conductor paralelo de dos cables, y se muestra en
la figura 8-6b. Los cables gemelos frecuentemente son llamados cable de cinta.
Los cables gemelos esencialmente son igual que una línea de
transmisión de cable abierto, excepto que los espaciadores que están entre los
dos conductores se reemplazan con un dieléctrico sólido continuo. Esto
asegura los espacios uniformes a lo largo de todo el cable, que es una
característica deseable por razones que se explicarán posteriormente en este
capitulo. Típicamente, la distancia entre los dos conductores es de 5/16 de
pulgada, para el cable de transmisión de televisión. Los materiales dieléctricos
más comunes son el teflón y el polietileno.
Cable de par trenzado. Un cable de par trenzado se forma doblando
("trenzando") dos conductores aislados juntos. Los pares se trenzan
frecuentemente en unidades y las unidades, a su vez, están cableadas en el
núcleo. Estas se cubren con varios tipos de fundas, dependiendo del uso que
se les vaya a dar. Los pares vecinos se trenzan Con diferente inclinación (el
largo de la trenza) para poder reducir la interferencia entre los pares debido a la
inducción mutua. Las constantes primarias del cable de par trenzado son sus
parámetros eléctricos (resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia).
Que están sujetas a variaciones con el ambiente físico como temperatura,
humedad y tensión mecánica, y que dependen de las variaciones en la
fabricación. En la figura 8 se muestra un cable de par trenzado.
Par de cables protegido con armadura. Para reducir las pérdidas por
radiación e interferencia, frecuentemente se encierran las líneas de transmisión
de dos cables paralelos en una malla metálica conductiva. La malla se conecta
a tierra y actúa como una protección. La malla también evita que las señales se
difundan más allá de sus límites y evita que la interferencia electromagnética
llegue a los conductores de señales. En la figura 8-6d Se muestra un par de
cables paralelos protegido. Consiste de dos conductores de cable paralelos
separados por un material dieléctrico sólido. Toda la estructura está encerrada
en un tubo trenzado conductivo y luego cubierto con una capa protectora de
plástico.
Líneas de transmisión coaxial o concéntrica
Las líneas de transmisión de conductores paralelos son apropiadas para
las aplicaciones de baja frecuencia. Sin embargo, en las frecuencias altas, sus
pérdidas por radiación y pérdidas dieléctricas, así como su susceptibilidad a la
interferencia externa son excesivas. Por lo tanto, los conductores coaxiales se
utilizan extensamente, para aplicaciones de alta frecuencia, para reducir las
pérdidas y para aislar las trayectorias de transmisión. El cable coaxial básico
consiste de un conductor central rodeado por un conductor exterior concéntrico
(distancia uniforme del centro). A frecuencias de operación relativamente altas,
el conductor coaxial externo proporciona una excelente protección contra la
interferencia externa. Sin embargo, a frecuencias de operación más bajas, el
uso de la protección no es coestable. Además, el conductor externo de un
cable coaxial general mente está unido a tierra, to que limita su uso a las
aplicaciones desbalanceadas.
Esencialmente, hay dos tipos de cables coaxiales: líneas rígidas llenas
de aire Y líneas sólidas flexibles. El material aislante es un material de
polietileno sólido no conductivo que proporciona soporte, así como aislamiento
eléctrico entre el conductor interno y el externo. El conductor interno es un
cable de cobre flexible que puede ser sólido o hueco.
Los cables coaxiales rígidos llenos de aire son relativamente caros de
fabricar, y el aislante de aire tiene que estar relativamente libre de humedad
para minimizar las pérdidas Los cables coaxiales sólidos tienen pérdidas
menores y son más fáciles de construir, de instalar, y de dar mantenimiento.
Ambos tipos de cables coaxiales son relativamente inmunes a la radiación
externa, ellos en si irradian muy poca, y pueden operar a frecuencias mas altas
que sus contrapartes de cables paralelos. Las desventajas básicas de las
líneas de transmisión coaxial es que son caras y tienen que utilizarse en el
modo desbalanceado.
Balunes. Un dispositivo de circuitos que se utiliza para conectar una
línea de transmisión balanceada a una carga desbalanceada se llama balun
(balanceado a desbalanceado). 0 más comúnmente, una línea de transmisión
desbalanceada, como un cable coaxial, se puede conectar a una carga
balanceada, como una antena, utilizando Un transformador especial con un
primario desbalanceado y un bobinado secundario con conexión central.
El conductor externo (protector) de una línea de transmisión coaxial
desbalanceada generalmente se conecta a tierra. A frecuencias relativamente
bajas, pile de utilizarse un transformador ordinario para aislar la tierra de la
carga, como se muestra en la figura 8a. El balun debe tener una protección
electrostática conectada a tierra física para minimizar los efectos de capacitan
cías dispersas.
Para las frecuencias relativamente altas, existen varios tipos diferentes
de balunes para las líneas de transmisión.
El tipo más común es un balun de banda angosta, llamados a veces
balun choque, camisa o balun de bazuca, como se muestra en ha figura 88b.
Se coloca alrededor una camisa de un cuarto de longitud de onda y se conecta
al conductor externo de un cable coaxial. En consecuencia, la impedancia que
se ye, desde la línea de transmisión, está formada por una camisa y el
conductor externo y es igual a infinito (o sea, que el conductor externo ya no
tiene una impedancia de cero a tierra). Así que, uno de los cables del par
balanceado se puede conectar a la camisa sin hacer un cortocircuito a la señal.
El segundo conductor se conecta al conductor interno del cable coaxial.
INTRODUCCION
Lo que veremos a continuación es como esta constituida una
torre de transmisión y su tipo de fundaciones con sus respectivos
cálculos para las estructuras de líneas de transmisión, dependen del
estado de cargas, de la topograf ía y de las condiciones del
subsuelo, por lo tanto se requiere una solución de cimentación diferente para cada
estructura. las líneas de transmisión siguen por lo general una poligonal abierta la misma
que atraviesa diferentes formaciones geológicas, topográficas, climáticas y por
ende diferentes tipos de subsuelo, que en cuanto tienen efecto sobre los
parámetros utilizados en la ingeniería civil dificultan la racionalización o
sistematización de las soluciones de cimentación. las fundaciones para líneas
de bajo voltaje suelen ser de tipo monobloque, es decir que existe un solo
cimiento para las cuatro patas de la torre. en tal caso la condición
predominante para el diseño de las mismas es el volcamiento y las
fuerzas que lo contrarrestan, el peso de la estructura, el cimiento, y la
acción lateral del terreno deben se suficientes para equilibrar la acción del
momento del vuelco, con un coeficiente de seguridad adecuado. para determinar las
dimensiones y profundidad de ese tipo de cimiento el método de diseño mas
utilizado es el método suizo o método de sulzburger.
CONCLUSIÓN
En los antecedentes de las líneas de transmisión, me di una idea de
donde provienen éstas otro factor importante que se debe destacar es el de
proteger la línea contra factores externos e internos, ya que estos determinan
en gran medida el rendimiento continuo y adecuado de la misma.
Por lo cual se deben efectuar diversos estudios para poder realizar un
correcto proyecto de una línea determinada. También es de suma importancia
estudiar todo el territorio por donde pasará la línea, ya que si en el transcurso
de esta se encuentra una zona urbana muy concurrida, se deberá adoptar una
línea subterránea por ser en estos casos la más conveniente por razones de
seguridad.
