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

Nombre

Firma

Fecha

Elaboró:

Jeffrey Pérez

29/01/2011

Revisó:

Carlos Barrios

29/01/2011

Aprobó:

Jaime Olaya P.

31/01/2010

Versión Descripción 0.0 Versión para revisión de ISA

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 1 de 29

Revisado por Fecha J.O.P. 25/02/2011

Localización: PCRA \\C-247 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\ 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0

ÍNDICE TEMA 1. 2. 3. 4. 5.

PÁGINA

OBJETO ............................................................................................................... 3 ÁMBITO ................................................................................................................ 3 DEFINICIONES .................................................................................................... 3 RELACIONES ...................................................................................................... 3 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 Fecha: 29/01/2011

Página 2 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 3 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 4 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 5 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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: Densidad del concreto: Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo: 5.2.4

f’c Fy

= 28 MPa = 2400 kg/m3 = 420 Mpa

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: Velocidad pico efectiva: Coef. de amplificación periodos cortos: Coef. de amplificación periodos intermedios: Coeficiente de importancia: Aceleración máxima horizontal: Coeficiente de disipación de energía: Coeficiente sísmico de diseño:

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 6 de 29

Aa Av Fa Fv I Sa R Sa/R

= 0.4 = 0.4 = 1.2 = 1.6 = 1,5 = 1,8 = 1.5 = 1.2

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 7 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 8 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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: B: L: D: h: t1: t3: t2:

separación entre ejes de vigas,m. ancho total de la cimentación, m. longitud total de la cimentación, m. profundidad de la cimentación, m. altura de pedestal, m. espesor placa de fondo, m. espsor de los muros, m. ancho vigas de apoyo del transformador, m.

a1, a2: a3:

ancho fosos laterales, m. ancho foso central, m.

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 9 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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.

DRV

DR 2 * DRP

AHR

Donde: DRV: DR: DRP: AHR:

distancia entre ejes riel – vigas, m. distancia entre ejes de ruedas, m. distancia entre eje de rueda y pestaña, m. ancho del hongo del riel, m.

Figura 4 Separación de Ejes

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 10 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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: Ct : Cct:

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

carga por peso propio del equipo, KN. carga de tensión por conductor, KN. carga por corto circuito transversal, KN.

Página 11 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\ 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0

Ccl: Sv : St : Sl :

carga po corto circuito longitudinal, KN. caga de sismo vertical, KN. carga de sismo transversal, KN. 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

Sh We *

Sa , kN R

Capítulo A.3.1.1 NSR-10 Fuerza vertical en el equipo por sismo

Sv

2 * Sh , kN 3

Capítulo A.2.8 NSR-10

Siendo: W: Sa/R:

peso del elemento (equipo, soporte o conductor), KN. 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 P2x+ P2xP2y+ P2y-

= 1,5 Pp + 1,7 Ct = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csx + 1,0 Csv = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csx - 1,0 Csv = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csy + 1,0 Csv = 1,2 Pp + 1,3 Cc + 1,0 csy - 1,0 Csv

Cargas de trabajo P3 P4x + P4x P4y + P4y -

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

= 1,0 Pp + 1,0 Ct = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csx + 0,7 Csv = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csx - 0,7 Csv = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csy + 0,7 Csv = 1,0 Pp + 1,3 Cc + 0,7 csy - 0,7 Csv

Página 12 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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

P1

1,7Ct 0,0 1,3Cc+1,0Cs P2x+ x 1,3Cc 1,3Cc+1,0Cs P2x- x 1,3Cc P2y+ 1,3Cc P2y-

1,3Cc

P3

P4y-

1,0Cc

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Mxx

1,5Pp 0,0 1,2Pp+1,0Cs v 1,3Cc(cm+h)

1,2Pp-1,0Csv 1,3Cc(cm+h) 1,2Pp+1,0Cs 1,3Cc(cm+h) + 1,3Cc+1,0Csy v 1,0Csy(cm+h) 1,3Cc(cm+h) + 1,3Cc+1,0Csy 1,2Pp-1,0Csv 1,0Csy(cm+h)

1,0Ct 0,0 1,0Cc+0,7Cs P4x+ x 1,0Cc 1,0Cc+0,7Cs P4x- x 1,0Cc Fx Fy P4y+ 1,0Cc

Fz

1,0Pp 0,0 1,0Pp+0,7Cs v 1,0Cc(cm+h)

1,0Pp-0,7Csv 1,0Cc(cm+h) Fz Mxx 1,0Pp+0,7Cs 1,0Cc(cm+h) + 1,0Cc+0,7Csy v 0,7Csy(cm+h) 1,0Cc(cm+h) + 1,0Cc+0,7Csy 1,0Pp-0,7Csv 0,7Csy(cm+h)

Página 13 de 29

Myy 1,7Ct(He+h) 1,3Cc(He+h) + 1,0Csx(cm+h) 1,3Cc(He+h) + 1,0Csx(cm+h) 1,3Cc(He+h) 1,3Cc(He+h) 1,0Ct(He+h) 1,0Cc(He+h) + 0,7Csx(cm+h) 1,0Cc(He+h) + 0,7Csx(cm+h) Myy 1,0Cc(He+h) 1,0Cc(He+h)

Localización: PCRA \\C-247 \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

Fz nivel 0 A'

Qact

*D

Donde: Fz nivel +0: A: b´: e: γ: D: 5.4.7

sumatoria de fuerzas en el eje Z a nivel +0, KN. área efectiva, m2. A´= b´* l´ lado efectivo, m. b’= B - 2 e excentricidad, m. e = M / Fz peso unitario del relleno, KN/m3. profundidad de la cimentación, m.

Verificación al volcamiento

Para determinar la estabilidad al volcamiento se tiene:

Me Momento estabilizador

Wc * B 2

Siendo: Wc: peso de la cimentación. Momento de vuelco, debido a las cargas de trabajo

Mv

Fy * D

M

( Fz nivel 0) *

B 2

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 Fecha: 29/01/2011

Página 14 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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

(e A)) 2 ) 2 Qact * 2 McQact * (e t 3) 2 Mv 8 (

Momento en el voladizo

Mv

Momento en el centro de la luz

Mc

(B

Tendremos:

M , kN/m². b*d2

Coeficiente de rigidez

K=

Cuantía requerida Área de acero requerida

 As =b * d, cm²/m.

Verificando que: Cortante actuante Vu≤ Cortante admisible Vc Donde:

Vc

( f ' c)1 / 2 , MPa 6

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 15 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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

P

( Fznivel 0) 4

Fuerza sobre la viga

W

2P L W(

Momento en el voladizo

Mv

Momento en el centro de la luz

Mc

(L

e) 2 2

W (e) 2 8

Myy 2e

)2

Mv

Tendremos:

M , kN/m². b*d2

Coeficiente de rigidez

K=

Cuantía requerida Área de acero requerida

ρ 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 Fecha: 29/01/2011

Página 16 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fuerza sobre la viga

L' L 2e 2P W L´

Tendremos: Momento en el centro de la luz Coeficiente de rigidez Cuantía requerida Área de acero requerida

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

W (e ) 2 8 M K= , kN/m². b*d2 Mc

ρ As = ρb * d, cm²/m.

Página 17 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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:

Pa

KA * *H 2 , presión activa 2

Donde: KA:

coeficiente de presión de tierras estado activo.

: H: :

densidad del suelo, kN/m³. altura del muro, m. ángulo de fricción del suelo, grados.

KA

tan2 (45

2

)

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 Fecha: 29/01/2011

Página 18 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Profundidad bloque Coeficiente de fricción Fuerza horizontal Momento en la viga

L D Cf = 0.15 Fh = We * Cf M = Fh* L

Coeficiente de rigidez

K=

Cuantía requerida Área de acero requerida

= As =b * d, cm²/m.

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

M , kN/m². b*d2

Página 19 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 20 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fecha: 29/01/2011

Página 21 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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) Altura libre de la viga Peso propio del equipo (Wte) Ancho del equipo derecha del eje Ancho del equipo izquierda del eje Ancho total del equipo (Ae) Longitud del equipo (Le) Altura del centroide de masa (cm) Carga estática por corto circuito Carga en condición de corto circuito Carga en condición de corto circuito Zona de amenaza Sísmica Coeficiente sísmico de diseño Coeficiente de disipación de energía (R) Carga de sismo vertical Carga horizontal por sismo Carga vertical por sismo

4,92 0,2 431 1,96 2,30 4,26 7,35 1,97 1,5 9,27 1,32 ALTA 1,2 1,5 153,24 344,80 344,80

m m kN m m m m m kN 3,09 0,44

Capacidad portante del suelo f'c fy Densidad del concreto Densidad del aceite Densidad del suelo Peso aceite equipo (Wa) Peso aceite calculado Peso cim, fosos vacíos Peso cim, fosos llenos Ancho de la cimentación Largo de la cimentación Altura libre de la viga Profundidad de cimentación Espesor de la placa Ancho de la viga Altura de la viga de apoyo trafo Distancia voladizo Separación ruedas Separación entre apoyos (x) Separación entre apoyos (y) Altura riel Espesor muros Ancho foso central Ancho foso lateral derecha Ancho foso lateral izquierda Chequeo base Recubrimiento

150 28000 420000 24 10 16 148 217 466,85 683,91 5,05 8,15 0,20 0,80 0,30 0,40 0,89 1,74 1,505 1,505 1,505 0,11 0,15 1,105 1,253 1,593 5,05 0,075

kPa kPa kPa 3 kN/m 3 kN/m 3 kN/m kN kN kN kN m m m m m m m m m m m m m m m m m m

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

B= L= h= D= t0= t3=

e=

t1,t2= a1= a2= a3=

Página 22 de 29

kN kN kN

Localización: PCRA \\C-247 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\ 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0

EVALUACION DE REACCIONES A II. NIVEL + O

P1 P2x+ P2xP2y+ P2yP3 P4x+ P4xP4y+ P4y-

Fx (kN)

Fy (kN)

Fz (kN)

2,55 356,85 356,85 12,05 12,05 1,50 250,63 250,63 9,27 9,27

0,00 0,57 0,57 345,37 345,37 0,00 0,44 0,44 241,80 241,80

646,50 670,44 363,96 670,44 363,96 431,00 538,27 323,73 538,27 323,73

Mxx (kNm)

0,00 1,24 1,24 748,77 748,77 0,00 0,95 0,95 524,22 524,22

Myy (kN-m)

13,06 809,23 809,23 61,70 61,70 7,68 570,73 570,73 47,46 47,46

ANALISIS DE III. ESTABILIDAD Reacciones a nivel de fundación

P3 P4y+ P4yP4y+ P4y-

Fx (kN)

Fy (kN)

Fz (kN)

1,50 250,63 250,63 9,27 9,27

0,00 0,44 0,44 241,80 241,80

1114,91 1222,18 790,58 1222,18 790,58

Mto de Vuelco MVxx (kN-m)

P3 P4x+ P4xP4y+ P4y-

-564,05 -834,56 -292,84 -641,47 -99,75

MVyy (kN-m)

-1747,45 -1422,22 -547,96 -2138,58 -1264,32

Mxx (kNm)

0,00 1,31 1,31 717,66 717,66

Excentricidad

Myy (kN-m)

ex (m)

8,88 771,23 771,23 54,88 54,88

Mto estabilizador Mexx (kN-m)

1178,81 1178,81 1178,81 1178,81 1178,81

0,00 0,00 0,00 0,59 0,91

ey (m)

0,01 0,63 0,98 0,04 0,07

Area efectiva b´ (m)

l´ (m)

5,05 5,05 5,05 3,88 3,23

Esfuerzo

A´ (m2)

8,13 6,89 6,20 8,06 8,01

Q (kPa)

41,08 34,77 31,28 31,24 25,91

14,34 22,35 12,47 26,32 17,71

ok

26,32

Momento mín permitido F.S.= 2,0

Meyy (kN-m)

1902,43 1902,43 1902,43 1902,43 1902,43

589,4 589,4 589,4 589,4 589,4

951,2 951,2 951,2 951,2 951,2

IV. ANALISIS CON CARGAS DE DISEÑO Reacciones a nivel de fundación Fz (kN)

P1 P2x+ P2xP2y+ P2y-

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

1330,41 1354,35 1047,86 1354,35 1047,86

Excentricidad Mxx (kN-m)

Myy (kN-m)

0,00 1,41 1,41 1025,06 1025,06

15,10 1094,71 1094,71 71,34 71,34

Página 23 de 29

ex (m)

0,00 0,00 0,00 0,76 0,98

ey (m)

0,01 0,81 1,04 0,05 0,07

Area efectiv b´ (m)

5,05 5,05 5,05 3,54 3,09

Localización: PCRA \\C-247 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\ 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0

l´ (m)

8,13 6,53 6,06 8,04 8,01

V. DISEÑO ESTRUCTURAL DISEÑO DE PLACA

Momento en el voladizo Momento en el centro de luz Coeficiente de rigidez k (M vol) Coeficiente de rigidez k (M c luz) Cuantía minima Cuantía inferior requerida r Área de acero inferior requerida Cuantía superior requerida r Área de acero superior requerida Área de acero retracción de fraguado Separación mínima del refuerzo Cortantes Cortante actuante Cortante Concreto

52,84 kN-m/ml -47,53 kN-m/ml 1043,8 938,9 0,0018 0,0028 0,0006 6,37 cm2/m 0,0025 0,0006 5,72 cm2/m 0,0004 4,05 cm2/m 0,5000 60,65 KN/ml 19,23 KN/ml 269,57 KN/m2 749,63 KN/m2

ok

DISEÑO VIGA

Refuerzo inferior Momento máximo Fuerza máxima Carga sobre la viga Presión sobre la viga Momento en la viga Cortantes

kN-m kN kN Kn/m kN-m KN

Coeficiente de rigidez k Cuantía mínima Cuantía máxima Cuantía requerida r Area de acero de refuerzo

809,23 670,44 436,46 107,11 591,17 80,60 355,86 2899,1 0,0033 0,0213 0,0083 0,0023

Refuerzo superior Excentricidad Longitud efectiva Presion sobre la viga Momento actuante Cortante Coeficiente de rigidez Cuantia minima Cuantia maxima Cuantía requerida r

3,32 1,505 580 164,22 436,46 805,3 0,0033 0,0213 0,0022

m m kN kN-m

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

Página 24 de 29

ok 23,46 cm2

ok

Localización: PCRA \\C-247 \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

Refuerzo lateral viga Presion aceite Momento Coeficiente de rigidez k Cuantia minima Cuantía requerida r Area de acero de refuerzo

9,36 cm2

1,75 KN/m 0,35 KN-m/m 3,175 0,0033 0,00001 0,00047 4,72 cm2/m

Muro de la cimentación Espesor del muro Angulo de fricción del suelo Densidad del suelo Altura del muro Coeficiente de presión activa Presión activa Momento actuante Coeficiente de rigidez k Cuantía requerida Cuantía mínima requerida vertical Área de acero vertical requerido

0,15 30 16 1,00 0,33 2,67 0,89 39,51

m grados kN/m m kN/m kN-m/m

0,00010 0,0012 0,00018

1,80 cm2/m

DISEÑO BLOQUE DE TIRO

Longitud Ancho de la viga Coeficiente de fricción Fuerza horizontal Momento dentro de la viga Coeficiente de rigidez k Cuantía requerida Cuantía mínima Area de acero vertical requerido

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

0,70 m 0,40 m 0,15 80,74 56,52 519,0 0,0014 0,0033 4,36 cm2

Página 25 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \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 Altura libre de la viga Peso propio del equipo Ancho Profundidad Centroide de masa Capacidad portante del suelo f'c fy Densidad del concreto Densidad del aceite Densidad del suelo Peso aceite equipo Peso aceite calculado Peso cim, fosos vacíos Peso cim, fosos llenos Ancho de la cimentación Largo de la cimentación Altura libre de la viga Profundidad de cimentación Espesor de la placa Ancho de la viga Altura de la viga de apoyo trafo Distancia voladizo Separación ruedas Separación entre apoyos (x) Separación entre apoyos (y) Altura riel Espesor muros Ancho foso central Ancho foso lateral Chequeo base Recubrimiento

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

4,9 0,2 431 4,26 7,35

m m kN m m

1,97 m

150 28000 420000 24 10

kPa kPa kPa 3 kN/m 3 kN/m

16 kN/m

B= L= h= D= t0= t3=

e=

t1,t2= a2= a1, a3=

Página 26 de 29

98,64 98,64 3,50 3,00 0,20 0,50 0,30 0,40 0,59 0,80

kN kN kN kN m m m m m m m m

1,505 1,505 1,505 0,11 0,00

m m m m m

1,105 0,798 3,50 0,075

m m m m

3

Localización: PCRA \\C-247 \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)

P1 P2x+ P2xP2y+ P2yP3 P4x+ P4xP4y+ P4y-

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Fy (kN)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Fz (kN)

646,50 517,20 517,20 517,20 517,20 431,00 431,00 431,00 431,00 431,00

Mxx (kN-m)

Myy (kNm)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

ANALISIS DE III. ESTABILIDAD Reacciones a nivel de fundación

P3 P4y+ P4yP4y+ P4y-

Fx (kN)

Fy (kN)

Fz (kN)

Mxx (kNm)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

529,64 529,64 529,64 529,64 529,64

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Mto de Vuelco

P3 P4x+ P4xP4y+ P4y-

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

MVxx (kN-m)

MVyy (kN-m)

-754,25 -754,25 -754,25 -754,25 -754,25

-646,50 -646,50 -646,50 -646,50 -646,50

Myy (kN-m)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Excentricidad ex (m)

Mto estabilizador Mexx (kN-m)

172,62 172,62 172,62 172,62 172,62

Meyy (kN-m)

147,96 147,96 147,96 147,96 147,96

Página 27 de 29

ey (m)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Area efectiva b´ (m)

3,50 3,50 3,50 3,50 3,50

l´ (m)

3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

A´ (m2)

10,50 10,50 10,50 10,50 10,50

Esfuerzo Q (kPa)

42,44 42,44 42,44 42,44 42,44

Momento mín permitido F.S.= 2,0

86,3 86,3 86,3 86,3 86,3

74,0 74,0 74,0 74,0 74,0

Localización: PCRA \\C-247 \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 Fz (kN)

P1 P2x+ P2xP2y+ P2y-

745,14 615,84 615,84 615,84 615,84

Excentricidad Mxx (kNm)

Myy (kNm)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

ex (m)

ey (m)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Area efectiva b´ (m)

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

3,50 3,50 3,50 3,50 3,50

l´ (m)

3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

A´ (m2)

Esfuerzo Q (kPa)

10,50 10,50 10,50 10,50 10,50

62,97 50,65 50,65 50,65 50,65 62,97

V. DISEÑO ESTRUCTURAL DISEÑO DE PLACA

Momento en el voladizo Momento en el centro de luz Coeficiente de rigidez k (M vol) Coeficiente de rigidez k (M c luz) Cuantía minima Cuantía inferior requerida r Área de acero inferior requerida Cuantía superior requerida r Área de acero superior requerida Área de acero retracción de fraguado Separación mínima del refuerzo Cortantes Cortante actuante Cortante Concreto

kN20,02 m/ml kN-10,41 m/ml 395,5 205,7 0,0018 0,0011 0,0004 0,0005 0,0004 0,0004 0,5000 50,22 34,79 223,18 749,63

4,05 cm2/m 4,05 cm2/m 4,05 cm2/m KN/ml KN/ml KN/m2 KN/m2

ok

DISEÑO VIGA

Refuerzo inferior Momento máximo Fuerza máxima Carga sobre la viga Presión sobre la viga Momento en la viga Cortantes Coeficiente de rigidez k Cuantía mínima Cuantía máxima Cuantía requerida r Area de acero de refuerzo

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

0,00 646,50 161,63 107,75 30,10 81,08 80,54 439,1 0,0033 0,0213 0,0012 0,0005

Página 28 de 29

kN-m kN kN Kn/m kN-m KN

ok 5,40 cm2

Localización: PCRA \\C-247 \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 Longitud efectiva Presion sobre la viga Momento actuante Cortante Coeficiente de rigidez Cuantia minima Cuantia maxima Cuantía requerida r Area de acero de refuerzo Refuerzo lateral viga Presion aceite Momento Coeficiente de rigidez k Cuantia minima Cuantía requerida r Area de acero de refuerzo

Versión 0.0 Fecha: 29/01/2011

0,75 1,505 215 60,81 161,63 887,0 0,0033 0,0213 0,0024 0,0005

m m kN kN-m

ok 5,40 cm2

0,43 KN/m KN0,04 m/m 0,381 0,0033 0,00000 0,00047 4,72 cm2/m

Página 29 de 29

Localización: PCRA \\C-247 \Proyectos en ejecución ISA\INTERCONEXIÓN DISPAC\ 1. CO-DISP-36456-D631 Memoria Diseño cimentación Transformador de Potencia y Carrilera V 0.0