Este documento presenta un resumen del análisis estructural y diseño de una subestación eléctrica con pórticos metálicos. Se describe la configuración de la estructura, el marco teórico para el análisis, el cálculo de cargas como peso propio, equipos y viento, y las combinaciones de carga consideradas para el diseño. Finalmente, se detallan los materiales utilizados, el análisis realizado con SAP2000 y las comprobaciones de uniones.
Prueba de evaluación Geografía e Historia Comunidad de Madrid 2º de la ESO
Diseño estructural de subestaciones de transmision
1. MEMORIA DE CALCULO
DISEÑO ESTRUCTURAL DE SUBESTACIONES DE TRANSMISION
ELECTRICA
Fecha: Agosto del 2008
Proyecto: Estructuras metálicas para la subestación
Ubicación:
1. DESCRIPCION DEL PROYECTO
Tipo de estructura: Pórticos metálicos formados por vigas y columnas de
base rectangular.
Dimensiones Básicas: Pórtico de llegada: está formado por columnas (C9) de
9m de cuerpo y 4.5m de cúpula, y una viga (V6) de
12m entre ejes de columna con espaciamientos de
2.55m, 3m, 3m y 2.55m para la ubicación de las barras.
El pórtico que une la viga V6 con las columnas C9 y
C10A tiene un espaciamiento entre ejes de columna de
12.25m.
Viga V6: L = 11.10 m, pórtico de barras
Columna C9 H = 13.5 m, pórtico de barras
Columna C10A H = 20 m, pórtico de línea
Configuración: Estructura tipo celosía con conexiones, entre elementos,
empernadas.
2. 2. MARCO TEÓRICO PARA EL ESTUDIO
El marco teórico o documentación técnica que ha permitido analizar debidamente la
estructura se basa en los siguientes estudios:
Hipótesis de cargas de subestaciones según estudios de las empresas de transmisión
eléctricas
Análisis estructural según SAP 200 V. 9.0.3
Código AISC-LRFD93 para estructuras metálicas.
Código ASCE-97, diseño de estructuras reticuladas
3. ANALISIS DE CARGAS
3.1. Análisis de fuerzas gravitatorias
Carga muerta
La torre resistirá las cargas producidas por los siguientes elementos:
- Peso de los cables y de los equipos
Según la información recibida y que consta en los diagramas de carga
- Peso propio de la estructura
El peso propio de la estructura ha sido evaluado en base en los pesos unitarios de los
elementos principales multiplicados por las longitudes teóricas.
- Carga viva
Se considerarán la carga del personal de instalación, 2 personas de 100kg cada una
3.2. Análisis de fuerzas de viento
Se ha determinado las solicitaciones, sobre la estructura, debidas al viento,
considerando una velocidad de viento de 90km/H, con la cual se obtiene una presión
de 40kg/m2. En la estructura, esta presión de viento se la ha aplicado 1 ½ veces sobre
la cara expuesta al viento.
3.3- Combinaciones de Carga para el diseño
Para el diseño se ha considerado que el más crítico de los siguientes estados no
supere la resistencia de la estructura:
1.- 1.4D + P + T+ L
3. 2.- 1.4D + P + T + L + Vx
3.- 1.4D + P + T + L + Vy
4.- 1.4D + P + T + L + Vxy
Donde: D= Peso propio de la estructura más peso de las antenas
P=Peso de los cables y de los equipos
V= Viento en el cuerpo de la estructura más viento sobre las antenas
L = Carga viva
T = Tensión en los conductores y cable de guarda
Para este caso, las cargas sísmicas no superan la acción de las cargas de viento, razón
por la cual no intervienen en el diseño.
4. ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
El diseño estructural se lo ha realizado según las especificaciones técnicas de las
siguientes normas:
AICS-LRFD 93
ASCE-10-97
Se ha realizado un modelo tridimensional de la torre en el programa SAP2000, V9.0.
3; se considera que la estructura esta articulada en sus apoyos; los miembros
estructurales están liberados para que trabajen como armaduras; se verifico que los
elementos de la torre cumplan con las relaciones de esbeltez kl/r indicadas:
Elemento kl/r
Principales 150
Elementos en compresión 200
Elementos secundarios 250
Brazos en tensión 250
5. MATERIALES
Los perfiles metálicos están compuestos de los siguientes materiales
ACERO ASTM A36
Esfuerzo de Fluencia mínima fy= 2536 Kg/cm2
Resistencia a la tensión mínima ft= 4080 Kg/cm2
PERNOS EN LAS UNIONES
Los pernos que se han considerado son de cabeza hexagonal, con arandela de presión
y tuerca de alta resistencia, tipo ASTM 394 Tipo 0.
ASTM 394 T0: Carga de prueba F = 55 000 Lb/plg2
4. Resistencia mínima a la tracción Fu = 74 000 Lb/plg2
PERNOS DE ANCLAJE
Acero de transmisión SAE 1018:
Carga de prueba F = 70 000 Lb/plg2
Resistencia mínima a la tracción Fu = 80 000 Lb/plg2
6. UNIONES
En las uniones, se ha comprobado la resistencia tanto al corte como al aplastamiento.
Para el diseño por corte, el último esfuerzo permisible al corte sobre el área del
perno, no excede el 62 % de la mínima resistencia a la tracción (Fu)
Para el diseño por aplastamiento el último esfuerzo permisible al aplastamiento en
los agujeros para pernos, basados en el diámetro nominal de los pernos, no excede el
150 % de la mínima resistencia a la tensión (1.5 Fu).
Los pernos de anclaje de varilla lisa desarrollan su anclaje mediante un gancho a 90°
y se ha comprobado su resistencia a la fluencia en la sección completa y la
resistencia a fractura en la sección neta, como lo indica la norma AISC-LRFD 93.
