TEMPLETES

CRITERIOS DE DISEÑO Y NORMAS PARA CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN NIVELES I Y II EN LAS ZONAS NO INTERCONECTADAS –ZNI – DEL

PAÍS

ANEXO I CAPITULO VIII

REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02

CÁLCULO DE ESFUERZOS MECÁNICOS EN OTROS ELEMENTOS DE LÍNEA

Pág. i de i

TABLA DE CONTENIDO

1.1 CÁLCULO DE TEMPLETES (RETENIDAS) 1

1.1.1 Generalidades 1

1.1.2 Material de las retenidas 1 1.1.3 Factores de seguridad y sobrecarga 1 1.1.4 Templetes para ángulo 2 1.1.4.1 Para estructuras de circuito sencillo. Ejemplo de cálculo con poste de 12 m. 2 1.1.4.2 Estructuras de doble circuito. Ejemplo de cálculo con poste de 14 m. 9 1.1.5 Templetes para Retenciones y Terminales (Circuito Sencillo) 10 1.1.5.1 Estructuras terminales 10 1.1.5.2 Estructuras de retención intermedia 11 1.2 ANCLAJES 15

1.3 ESFUERZO DE COMPRESIÓN EN EL APOYO DEBIDO A CARGAS VERTICALES. 15

1.4 CALCULO DE MOMENTOS EN PORTA AISLADORES (ESPIGOS) 16

1.5 CALCULO DE CRUCETAS 17

1.6 OSCILACIONES EN AISLADORES DE SUSPENSION 20

1.7 HIPOTESIS DE CARGA PARA TORRES METALICAS 21


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 1 de 22

ANEXO 1 CÁLCULO DE ESFUERZOS MECÁNICOS EN OTROS ELEMENTOS DE LÍNEA 1.1 CÁLCULO DE TEMPLETES (RETENIDAS) 1 1.1.1 Generalidades Los templetes se utilizan para contrarrestar las fuerzas longitudinales originales por rotura de conductor, por tensiones desequilibradas entre vanos adyacentes, por operaciones de tendido en estructuras de retención, y las fuerzas transversales debidas al viento y al ángulo de deflexión de la línea. Para el cálculo de los templetes se tiene en cuenta el ángulo que forma con la vertical, o sea la distancia desde la base del poste al sitio de anclaje, la cual determina cambios en los esfuerzos del cable. Para los cálculos se parte del caso más crítico, el cual ocurre cuando la distancia entre la base del poste y el anclaje es un tercio de la altura del punto del sujeción de la retenida, equivalente a un ángulo de 71.56°. 1.1.2 Material de las retenidas

Los cálculos en el presente Anexo se realizaron seleccionando cables de acero galvanizado extra resistente de 3/16”, 1/4 ”, 3/8” y 7/16” de diámetro, y 1810 kg, 3020, 6980 y 9430 kg de carga de rotura respectivamente, usados convencionalmente. 1.1.3 Factores de seguridad y sobrecarga a. Para cargas normales

Se consideran cargas normales: las cargas de ángulo, las cargas de viento (con velocidad de viento promedio de la zona donde se desarrollará el proyecto) y las cargas longitudinales de las estructuras terminales. Los factores de sobrecarga utilizados son:

Para cargas de ángulo : 1.5 Para cargas de viento : 2.0 Para cargas longitudinales : 1.5 Factor de seguridad del templete : 2.0

1 E.E.E.B. Parámetros de diseño para líneas de sub-transmisión. 1982.


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 2 de 22

b. Para cargas anormales

Se consideran cargas anormales: las cargas longitudinales ocasionadas por rotura de conductor o por las maniobras de tendido en las estructuras de retención. Factor de sobrecarga : 1.3 Factor de seguridad del templete : 1.15 Para obtener un factor de seguridad adicional se asume que los postes no absorben ninguna carga horizontal.

1.1.4 Templetes para ángulo 1.1.4.1 Para estructuras de circuito sencillo. Ejemplo de cálculo con poste de 12 m.

R = Tensión admisible del templete

Tr : Carga de rotura del cable Fs : Factor de seguridad

Se tiene en cuenta que: d = h/3 è�= 71.56°

T: Tensión a temperatura mínima y viento promedio, y para un vano regulador de aproximadamente 200 m. fa : Factor de sobrecarga = 1.5

n : Número de conductores en el mismo nivel

FsTr

R =

( ) nxfaxdTángulodeltransversaacF2

sen2argα==


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 3 de 22

a. Disposición tangencial

"16/3.,9051 decableparaKgR =




h

R

F

è

d

Figura 1.1 Disposición tangencial de la estructura. Diagrama de fuerzas


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 4 de 22

De la Figura 1.1:

En la Tabla 1.1 se muestran los resultados para estructuras con conductor No. 2/0 ACSR.

Tabla 1.1 Disposición Tangencial: Selección de templetes. Conductor 2/0 AWG ACSR

Diámetro del Templete Angulo máximo de deflexión ( α máx)

1 templete 2 templetes 3 templetes 3/16" 5,8° 11,6° 17,4° 1/4 " 9,7° 19,4° 29,3° 3/8" 22,5° 45,8° 71,5° 7/16" 30.5° 63,5° 104,2°

2/sen92

35.12 dTSenxTxxxF == α

TCosR

Sen92

θα =

templeteunparaT

CosRSenArcx ,

9.2

θα =

θCosRFcumplirdebeSe =:

templetesdosparaT

CosRSenArcx ,

92

.2θ

α =

templetestresparaT

CosRSenArcx ,

3.2

θα =


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 5 de 22

b. Disposición Vertical

2/2321 αSenxnxFaxTxFFF ===

hdpara 3/156.711 =°=θ

°= 43.702θ

Figura 1.2 Disposición vertical de la estructura. Diagrama de fuerzas

R

F1

è1

d

F2

F3

R

è2

h1 = 10.1 m h2 = 9.5 m h3 = 8.9 m


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 6 de 22

♦ Con un (1) templete

♦ Con dos (2) templetes

♦ Con tres (3) templetes

En la Tabla 1.2 se muestran los resultados para conductor No. 2/0 ACSR

Tabla 1.2 Disposición Vertical: selección de templetes

Conductor 2/0 AWG ACSR Angulo máximo de deflexión ö ��Templete

1 Templete 2 Templetes 3 Templetes 3/16” 6° 11,9° 17,9°

¼” 10° 20° 30,2° 3/8” 23,2° 47,2° 73,9°

7/16” 31,5° 65,5° 108,6°

)9.85.91.10(8.9 1 ++= FCosxRx θ

2/5.285.15.128.9 1 αθ SenxxxTxCosxRx =

2/5.858.9 1 αθ SenTCosxRx =

)(T

RCosRSenArc

5.858.9

.2 1θα =

2/.5.852.98.92 21 αθθ SenTCosRCosRxx =+

)(.5.85

2.96.19.2 21

TRCosCos

SenArcθθ

α+

=

2/5.852.98.9 21 αθθ SenTCosRCosR =+

)(T

RCosCosSenArc

5.85

2.98.9.2 21 θθ

α+

=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 7 de 22

c. Disposición triangular

♦ Con un (1) templete

♦ Con dos (2) templetes

FFCosR ××+= 5.922.105.9 θ

TCosR

SenArc

SenT

FCosR

6.875.9

.2

25.1222.29

2.295.9

θα

αθ

=

×××××=

=

TCosRSenArc6.87

19.2θα =

R

F

è

d

2F

h1 = 10.2 m h2 = 9.5 m è = 71.56 0

Figura 1.3 Disposición triangular de la estructura. Diagrama de fuerzas


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 8 de 22

♦ Con tres (3) templetes:

En la Tabla 1.3 se muestran los resultados para conductor No. 2/0 ACSR

Tabla 1.3 Disposición Triangular: selección de templetes Conductor 2/0 AWG ACSR

Angulo máximo de deflexión ö��Templete 1 Templete 2 Templetes 3 Templetes

3/16” 5,6° 11,3° 17,0° ¼” 9,4° 18,9° 28,6° 3/8” 21,9° 44,6° 69,5°

7/16” 29,7° 61,7° 100,5°

Como los resultados para las diferentes configuraciones son muy similares, se adopta como guía para la selección de templetes, los cálculos para la configuración tangencial, cuyos valores de ángulos de deflexión permisibles promedian los de las otras configuraciones, sin afectar los factores de seguridad.

De las tablas elaboradas anteriormente se puede concluir que, en relación al número de templetes requerido, no es práctico utilizar cable de 3/16”; y que se puede utilizar cable de 3/8” con conductor comprendido entre los calibres No. 2 y No. 2/0 AWG, y que para calibres mayores se debe utilizar cable de 7/16” de diámetro para los templetes.

TCosR

SenArc6.87

5.28.2

θα =


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 9 de 22

1.1.4.2 Estructuras de doble circuito. Ejemplo de cálculo con poste de 14 m. a. Disposición tangencial

R

F1

è

d

F2

h1 = 12.1 m h2 = 10.8 m è = 71.56 0

Figura 1.4 Circuito doble, disposición tangencial. Diagrama de fuerzas

)2

sen(25.1321

α××××== TFF

2/1.2068,101,128,10 21 αθ SenTFFCosR =+=×

templeteunParaT

CosRSenArc

08,19.

.2θα =

templetesdosParaT

CosRSenArc

08,19.2

.2θ

α =

templetestresParaT

CosRSenArc

08,19.3

.2θα =


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 10 de 22

Calculando para las diferentes alternativas y especificaciones de conductor se obtienen las curvas de utilización correspondientes, de las cuales se concluye que no es práctico usar templetes con diámetro menor de 3/8”, para estructuras de doble circuito.

1.1.5 Templetes para Retenciones y Terminales (Circuito Sencillo) 1.1.5.1 Estructuras terminales

Las cargas longitudinales de las estructuras terminales se consideran como cargas normales, por lo tanto se calculan con un factor de sobrecarga de 1.5 y el templete se selecciona con un factor de seguridad de 2.0. Para los cálculos se toma como base la estructura NC 550.

R= Tensión admisible de trabajo para el templete

F = Carga longitudinal de cada conductor F= 3 x 1.5 x T

Siendo T: tensión del conductor, con temperatura mínima y viento promedio, para un vano regulador promedio de 200 m. (de la tabla de flechas y tensiones)

seguridaddeFactorRoturadeaC

Rarg=

"16/39051 θdecableparaKgR =




θCosRTF == 5.4

θCosT

R5.4=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 11 de 22

1.1.5.2 Estructuras de retención intermedia

Las cargas longitudinales de las estructuras de retención intermedia, ocasionadas por rotura de conductor y por operaciones de tendido, se consideran como cargas anormales transitorias, por lo tanto se calculan con un factor de sobrecarga de 1.3 y el templete se selecciona con un factor de seguridad de 1.15.

Las cargas admisibles de los templetes son:

♦ Para la hipótesis de dos (2) conductores rotos

♦ Para la hipótesis de tres (3) conductores rotos

"16/315751 decableParaKgR =




TTF 6.23.12 =××=

θCosT

R6.2=

TTF 9.33.13 =××=

θCosT

R9.3

=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 12 de 22

En la Tabla 1.4 se seleccionan los templetes para cada hipótesis considerada, con los distintos calibres de conductores.

Tabla 1.4 Estructuras terminales y de retención intermedia. Selección de templetes

CALIBRE DE CONDUCTOR ACSR

2 1/0 2/0 4/0 266.8 HIPOTESIS

DIÁMETRO DEL

TEMPLETE NUMERO DE TEMPLETES

3/16” 6 8 10 15 17

1/4 ” 4 5 6 9 11

3/8” 2 2 3 4 5

ESTRUCTURA TERMINAL

7/16” 1 2 2 3 4

3/16” 4 6 8 10 12

1/4 ” 2 4 4 6 8

3/8” 2 2 2 4 4

2 C

ON

DU

CTO

RE

S

RO

TOS

7/16” 2 2 2 2 4

3/16” 6 8 10 16 18

1/4 ” 4 6 6 10 12

3/8” 2 2 4 4 6 RE

TEN

CIO

N IN

TER

ME

DIA

3 C

ON

DU

CTO

RE

S

RO

TOS

7/16” 2 2 2 4 4

De la tabla anterior de concluye que no es práctico utilizar cable de 3/16” de diámetro para templetes de estructuras de retención.


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 13 de 22

(c)(b)

Fuerzas sobre una crucetaPara suspensión

tc t

x

tc

para retenciónFuerzas sobre un cruceta

y

tc

y

x

x

(a)

Fuerzas sobre unaislador y su espigo

1t

frtr

t 2

Aislador fv

Figura 1.5 Fuerzas sobre el aislador y su espigo y sobre crucetas para suspensión y retención


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 14 de 22

Figura 1.6 Cables de acero galvanizado y perfiles en L.

Resistencia a la tracción 37-45 kg/mm

ANGULO DE ALAS IGUALES

ACERO THOMAS A-37Límite de fluencia: 24-28 kg/mm

Z

D

B

ZY

Yx

Y

Y22


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 15 de 22

1.2 ANCLAJES El esfuerzo de tracción en el templete debe ser contrarrestado por el anclaje. Los anclajes consisten generalmente en una varilla de acero de refuerzo anclada a un bloque de concreto. La varilla y el cable de acero del templete se unen por medio de un tensor. El concreto para el anclaje deberá tener una resistencia a los 28 días de 210 kg/cm2. La tracción en el templete se considera contrarrestada por el peso del bloque de anclaje y el del relleno sobre éste. El volumen del relleno se considera igual al de un tronco de pirámide, cuya fórmula es la siguiente:

V: Volumen en metros cúbicos h: Altura del tronco de pirámide en metros A1 y A2: Áreas de las bases superior e inferior, en metros cuadrados El peso del tronco de pirámide será igual al volumen por la densidad del terreno en kg/m3. Por lo tanto: P2 = peso anclaje + V x densidad del terreno Relación con la cual puede determinarse el valor de h. La relación entre las áreas A1 y A2 depende del ángulo natural de talud del terreno. Para propósitos prácticos se supone que la pendiente natural está en la relación 1 : 1. 1.3 ESFUERZO DE COMPRESIÓN EN EL APOYO DEBIDO A CARGAS VERTICALES. El esfuerzo de compresión en la sección a ras del suelo se calcula por la siguiente fórmula.

Rc: Esfuerzo de compresión en kg/mm2 P: Suma de esfuerzos verticales en el apoyo, en kg. S2: Area del poste a ras del suelo, en mm2

)(31

2121 AAAAhV ++=

)4

1( 22

2 ISJH

SP

Rc +=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 16 de 22

H: Altura del poste sobre el suelo, en metros I: Momento de inercia de la sección a ras del suelo, en cm4 J: Coeficiente que depende del material del apoyo y que tiene los siguientes valores:

Hierro y acero k= 0.011 Madera k= 0.020 Concreto Reforzado k= 0.015

El esfuerzo Rc debe ser inferior al coeficiente de trabajo permisible a la compresión para el apoyo. 1.4 CALCULO DE MOMENTOS EN PORTA AISLADORES (ESPIGOS) Los porta aisladores se verifican para la tensión máxima del conductor, suponiendo roto el conductor del vano contiguo, en un tramo en suspensión. En apoyos para ángulo, el espigo debe ser adecuado para soportar la resultante de los esfuerzos horizontales en los conductores, más el esfuerzo del viento sobre éstos, en la dirección de la resultante mencionada. Para el cálculo se supone que los esfuerzos se aplican en el extremo libre y que el porta aislador actúa como ménsula rígidamente empotrada. Con base en la Figura 1.5 (a): Momento en el empotramiento M5 = fr x h En que:

fr: Resultante de los esfuerzos horizontales h: Altura libre del herraje

El esfuerzo de trabajo en el espigo está dado por la expresión:

g: Esfuerzo de trabajo en kg/mm2 M5 : Momento, en kg – mm

d: Diámetro del espigo, en mm El esfuerzo g deberá ser inferior al permisible, dado por los fabricantes de acero.

3532

d

Mg

π=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 17 de 22

1.5 CALCULO DE CRUCETAS Las crucetas podrán ser metálicas o de madera y para su cálculo se consideran empotradas en el punto de amarre en el apoyo. Sobre las crucetas actúa el peso de los aisladores, herrajes y conductores en los apoyos de suspensión. En estructuras de retención y terminales actúa además la tensión en los conductores. a. En la Figura 1.5 (b), el momento flector es:

b. En La Figura 1.5 (c), se ilustra una cruceta sujeta a esfuerzos verticales y horizontales, cuyas

relaciones son las siguientes:

L1 es la distancia del punto de aplicación de la fuerza al punto de amarre de la cruceta. El valor del coeficiente de trabajo se encuentra por la expresión:

M4: Momento en Kg – cm I: Momento de inercia, en cm4 Y: Distancia a la fibra de mayor esfuerzo, en cm

mkgLxtM cv −= 1

mkgMMM

mkgLxtM

mkgLxtM

hv

h

cv

−+=

−=

−=

4

1

1

IYxM

gt 4=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 18 de 22

En el caso de esfuerzos verticales y para crucetas de madera, como se ilustra en la Figura 1.7 (a):

En el caso de esfuerzos horizontales, Figura 1.7 (b):

En la Figura 1.6 se incluyen las características de perfiles L más usuales en crucetas metálicas. Si se usa doble cruceta los esfuerzos en cada una se considerarán iguales a la mitad de los esfuerzos totales. c. Generalmente las crucetas se refuerzan con tornapuntas o tirantes, como se ilustra en la Figura 1.7 (c) y (d). El cálculo de estos elementos se basa en las siguientes fórmulas:

12,

2

3abI

bY ==

12,

2

3abI

aY ==

222

2

121

21

1211

2

11

bLbL

Ltptp

bL

tbL

tp

LL

tt

crcr

ccr

cc

+=+=

==

=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 19 de 22

(c)Fuerzas sobre un tornapuntas

(d)Fuerzas sobre un tirante

(a)Cruceta para suspesión

Fuerzas sobre

P2

t c

1

r

P

P

(b)para retención

Fuerzas sobre cruceta

2P

Pr

t c

P1

tctc

a

tctc

tL1

b

a

L1

b

L1

L2L3b

L1

b

L2L3

Figura 1.7 Fuerzas sobre crucetas, tornapuntas y tirantes.


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 20 de 22

1.6 OSCILACIONES EN AISLADORES DE SUSPENSION En el Capítulo VIII, numeral 8.3.2 (conductores en aisladores de suspensión). se establecen las fórmulas para el cálculo de las distancias en los aisladores de suspensión. La oscilación de los aisladores de suspensión depende de las condiciones de tensión del conductor, la presión del viento y las cargas verticales. En el caso de apoyos para ángulos de deflexión de alineamientos, el valor máximo del ángulo de deflexión está gobernado por las distancias mínimas normalizadas entre el conductor y la estructura. El ángulo de oscilación de los aisladores se expresa por la fórmula:

Donde: β: Angulo de la cadena de aisladores con la vertical tr: Esfuerzo resultante debido al cambio de alineamientos fV: Esfuerzo del viento en el conductor Pc: Peso del conductor en el vano gravitante (peso) Pa: Peso de la cadena de aisladores El ángulo de balanceo de los aisladores y por lo tanto las distancias mínimas a la estructura se pueden controlar por los siguientes medios: ♦ Instalación de pesos adicionales en la cadena de suspensión ♦ Extensión de la cadena de aisladores, por medio de brazos o ménsulas, para aumentar su

distancia a la estructura. ♦ Aumento de las distancias de colocación de los aisladores, utilizando crucetas de mayor longitud. ♦ Diseño con tensiones menores ♦ Uso de estructuras de mayor altura para tratar de contrarrestar el vano viento con el vano

gravitante (peso). ♦ Uso de estructuras de retención. La selección de los medios anteriores debe basarse en un análisis técnico-económico de las alternativas, de acuerdo con las condiciones de cada proyecto.

)

2

(

)arg

arg(

1

1

ac

vr

pp

fttan

verticalaCltransversaaC

tan

+

+=

=

−

−

β

β


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 21 de 22

1.7 HIPOTESIS DE CARGA PARA TORRES METALICAS Las torres metálicas se usarán en casos especiales tales como vanos muy largos, terminales especiales, ángulos fuertes y condiciones topográficas que así lo exijan. Las cargas de diseño a tener en cuenta serán las siguientes: a. Cargas debidas al viento ( transversales)

Donde: F: Fuerza del viento en kg p: Presión del viento ( kg/ m2) s: Area del acero expuesta al viento (m2) S: Area de la cara de la estructura (m2) Estas fuerzas se consideran aplicadas en el centro de gravedad de la cara de la estructura a analizar. b. Cargas verticales Se componen del peso de los conductores y cable de guarda para el vano de peso especificado, el peso de los aisladores, herrajes de fijación y una carga viva de 100 Kg en el extremo de los circuitos. c. Cargas Longitudinales ♦ Estas cargas se originan debido a la hipótesis de rotura del conductor o en las estructuras

terminales y se considera para ambos casos del 25% del esfuerzo máximo de rotura del conductor.

♦ Cargas longitudinales debidas a descompensación de vanos, ocasionada por la diferencia de los

vanos de peso adyacentes.

)2(..Ss

spF −=


PAÍS


REVISIÓN 00

FECHA 12-02-02


Pág. 22 de 22

d. Tipo vertical por efecto de conductores Se presenta este caso en los apoyos localizados en partes bajas, con relación a los apoyos adyacentes. Estas cargas deben tenerse en cuenta para el diseño de las crucetas. Para este tipo de estructuras el diseño debe ser consultado con la entidad contratante, en cuanto se refiere a cargas de diseño, factores de seguridad y esfuerzos de trabajo para cada caso en particular.

TEMPLETES

Documents

Transcript of TEMPLETES