DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

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DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

Mecánica de sólidos II

Universidad nacional del callao

Alumno: Malqui alayo Franz Kennedy

Fecha de entrega: 28/06/2012

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I. INTRODUCCION

Los postes en definición son soportes dentro de la parte eléctrica y también son parte de la iluminación o son usados para mostrar carteles, el poste en estos tiempos se ha vuelto multidimensional ya que es utilizado dentro de muchas ramas no solamente la eléctrica.

No existe una fecha específica desde cuando se empieza a utilizar los postes dentro de nuestra vida, o sociedad en todo caso, pero orientándonos a la parte eléctrica, podemos decir que los postes nacen con la electricidad ya que su función principal es ser de soporte para cables, dieléctricos, etc ya sea en la actualidad de electricidad o de telefonía o cualquier parte electrónica.

Pero no solamente los postes son orientados hacia la parte eléctrica, hay postes de madera, de concreto, de acero y de muchos materiales tomando cada material dependiendo para que fuera utilizado.

II. OBJETIVO

 Verificar si los cálculos obtenidos por el método de resistencia, rigidez.

 Aplicar lo aprendido en clase para poder diseñas cimentación y posibles dimensiones de postes.

 Verificar si es posible que al instalar un poste el suelo soportara el peso.  Comparar los esfuerzos.

 Calcular las posibles opciones que se daría a un poste debido a fuerzas excesivas que harían que este no soporte o se desequilibre, y buscar una solución mediante la utilización de cables

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III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Postes de Concreto Armado:

Los postes serán de concreto armado centrifugado y deberán cumplir en todo lo que se refiere al proceso de elaboración, requisito de acabado, coeficiente de seguridad, tolerancia, extracción de muestras, métodos de ensayo, etc., con las siguientes Normas: NTP 341.031, NTP 339.027 Postes de hormigón (concreto) armado para líneas aéreas.tendrán las siguientes características técnicas:

- Longitud (m) : 12

- Diámetro en el vértice (mm) : 180 - Diámetro en la base (mm) : 375 - Carga de rotura en la punta (Kg) : 400 - Coeficiente de seguridad : 2

Las Retenidas y Anclajes se instalarán en las estructuras de ángulo, terminal y retención con la finalidad de compensar las cargas mecánicas que las estructuras no puedan soportar por sí solas.

El ángulo que forma el cable de retenida con el eje del poste no deberá ser menor de 37º.Los cálculos mecánicos de las estructuras y las retenidas se efectuarán considerando este ángulo mínimo. Valores menores producirán mayores cargas en las retenidas y transmitirán mayor carga de comprensión al poste.

Las retenidas y anclajes estarán compuestos por los siguientes elementos:  Cable de acero galvanizado de 3/8” 

 Varillas de anclaje con ojal – guardacabo; inc. Arandela de anclaje.  Mordazas preformadas

 Perno con ojal - guardacabo para fijación de poste  Aislador de tracción 54-2

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POSTES DE MADERA

Código: NTP 251.021:2008

Título: POSTES DE MADERA PARA LINEAS AEREAS DE CONDUCCION DE ENERGIA. Glosario. 2a. ed.

Publicado: 2008/10/26

Resumen: La presente Norma Técnica Peruana establece el glosario de términos relativos a postes de madera para líneas aéreas de conducción de energía.

Reemplaza a: NTP 251.021 1979

I.C.S: 79.080 Madera semi-elaborada

ALCANCE:

Estas especificaciones cubren las condiciones técnicas requeridas para el dimensionamiento, definición de propiedades, fabricación, tratamiento, pruebas y entrega de postes de madera de procedencia extranjera que se utilizarán en las Redes

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IV. PROBLEMA

1. Efectuar el diseño de la cimentación de un poste de concreto armado para 3 tipos de suelos :

 (Lima)  (Sierra)

 (Selva) con presencia con agua a nivel natural del terreno (N.N.T)

Cuyas características del poste son:

 El diámetro superior del poste es:  El diámetro inferior del poste es:  El diámetro del agujero del poste es:



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SOLUCIÓN

Primero calculamos la altura total (h) del poste y la altura del empotramiento (he). Según el código nacional de electricidad; norma Nº DGE 015-PD-1

PARA POSTES DE CONCRETO ARMADO con :  .  para postes con cimentación.

Calculamos la altura del poste (h) considerando que el poste dado es simplemente enterrado y la altura hallada no variara en cada caso.

Vemos de la figura

Con la altura hallada calculamos para cada uno de los casos.

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_{ANÁLISIS EN EL SUELO DE LIMA}

A. hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

>> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo:

>> Hallando el volumen del poste

>> Hallando el área de contacto del poste

>> Hallando el esfuerzo de la ecuación ( )

Fffff figura 3

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>> comparamos ( ) q ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de lima

”

_{ANÁLISIS EN EL SUELO DE LA SIERRA}

I. Hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

Según norma he=

Hacemos los mismos cálculos como el caso anterior y nos sale la misma cantidad de esfuerzo.

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>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de la sierra.

”

II. Hipótesis “poste si necesita cimentación” Veamos:

Como necesítanos cimentación la altura (he) varia de según norma

Vemos que variaría la luz libre del poste de pero la altura del poste permanece constante.

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Para poder seguir con los cálculos debemos hallar el diámetro del poste al nivel de suelo. Para eso hacemos semejanza de triángulos con vemos en la figura 9.

Fffff figura 6 Fffff figura 7

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De la figura 9 en el triangulo sombreado calculemos “Y”

Entonces el diámetro del poste al nivel del suelo es:

0.09 m >> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo:

>> Hallando el volumen del poste y cimiento

>> Para el cimiento Donde: ; 0.09 m; ; Fffff figura 10

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>> Hallando el área de contacto

Como queremos que no se hunda el suelo de debe cumplir:

Igualando expresiones Operando Diámetro mínima considerar

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VERIFICANDO EL ESFUERZO EN LA ECU. (C)

CUMPLE LA COMPARACIÓN

Como cumple pero como vemos esta es el D mínimo por seguridad

tómanos un mayor diámetro.

Utilizamos excel

DIAMETRO  Kgf/m^2 Kgf/cm^2 0,4461 9998,11919 0,99981192 0,4561 9631,94794 0,96319479 0,4661 9290,60775 0,92906077 0,4761 8971,87325 0,89718732 0,4861 8673,76589 0,86737659 0,4961 8394,52147 0,83945215 0,5061 8132,56253 0,81325625 0,5161 7886,47492 0,78864749 0,5261 7654,98773 0,76549877

”

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_{ANÁLISIS EN EL SUELO DE SELVA}

Nota:

 NNT al nivel de suelo no indica q el nivel friático es CERO.  Existe un empuje del agua hacia el poste.

I. hipótesis “poste no necesita cimentación” Veamos:

>> Calculando el esfuerzo que se transmite al suelo: 8.17 m

>> Hallando el volumen del poste con el efecto del agua

>> Hallando el área de contacto del poste

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>> Hallando el volumen del poste sumergido

Para hallar el volumen sumergido debemos hallar “r” para luego hallar hacemos:

8.17m 7 m

De la figura 13 en el triangulo sombreado calculemos “x”

Entonces el diámetro del poste al nivel del suelo es:

0.086 m

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Recuerda: ; ; 0.086 m

Donde

>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el admisible del suelo de la selva

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II. Hipótesis “poste si necesita cimentación” Veamos:

Como necesítanos cimentación la altura (he) varia de según norma

Vemos que variaría la luz libre del poste de pero la altura del poste permanece constante.

Tenemos:

>> vemos que para como para a he=0.817 es la misma que el caso anterior (sierra)

Donde: ; 0.09 m; ;

Fffff figura 15

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>> Hallando el área de contacto

>> Ahora calculamos el volumen sumergido para una luz de 7.353m.

>> En la ecuación: Reemplazamos:

>> Como queremos que no se hunda el suelo de debe cumplir:

>> Igualando expresiones

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Operando

….MÍNIMO DIÁMETRO A CONSIDERAR

VERIFICANDO EL ESFUERZO

CUMPLE LA COMPARACIÓN

Como cumple pero como vemos esta es el D mínimo por seguridad

tómanos un mayor diámetro.

Utilizamos excel

DIAMETRO  Kgf/m^2 Kgf/cm^2 0,63505 4999,98985 0,49999899 0,64505 4878,23369 0,48782337 0,65505 4762,18848 0,47621885 0,66505 4651,50001 0,46515 0,67505 4545,84131 0,45458413 0,68505 4444,91015 0,44449101 0,69505 4348,42679 0,43484268 0,70505 4256,13202 0,4256132 0,71505 4167,78534 0,41677853

Vemos que a mayor diámetro nos alejamos del peligro de

hundimiento del poste

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2. Diseño un poste con resistencia y rigidez (hacer las verificaciones) para las siguientes materiales acero y madera.

 Para madera sección circular.  Par acero A36 sección “T” y “W”

 Además efectuar la comprobación por esfuerzo cortante. Para un poste de las características

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Solución

 PARA MADERA DE SECCIÓN CIRCULAR Tómanos de tabla marera tipo pino num.1

1) POR RESISTENCIA



Hallamos

Hacemos el diagrama de fuerzas

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Ahora aplicamos

;

también

Nota 1200 Kgf = 11767.2 N

Calculamos las la fuerza de flexión (v) y momento flector



Para un



Para un

(23)



Dibujamos diagramas

 Ahora calculamos “S”

(24)



Pero

Veamos

Igualamos

2) POR RIGIDEZ

Por norma la flexión no debe ser más de 1mm por cada metro de longitud

 Vemos por formula

 Reemplazamos

 Comparando con el valor máximo de

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

1200kgf=

 Por norma a lo máximo de

Entonces la carga máxima que puede resistir el poste con la retenida es de Veamos si con la retenida si cumple

Fffff figura 20

(26)

Con un anclaje a una distancia L

3) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE Verificamos si cumple

Como es circular y no hueca

Reemplazamos

Verificamos si cumple

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 PARA ACERO A36 SECCIÓN “W” Solución Tómanos de tabla permisible S_y permisible Su

Esfuerzo permisible será:

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I) POR RESISTENCIA



Hallamos

Hacemos el diagrama de fuerzas

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Ahora aplicamos ; también Nota 1200 Kgf = 11767.2 N

Calculamos las la fuerza de flexión (v) y momento flector

 Para un  Para un

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

Dibujamos diagramas

 Hallamos “S”

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

Ahora vamos a tabla y elegimos a 2 secciones que se acerca al dato obtenido

 Se escoge la viga que tiene menor peso por pie, es decir: W

S pulg

 De table las dimensiones son :

II) POR RIGIDEZ

(32)

 Del grafico

(33)

 Comparando con el valor máximo de 0.0065 m =0.25590552 plg  1200kgf= =

 Por norma a lo máximo de

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Entonces la carga máxima que puede resistir el poste con la retenida es de Veamos si con la retenida si cumple

Con un anclaje a una distancia L

III) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE Verificamos si cumple Reemplazamos

(35)

Por table Verificamos si cumple

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Solución Tómanos de tabla permisible S_y permisible Su Esfuerzo permisible será:

i) POR RESISTENCIA



Hallamos

(37)

Ahora aplicamos ; también 1200kgf=

Calculamos las la fuerza de flexión (v) y momento flector

 Para un  Para un

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

Dibujamos diagramas

 Hallamos “S”

(39)



Ahora calculamos Remplazando y operando

(40)

 Hallamos por estheiner  Como sabemos Siendo: ;  Donde  También

IV) POR RIGIDEZ

 Del grafico

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(42)

 Comparando con el valor máximo de 0.0065 m =0.25590552 plg

V) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

Verificamos si cumple  Veamos

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Por table Verificamos si cumple V. COMPARACIÓN DE RESULTADOS

lima

sierra

selva

_---

(44)

 PARA MADERA DE SECCIÓN CIRCULAR POR RESISTENCIA POR RIGIDEZ Con la retenida se cumple

Con un anclaje a una distancia L Comprobando POR ESFUERZO CORTANTE

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 ARA ACERO A36 ECCIÓN “W” POR RESISTENCIA Por table W S pulg POR RIGIDEZ con la retenida se cumple

Con un anclaje a una distancia L COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

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 ARA ACERO A36 ECCIÓN “T” POR RESISTENCIA También POR RIGIDEZ

COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

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VI. RECOMENDACIONES Y/O OBSERVACIONES

 Notamos también que cuando se analiza un poste sometido a una fuerza lo primero que se tiene que analizar es su deflexión ya que siempre el esfuerzo cortante y la flexión del poste son aceptables para luego si la deflexión sobrepasa los límites admitidos se hace un nuevo diseño atando a un poste como lo hemos mencionado en el punto Nº1 y volver a comprobar por los 3 métodos.

 Se parte a hallar la sección S (Modulo elástico de sección) del esfuerzo máximo que puede soportar el material en cada caso, por tanto se permitirá hallar una sección adecuada para soportar el máximo esfuerzo e incluso el doble ya que tomamos como factor de seguridad el número 2.

 Como podemos apreciar la sección T no se encuentra en tabla de L. Mott, podemos tomar como referencia la sección W, ya que se la sección W es como si fuese 2 secciones T unidas y mediante esa similitud podemos encontrar el diseño a utilizar. 

VII. CONCLUSIONES

 Se debe de hacer comparaciones para tener la seguridad que nuestros cálculos sean los adecuados.

 Se nota que la elección del tipo de sección es importante, porque de estos depende el tipo de diseño que se va a utilizar.

 Se diseñara la cimentación del poste solo cuando el esfuerzo del poste es mayor que el esfuerzo admisible del suelo.

 La estructura de la cimentación de un poste puede ser variada, puede ser de forma circular, cuadrada, rectangular, etc

VIII. BIBLIOGRAFÍA

 Beer, F. y Johnston, E. (1979).Mecánica vectorial para ingenieros. Estática. Bogotá, Colombia: McGraw-Hill Latinoamericana, S.A.

 Das, B., Kassimali, A. y Sami, S. (1999). Mecánica para Ingenieros, Estática. México D.F., México:Editorial LIMUSA, S.A. de C.V.

 Nilson, A. H. 1999. Diseño de estructuras de concreto. 12° edición

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IX. Apéndice » Sección W Cálculo de la distancio : Cálculo de centro de inercia:

Cálculo de S:

x

y

-

1

h

1

h

1

/2

h

1

/2

t

min

t

min

t

max

b

h

3b

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Esfuerzo cortante en la sección W a la distancia :

Si: Entonces: Si: Entonces: Donde: .

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