DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN Mecánica de sólidos II

Universidad nacional del callao Alumno: Malqui alayo Franz Kennedy Fecha de entrega: 28/06/2012

DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

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

Mecánica de sólidos II

Página 1


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 Bloque de concreto armado.


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DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN POSTES DE MADERA

Código: NTP 251.021:2008

Título:

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

DE

Publicado:

2008/10/26

Resumen:

Reemplaza a:

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


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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: 

Fffff figura 1


Página 4


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

Fffff figura 2

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

Fffff figura 3

>> Hallando el área de contacto del poste

>> Hallando el esfuerzo de la ecuación ( )


Página 6


>> 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:

Fffff figura 4

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


Página 7


>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el sierra.

admisible del suelo de la

” 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 poste permanece constante.

pero la altura del

Fffff figura 5


Página 8


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 9


Fffff figura 7

Fffff figura 8

Página 9


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

Fffff figura 10

Donde:


;

0.09 m;

;

Página 10


>> Hallando el área de contacto


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

Igualando expresiones

Operando

Diámetro mínima considerar


Página 11


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

”


Página 12


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:

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

8.17 m

Fffff figura 11

>> Hallando el área de contacto del poste


Página 13


>> Hallando el volumen del poste sumergido Para hallar el volumen sumergido debemos hallar “r” para luego hallar

8.17m

Fffff figura 12

hacemos:

7m

Fffff figura 13

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

Entonces el diámetro del poste al nivel del suelo es:

0.086 m

Fffff figura 14


Página 14


Recuerda:

;

;

0.086 m


Donde

>> comparamos ( ) que ejerce el poste al suelo y el

admisible del suelo de la selva

”


Página 15


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 anterior (sierra)

Fffff figura 15

como para

a he=0.817 es la misma que el caso

Fffff figura 16

Donde:


;

0.09 m;

;

Página 16


>> 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

Fffff figura 17


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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

Fffff figura 18


Página 20


Ahora aplicamos

;

también

Nota 1200 Kgf = 11767.2 N

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

 Para un


Página 21


 Dibujamos diagramas



Ahora calculamos “S”


Página 22


 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


Página 23


 1200kgf=



Por norma a lo máximo de

Fffff figura 20

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

Veamos si con la retenida si cumple


Página 24





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


Página 25


 PARA ACERO A36 SECCIÓN “W”

Fffff figura 21

Solución Tómanos de tabla Sy permisible

Su permisible

Esfuerzo permisible será:


Página 26


I) POR RESISTENCIA


Fffff figura 22


Página 27


Ahora aplicamos

;

también

Nota 1200 Kgf = 11767.2 N

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

Para un

 Para un


Página 28





Hallamos “S”


Página 29


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


Página 30




Vemos por formula



Del grafico


Página 31




Comparando con el valor máximo de 0.0065 m =0.25590552 plg

 1200kgf=



=

Por norma a lo máximo de


Página 32


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


Página 33


Por table


 PARA ACERO A36 SECCIÓN “T”


Página 34


Solución Tómanos de tabla Sy permisible

Su permisible

Esfuerzo permisible será:

i)

POR RESISTENCIA



Página 35


Ahora aplicamos

;

también

1200kgf=

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

Para un

 Para un


Página 36





Hallamos “S”


Página 37


 Ahora calculamos

Remplazando y operando



Entonces nos que así


Página 38




Hallamos



Como sabemos

por estheiner

Siendo: ;



Donde



También

IV) POR RIGIDEZ Por norma la flexión no debe ser más de 1mm por cada metro de longitud



Vemos por formula



Del grafico


Página 39



Página 40




Comparando con el valor máximo de 0.0065 m =0.25590552 plg

V) COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE Verificamos si cumple



Veamos


Página 41


Por table


V.

COMPARACIÓN DE RESULTADOS

lima

sierra

selva

---------------


Página 42


 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


Página 43




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

Por table



Página 44




ARA ACERO A36 ECCIÓN “T” POR RESISTENCIA

También

POR RIGIDEZ

COMPROBANDO POR ESFUERZO CORTANTE

Por table



Página 45


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

 Hibbeler, R. C. 1997. Análisis estructural. 3º edición


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IX.

Apéndice » Sección W

3b b x

b b

y- 1

t min h

h1

h1/2 h1/2

t max t min

Cálculo de la distancio :

Cálculo de centro de inercia:

Cálculo de S:


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Esfuerzo cortante en la sección W a la distancia

:

Si:

Entonces:

Si:

Entonces:

Donde:

.


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DISEÑO DE POSTE Y CIMENTACIÓN

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