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“AÑO DE LA INTEGRACION Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÌA ELÈCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÌA ELÈCTRICA
CURSO: MECANICA DE SÓLIDOS II.
PROFESOR: ING PITHER ORTIZ ALBINO.
ALUMNOS CÒDIGO
FLORES ALVAREZ ALEJANDRO 1023120103
ROMAN ALVAREZ JHANS ERIK 1023120326
CENTENO SALAZAR KATHERINE R. 1023120718
FECHA DE REALIZACION: 28/10/2012
FECHA DE ENTREGA: 07/11/2012
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DISEÑO DE POSTES
Mecanica de Solidos II
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PRESENTACIÓN
El desarrollo de este trabajo esta orientado a que el alumno se forme como un
buen estudiante demostrando habilidad el la solución de un problema... el
solucionarlo que aquí presentamos de los problemas planteados en clase; el
objetivo es que el estudiante universitario logre una mayor perspicaz actitud
frente a los problemas que se le plantee. Aquí se le mostrara como se
desarrolla un problema de DISEÑOS DE POSTES que viene a ser la práctica
n°3.
Un estudiante universitario debe estar en permanente búsqueda del
perfeccionamiento en su formación académica, profesional y social; ser un
apasionado por el conocimiento, buscar constantemente la excelencia y su
independencia intelectual. El estudiante entonces será el principal responsable
de su aprendizaje.
El presente trabajo esta dirigido en especial a los alumnos de la UNAC y a toda
las personas que tienen el deseo de aprender y superarse cada día más
nutriéndose de conocimiento, aquí le mostraremos como se hallan las fuerzas
internas de cada componentes de una armadura; nuestro deseo con el
presente trabajo es que sea de mucha utilidad y amplíe el conocimiento del
tema.
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Dedicatoria
Este informe se lo dedicamos a todas las generaciones de nuestra facultad de,
ingeniería eléctrica y electrónica, que pasaron por los laureles de la misma,
en especial por los maestros quienes nos imparten sus conocimientos; que
gracias a muchos o pocos de ellos, hoy en día nos forjamos un porvenir
venidero de grandes éxitos, son ellos el pilar fundamental en nuestra
formación como profesionales que de aquí a unos pasos lo seremos. Solo
esperamos que estas acciones se sigan practicando para nuestro propio
bienestar y el de futuras generaciones.
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DEFINICIONES
Postes
El método para transportar y/o distribuirla electricidad es mediante cables aéreos desnudos no que son soportados por torres/postes, trataremos sobre los tipos de torres o postes más utilizados en líneas de baja y alta tensión. Generalizando los tipos de postes que existen son:
Postes de madera.
Postes de hormigón.
Postes metálicos.
Postes de madera: el campo de aplicación de este tipo de apoyos es casi exclusivamente en baja tensión y están en claro desuso, aunque es posible encontrar algún tipo de poste de madera en alguna línea de media tensión. Como ventajas podemos decir que son fáciles de transportar gracias a su ligereza y bajo precio en comparación con los postes de hormigón y los metálicos. Como desventajas se puede apuntar su vida media relativamente corta, suele ser de unos 10 años, la putrefacción es la mayor causa de deterioro, sobre todo en la parte inferior del poste, no se permiten grandes vanos y los esfuerzos en la cabeza y altura son limitados. Aquí les presentamos algunos prototipos de postes de madera:
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Postes de hormigón, distinguimos los siguientes tipos: - Postes de hormigón armado: este tipo de poste es el que más se utiliza en redes de baja tensión. La ventaja principal de este tipo de postes es su duración ilimitada además de no necesitar mantenimiento. El mayor inconveniente es el precio con respecto a los postes de madera y que al ser más pesados se incrementan los gastos en el transporte.
- Postes de hormigón armado vibrado: con la finalidad de mejorar las cualidades del hormigón armado se fabrican este tipo de postes. Suelen tener una altura entre los 7 y 18 m y su sección es rectangular o en forma de doble T. La principal ventaja (que hace que sean los más utilizados) de este tipo de postes es que se puede fabricar en el lugar de su implantación y así ahorrarse los gastos en transportes. - Postes de hormigón armado centrifugado: este tipo de postes se emplea desde electrificaciones en ferrocarriles, en líneas rurales en baja tensión y alta tensión incluido líneas de 220 KV, mástiles para alumbrado exterior (en el reglamento antiguo llamado alumbrado público), además en combinación con varios postes se pueden realizar configuraciones de apoyos en ángulo, derivación, anclaje, etc. No son empleados en lugares de difícil acceso precisamente porque su fabricación no puede realizarse en talleres provisionales. - Postes de hormigón armado pretensado: este tipo de postes cada vez es más utilizado ya que su precio resulta mucho más económico que los del hormigón corriente.
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Postes metálicos: el metal más utilizado en este tipo de postes es el acero de perfiles laminados en L, U, T, I, etc. Para unir los diferentes perfiles se utilizan remaches, tornillos, pernos e incluso en según que casos la soldadura. Se clasifican en:
- Postes metálicos de presilla: Básicamente está constituido por dos tramos ensamblados por tornillos. Cada tramo está formado por 4 montantes angulares de ala iguales unidos entre sí por presillas soldadas de ahí el nombre. La cabeza o tramo superior tienen una longitud de 6m y la parte inferior se puede configurar con diferentes tramos para obtener alturas de 10, 12, 14, 18 y 20 m. - Postes metálicos de celosía: este tipo de poste se emplea prácticamente en las altas tensiones, desde medias tensiones hasta muy altas tensiones, es decir, en líneas de 3ª, 2ª y 1ª categoría.
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Sus formas y dimensiones dependerán de los esfuerzos a los que esté sometido, de la distancia entre postes y la tensión de la línea. Una celosía es una estructura reticular de barras rectas interconectadas en nudos formando triángulos planos (en celosías planas) o pirámides tridimensionales (en celosías espaciales). En muchos países se les conoce como armaduras. El interés de este tipo de estructuras es que las barras trabajan predominantemente a compresión y tracción presentando comparativamente flexiones pequeñas.
Aplicación del tipo de poste en función de la tensión de red:
Tensión (kV) Poste Longitud del vano (m)
0.4 Madera, hormigón. 40 – 80
10 – 30 Celosía de acero y hormigón. 100 – 220
45 – 132 Celosía de acero y hormigón. 200 – 300
220 – 400 Celosía de acero. 300 – 500
Nivel freático
El nivel freático corresponde (en un acuífero libre) al lugar en el que se encuentra el agua subterránea. En éste nivel la presión de agua del acuífero es igual a la presión atmosférica. También se conoce como capa freática, manto freático, napa freática, napa subterránea, tabla de agua o simplemente freático.
Al perforar un pozo de captación de agua subterránea en un acuífero libre, el
nivel freático es la distancia a la que se encuentra el agua de la superficie del
terreno. En el caso de un acuífero confinado, el nivel de agua que se observa
en el pozo, corresponde al nivel piezométrico.
TRABAJO N# 1
1).- Diseñar la cimentación de un poste de concreto armado de 7.00m de altura
con un diámetro exterior inferior de 0.30m, diámetro exterior superior de 0.20m
y el diámetro del agujero interior es de 0.10m.
Carga (P=1000Kg)
Para tres tipos de suelo:
a) Suelo gravoso σadm= σdiseño = σT =4Kg/cm2 (Suelo de Lima – Palacea)
b) Suelo Arenoso σadm= σdiseño = σT =1Kg/cm2 (Suelo de Sierra y arenales
de la costa).
c) Suelo Selva σadm= σdiseño = σT =0.6Kg/cm2 (Sierra y selva - Con la
presencia de agua o nivel freático a 0.20m del nivel del piso terminado
(NTP).)
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Solución
Una vez leído la pregunta el primer paso para poder resolver este tipo de
problema es graficando lo que nos dice en la lectura a continuación
interpretamos con el siguiente grafico:
a) Para un suelo gravoso
Los cálculos que se trasmiten al suelo:
Dato:
Calculo del volumen:
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Reemplazando los datos:
Vconcreto =(7.00m)π/12[0.202+0.302+(0.20)(0.30)]-(7.00)π/4[0.10]2.
Vconcreto =0.2814m3.
En seguida calculamos el área:
Área =π/4(0.302-0.102)
Área =0.06283m2
σconcreto=2400x0.2814/0.06283 =10749.00525Kg/m2
σconcreto=1.0749Kg/cm2
Comparamos:
σconcreto < σadm=4Kg/cm2. Suelo Gravoso
σconcreto > σadm=1Kg/cm2. Suelo Arenoso
σconcreto > σadm=0.6Kg/cm2. Suelo Pantanoso
Conclusión
Se puede construir en suelo gravoso pero no en un suelo arenoso ni pantanoso.
Solución para cimentar en los tres tipos de suelo:
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Una posible solución es ponerle una base cuadrada.
Área de la base = L2
Volumen de la base = 0.70L2
P: 2400x0.70L2 + 2400xVposte
Calculamos el , que comprende la parte superior de la base cuadrada:
Vposte=6.30xπ/12[0.202+0.302+(0.20)(0.30)]-6.30π/4(0.10)2
Vposte=0.26389m3
σadm=(2400x0.70L2+2400x0.26389)/L2
b) Para el suelo arenoso σadm=1Kg/cm2=10000Kg/m2
10000=(2400x0.70L2+2400x0.26389)/L2
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L=0.275902m
c).- Para el suelo Arcilloso σadm=0.60Kg/cm2=6000Kg/m2
6000=(2400x0.70L2+2400x0.26389)/L2
L=0.345033m
Diseño de la cimentación del poste ya determinado anteriormente con un nivel
freático a 0.20m bajo el nivel del piso terminado considerando la base cuadrada.
Como no podemos cimentar en agua, entonces consideramos lo siguiente:
Área de la base = L2
Volumen de la base = 0.45L2
Por tablas:
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Calculamos (utilizando el mismo L del caso anterior, (L= 0.345033m)
Calculamos el :
222 )10.0(4
3.6))29.0)(25.0(25.029.0(
12
3.6 posteV
Vposte=0.311889m3
Reemplazamos:
Reemplazamos:
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( 1) ( 1)
x xe ey x
e e e e
Comparando:
1) Diseñar 3 postes 1 de aceroA36, 1 de madera pino #1 Douglas y 1 de aluminiopara una
sección circular y una sección T que soporta una carga de 13 KN.
Efectuar la comprobación por esfuerzo cortante y momento flexionante.
SECCIONES CIRCULARES
a) Para una sección circular, considerando una madera pino Douglas #1:
En el campo de la ingeniería se limita la deflexión de los postes para evitar la falla de estos a un
valor de 1mm por cada metro de altura del poste.
Según el comentario el poste solo se puede deflexionar:
Por Flexión:
Usamos las formulas de esfuerzos normales por flexión para saber el diámetro mínimo que
usaremos en nuestro diseño:
13kN
8.5m
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Donde:
Según la tabla L. Mott para la madera (pino Douglas # 1)
Hallamos el modulo elástico de sección:
Donde:
Entonces:
Evaluando el módulo elástico de sección:
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El diámetro mínimo a utilizar es 0.4530m
Por Deflexión:
Ahora hacemos los cálculos por deflexión:
SEGÚN TABLAS:
Para la madera (pino Douglas Nº 1)
Remplazando:
Comparando:
Como el valor calculado es mayor que el normado tenemos que hacer un rediseño con un
cambio en el diámetro.
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Reemplazando valores:
El diámetro mínimo a utilizar es 0.8468m
Comprobamos que el esfuerzo máximo sea mayor que el calculado con el nuevo diámetro:
Sabemos que:
Reemplazando:
Analizando:
Por cortante:
SEGÚN TABLAS:
Para la madera (pino Douglas Nº 1)
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Donde:
Reemplazando:
Remplazando:
Como el esfuerzo cortante calculado es menor que el esfuerzo cortante máximo entonces es
correcto el diseño.
b) Para una sección circular, considerando el Acero Estructural A-36:
En el campo de la ingeniería se limita la deflexión de los postes para evitar la falla de estos a un
valor de 1mm por cada metro de altura del poste.
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Según el comentario el poste solo se puede deflexionar:
Por Flexión:
Usamos las formulas de esfuerzos normales por flexión para saber el diámetro mínimo que
usaremos en nuestro diseño:
DONDE:
Según tablas L.Mottpara Acero A-36:
Pero usaremos el esfuerzo de diseño para el acero estructural:
Hallamos el modulo elástico de sección:
Donde:
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Entonces:
Evaluando el módulo elástico de sección:
El diámetro mínimo a utilizar es 0.1964m
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Por Deflexión:
Ahora hacemos los cálculos por deflexión:
SEGÚN TABLAS:
Remplazando:
Comparando:
Como el valor calculado es mayor que el normado tenemos que hacer un rediseño con un
cambio en el diámetro.
Reemplazando valores:
El diámetro mínimo a utilizar es 0.4225m
Comprobamos que el esfuerzo máximo sea mayor que el calculado con el nuevo diámetro:
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Sabemos que:
Reemplazando:
Analizando:
Por cortante:
Donde:
Reemplazando:
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Reemplazando:
Comparamos este resultado con el diseño por esfuerzo cortante:
Como el esfuerzo cortante calculado es menor que el esfuerzo cortante máximo entonces es
correcto el diseño.
c) Para una sección circular, considerando la aleación y temple de aluminio 2014-T6
En el campo de la ingeniería se limita la deflexión de los postes para evitar la falla de estos a un
valor de 1mm por cada metro de altura del poste.
Según el comentario el poste solo se puede deflexionar:
Por Flexión:
Usamos las formulas de esfuerzos normales por flexión para saber el diámetro mínimo que
usaremos en nuestro diseño:
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DONDE:
Según tablas L.Mott para aleación y temple de aluminio 2014-T6:
Pero usaremos el esfuerzo de diseño para una carga estática (N=2):
Hallamos el modulo elástico de sección:
Donde:
Entonces:
Evaluando el módulo elástico de sección:
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El diámetro mínimo a utilizar es 0.2331m
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Por Deflexión:
Ahora hacemos los cálculos por deflexión:
SEGÚN TABLAS:
Remplazando:
Comparando:
Como el valor calculado es mayor que el normado tenemos que hacer un rediseño con un
cambio en el diámetro.
Reemplazando valores:
El diámetro mínimo a utilizar es 0.5514m
Comprobamos que el esfuerzo máximo sea mayor que el calculado con el nuevo diámetro:
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Sabemos que:
Reemplazando:
Analizando:
Por cortante:
Donde:
Reemplazando:
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Reemplazando:
Comparamos este resultado con el diseño por esfuerzo cortante:
Como el esfuerzo cortante calculado es menor que el esfuerzo cortante máximo entonces es
correcto el diseño.
SECCIONES W
a) Para una sección W, Considerando el pino Douglas # 1:
13kN
8.5m
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Por Flexión:
Según tablas L.Mott para pino Douglas # 1:
Hallamos el momento de inercia total en la sección “w”:
Parte 1
2
3
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Del esfuerzo de diseño:
Por lo tanto el b mínimo a utilizar es 0.1276 m
Por Deflexión:
SEGÚN TABLAS:
0.1229
Como el valor calculado es mayor que el valor normado, se tiene que rediseñar:
Del valor normado:
Por lo tanto el valor mínimo de b es 0.2489m, para diseñar.
Por cortante:
Ahora comprobamos el esfuerzo cortante:
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Comparamos este resultado con el diseño por esfuerzo cortante:
Como el esfuerzo cortante máximo es menor que el esfuerzo de tablas, entonces el diseño es
correcto.
b) Para una sección W, Considerando el Acero Estructural A-36:
Por Flexión:
Según tablas L.Mott para Acero A36:
Pero usaremos el esfuerzo de diseño para el acero estructural:
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Hallamos el momento de inercia total en la sección “w”:
Parte 1
2
3
Del esfuerzo de diseño:
Por lo tanto el b mínimo a utilizar es 0.03085 m
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Por Deflexión:
SEGÚN TABLAS:
Como el valor calculado es mayor que el valor normado, se tiene que rediseñar:
Del valor normado:
Por lo tanto el valor mínimo de b es 0.1179m, para diseñar.
Por cortante:
Ahora comprobamos el esfuerzo cortante:
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Comparamos este resultado con el diseño por esfuerzo cortante:
Como el esfuerzo cortante máximo es menor que el esfuerzo de tablas, entonces el diseño es
correcto.
c) Para una sección W, Considerando la aleación de aluminio 2014-T6:
Por Flexión:
Según tablas L.Mott para la aleación de aluminio 2014-T6:
Pero usaremos el esfuerzo de diseño para el acero estructural:
Hallamos el momento de inercia total en la sección “w”:
Parte
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1
2
3
Del esfuerzo de diseño:
Por lo tanto el b mínimo a utilizar es 0.0495 m
Por Deflexión:
SEGÚN TABLAS:
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Como el valor calculado es mayor que el valor normado, se tiene que rediseñar:
Del valor normado:
Por lo tanto el valor mínimo de b es 0.162m, para diseñar.
Por cortante:
Ahora comprobamos el esfuerzo cortante:
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Comparamos este resultado con el diseño por esfuerzo cortante:
Como el esfuerzo cortante máximo es menor que el esfuerzo de tablas, entonces el diseño es
correcto.