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MÉXICO

ESTRUCTURAS METÁLICAS MAYORES Y MENORES PARA SUBESTACIONES

ESPECIFICACIÓN CFE JA100-57

AGOSTO 2011 REVISA Y SUSTITUYE A LA EDICIÓN DE FEBRERO 2008


ESPECIFICACIÓN

CFE JA100-57

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C O N T E N I D O

1 OBJETIVO _________________________________________________________________________ 1

2 CAMPO DE APLICACIÓN_____________________________________________________________ 1

3 NORMAS QUE APLICAN _____________________________________________________________ 1

4 DEFINICIONES _____________________________________________________________________ 2

4.1 Estructuras Metálicas Mayores________________________________________________________ 2

4.2 Estructuras Metálicas Menores _______________________________________________________ 2

4.3 Características Particulares __________________________________________________________ 2

5 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES ______________________________________ 2

5.1 Clasificación _______________________________________________________________________ 2

5.2 Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad_______________________________________ 2

5.3 Velocidad, Presión de Viento y Espectro de Diseño Sísmico _______________________________ 3

5.4 Análisis y Diseño de Estructuras ______________________________________________________ 3

5.5 Características de los Materiales ______________________________________________________ 6

5.6 Doblado___________________________________________________________________________ 7

5.7 Soldadura _________________________________________________________________________ 7

5.8 Ingeniería de Detalle ________________________________________________________________ 7

5.9 Protección Anticorrosivo ____________________________________________________________ 9

6 CONDICIONES DE OPERACIÓN ______________________________________________________ 10

7 CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE ______________________________________ 10

8 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL___________________________________________ 10

9 CONTROL DE CALIDAD ____________________________________________________________ 10

9.1 Generalidades_____________________________________________________________________ 10

9.2 Pruebas __________________________________________________________________________ 11

9.3 Aceptación _______________________________________________________________________ 11

9.4 Inspección y Aceptación del Material _________________________________________________ 12

9.5 Verificación del Marcado____________________________________________________________ 12

10 MARCADO _______________________________________________________________________ 12

11 EMPAQUE, EMBALAJE, EMBARQUE, TRANSPORTACIÓN DESCARGA, RECEPCIÓN,

ALMACENAJE Y MANEJO___________________________________________________________ 12

12 BIBLIOGRAFÍA ____________________________________________________________________ 17


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APÉNDICE A (Normativo) CÁLCULO DE PRESIONES DE VIENTO A PARTIR DE LA VELOCIDAD

REGIONAL_____________________________________________________________________ 14

APÉNDICE B (Normativo) INFORMACIÓN REQUERIDA _____________________________________________ 33

TABLA 1 Deformaciones lineales permisibles para estructuras mayores y menores en subestaciones _ 6

TABLA 2 Longitud mínima del tornillo o ancla a sobresalir de la tuerca ___________________________ 8

FIGURA 1 Detalle de escalón________________________________________________________________ 9


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1 OBJETIVO Establecer los requerimientos técnicos y de calidad que se deben cumplir en la clasificación, análisis, diseño, fabricación, montaje, pruebas y suministro de las estructuras metálicas para subestaciones que adquiere la Comisión Federal de Electricidad (CFE). 2 CAMPO DE APLICACIÓN Aplica para las estructuras metálicas mayores y menores en subestaciones que adquiere la CFE. Las torres de comunicación deben ser diseñadas conforme a la bibliografía [1], [16] y [17]. 3 NORMAS QUE APLICAN

NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida. NMX-B-254-CANACERO-2008 Industria Siderúrgica - Acero Estructural – Especificaciones y Métodos de

Prueba. NMX-B-285-1974 Acero Estructural de Alta Resistencia. NMX-H-004-SCFI-2008 Industria Siderúrgica - Productos de Hierro y Acero Recubiertos con Cinc

(Galvanizado por Inmersión en Caliente) - Especificaciones y Métodos de Prueba.

NMX-H-124-1990 Tornillos de Alta Resistencia para Uniones de Acero Estructural. NMX-Z-012-1-1987 Muestreo para la Inspección por Atributos – Parte 1: Información General

y Aplicaciones. NMX-Z-012-2-1987 Muestreo para la Inspección por Atributos – Parte 2: Método de Muestreo,

Tablas y Gráficas. ISO 9223-1992 Corrosion of Metals and Alloys – Corrosivity of Atmospheres -

Classification. NRF-001-CFE-2007 Empaque, Embalaje, Embarque, Transporte, Descarga, Recepción y

Almacenamiento de Bienes Muebles Adquiridos por CFE. NRF-010-CFE-2009 Transportación Especializada de Carga. NRF-018-CFE-2004 Aisladores Tipo Suspensión de Porcelana o de Vidrio Templado. NRF-023-CFE-2009 Herrajes y sus Accesorios. CFE D8500-01-2009 Selección y Aplicación de Recubrimientos Anticorrosivos. CFE D8500-02-2009 Recubrimientos Anticorrosivos. CFE DY700-08-1999 Soldadura y sus Aspectos Generales. CFE L0000-15-1992 Código de Colores.

NOTA: En caso de que los documentos sean revisados o modificados, debe tomarse en cuenta la edición en vigor en la fecha de publicación de la convocatoria de licitación, salvo que la CFE indique otra cosa.


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4 DEFINICIONES 4.1 Estructuras Metálicas Mayores Son estructuras a base de marcos metálicos de alma llena, tubular o celosía, para sostener cables de energía eléctrica, equipos y accesorios. 4.2 Estructuras Metálicas Menores Son bases de celosía o tubulares para sostener el equipo primario de una subestación incluyendo los siguientes: Cuchillas, apartarrayos, interruptores, aisladores soporte, trampas de onda, buses rígidos, transformadores: de corriente, de potencial capacitivo o potencial inductivo. 4.3 Características Particulares Documento contenido en la convocatoria de licitación que contiene los parámetros de diseño de Ingeniería Civil para cada obra. 5 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES Las unidades de medida utilizadas en la presente especificación deben cumplir con la norma NOM-008-SCFI. 5.1 Clasificación Las estructuras metálicas para subestaciones eléctricas se clasifican por:

a) Disposición de sus elementos.

- de alma llena, - de celosía.

b) Sección transversal.

- a base de ángulos, - sección I, - tubulares.

c) Por la tensión eléctrica.

- 115 kV, - 230 kV, - 400 kV.

5.2 Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad La forma y configuración de las estructuras debe estar de acuerdo con la presente especificación, con los planos y/o dibujos que la complementan.


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La información mínima contenida en los planos y/o dibujos debe ser:

a) Dimensiones generales de las estructuras. b) Distancias de seguridad de las estructuras. c) Detalles de la sujeción de cables y equipos. d) Detalles de la conexión a tierra.

5.3 Velocidad, Presión de Viento y Espectro de Diseño Sísmico 5.3.1 Velocidad de viento En las Características Particulares se indica el valor de la velocidad regional del viento para un periodo de retorno de 200 años. 5.3.2 Presiones debidas al viento Las velocidades de viento y sus presiones correspondientes se calculan de acuerdo a lo indicado en el Apéndice A. 5.3.3 Espectro de diseño sísmico En las Características Particulares se proporciona el espectro de diseño sísmico o en su defecto se debe realizar de acuerdo a la referencia [17] del capítulo 9. 5.4 Análisis y Diseño de Estructuras 5.4.1 Cargas Las principales cargas a considerar en el diseño de estructuras para subestaciones son las siguientes:

a) Peso propio de la estructura, equipo, aisladores, herrajes y accesorios. b) Cargas que transmiten los cables e hilos de guarda a la estructura. Éstas se deben a: tensión

mecánica, peso propio, presión de viento y temperatura. c) Acción del viento sobre las estructuras y el equipo. d) Por acumulación de hielo (cuando se indique en las Características Particulares). e) Sismo.


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5.4.1.1 Identificación de las condiciones de carga Las condiciones de carga empleadas para el análisis de las estructuras son las siguientes:

PP = Peso propio de la estructura.

PEC = Peso del equipo y cables.

TTminsv= Tensión en cables a temperatura mínima (-10 0C), sin viento. Todas las tensiones en cables se obtendrán de la memoria de cálculo de flechas y tensiones indicada en las Características Particulares.

TTmedsv= TTmedVmax x,z=

Tensión en cables a temperatura media sin viento. Tensión en cables a temperatura media, con viento máximo en la dirección x, z y carga perpendicular al cable inducida por el viento.

TTmedsvcd= TTmedVmax x,z cd=

Tensión en cables a temperatura media, sin viento en condiciones desbalanceadas. (Tensión más crítica actuando en una dirección). Tensión en cables a temperatura media, con viento máximo, en la dirección x, z en condiciones desbalanceadas (Tensión más crítica actuando en una dirección); más carga perpendicular al cable inducida por el viento.

PVmaxEx,z= Presión de viento máximo sobre la estructura en la dirección x, z. CSx,z= Carga de sismo en la dirección x, z.

5.4.1.2 Combinaciones y factores de carga Combinaciones:

a) 1,4 (PP+PEC+TTminsv). b) 1,2(PP+PEC) + 1,3( TTmedVmax x +PVmaxE x). c) 1,2 (PP+PEC) + 1,3( TTmedVmax z + PVmaxEz). d) 1,2(PP + PEC) + 1,3(TTmedVmax xcd + PVmaxEx). e) 1,2( PP + PEC) + 1,3 (TTmedVmax z cd + PVmaxEz). f) 1,2 ( PP + PEC ) + 0,65 TTmedVmax x +0,65 TTmedVmax z + 0,78 PVmaxEx + 0,78 PVmaxEz. g) 1,2 (PP + PEC ) + 0,65 TTmedVmax xcd + 0,65 TTmedVmax zcd + 0,78 PVmax45x +0,78

PVmaxEz. h) 1,2 (PP + PEC + TTmedsv ) + CSx + 0,3 CSz. i) 1,2 (PP + PEC + TTmedsvcd ) + CSx + 0,3 CSz. j) 1,2 (PP + PEC + TTmedsv ) + CSz + 0,3 CSx. k) 1,2 ( PP + PEC + TTmedsvcd ) +CSz + 0,3 CSx.


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l) 0,9 ( PP + PEC) + 1,3 (TTmedVmax x cd + PVmaxEx). m) 0,9 ( PP + PEC ) + 1,3 ( TTmedVmax z cd + PVmaxEz). n) 0,9 (PP + PEC ) + 0,9 TTmsvcd + CSx + 0,3 CSz. o) 0,9 (PP + PEC) + 0,9 TTmedsvcd + CSz + 0,3 CSx. p) PP + PEC + TTminsv.

En las combinaciones de la b) a la e), l) y m) si el viento actúa en la dirección de los cables TTmedVmax se sustituye por TTmedsv. 5.4.2 Análisis estructural El análisis debe incluir todos los miembros de la estructura considerando los efectos de orden superior debidos a los desplazamientos. Se debe realizar mediante un programa de computadora. 5.4.3 Diseño estructural El diseño estructural se debe hacer por el método de estados límite y factores de carga y resistencia, de acuerdo a la referencia [1] del capítulo 9 de esta especificación. Adicionalmente se debe considerar:

a) Las diagonales de las estructuras metálicas en celosía, no deben tener un ángulo menor de 600, para celosía simple, ni menor de 450, para celosía doble, con relación al eje del elemento principal (cuerdas).

b) Todos los detalles de empalme (ángulos, placas, tornillos, entre otros) que se requieren para

prolongar un elemento principal, cuerdas, se deben calcular para soportar la capacidad del elemento menor a unir, independientemente de que el elemento esté trabajando con una carga menor.

c) En elementos estructurales para celosía (ángulos), el espesor mínimo a utilizar debe ser 5 mm

(3/16”) y la dimensión mínima a utilizar debe ser de 38 mm (1 ½”). 5.4.4 Deformaciones elásticas admisibles La deformación máxima de elementos de las estructuras en cualquier dirección, debe ser menor a L/100, para una carga concentrada al centro del elemento de 130 kg, L corresponde a la longitud no arriostrada del elemento. La deformación máxima permisible para estructuras (trabes y columnas), debe ser de acuerdo a la tabla 1.


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TABLA 1 – Deformaciones lineales permisibles para estructuras mayores y menores en subestaciones

Tipo de estructura Combinaciones de carga:

Cargas permanentes sin factorizar Combinación No. 16, del punto 5.4.1.2.

Trabes de celosía L/360 (vertical y horizontal)(1)

Columnas de celosía H/360 (horizontal en el extremo libre)(2)

NOTA:

1.- L = Longitud de la trabe 2.- H = Altura de la columna

En caso de exceder estos valores en campo, se deben efectuar las correcciones necesarias aún cuando las deformaciones calculadas estén dentro de las permisibles. 5.5 Características de los Materiales 5.5.1 Perfiles y placas El acero que se emplea en la fabricación de las estructuras debe cumplir con alguna de las siguientes normas en función de su diseño:

a) Para ángulos, vigas de sección I, sección cajón, tubulares y placas con fy mínimo de 248,1 MPa,

aplica la norma NMX-B-254. b) Para ángulos, vigas de sección I, sección cajón, tubulares con fy mínimo de 345 MPa, aplica la

norma NMX-B-285. No se aceptan perfiles hechos a base de placa doblada, excepto para perfiles tubulares. 5.5.2 Tornillos, anclas y tuercas El acero de tornillos debe cumplir con la norma NMX-H-124. Las tuercas deben ser de acuerdo a la referencia 10 del capítulo 9 de esta especificación. El acero de fabricación para anclas debe ser redondo estructural liso NMX-B-254 con fy mínimo de 248,1 MPa o NMX-B-285 de alta resistencia con fy mínimo de 345 MPa. 5.5.3 Tolerancias y ajustes de fabricación 5.5.3.1 Tubos

- longitudinal de una sección: ± 25 mm, - longitudinal de empotramiento entre secciones: +15 %, - perimetral:

. sección macho: + 2 mm, -12 mm, . sección hembra: + 9 mm, - 6 mm, . otras: + 9 mm, - 6 mm.

- perpendicularidad de la placa de base con la columna: 1:480,


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- centrado de la columna en la placa base: 6 mm. 5.5.3.2 Placas base

- longitud: + 6 mm, - diámetro de barrenos + 2 mm, - localización de barrenos: + 2 mm.

5.5.3.3 Anclas

- longitud: + 25 mm. 5.5.3.4 Barrenos El diámetro de los barrenos debe ser de 1,6 mm mayor que el diámetro del tornillo respectivo. La conicidad de los barrenos punzonados no debe exceder de 0,8 mm entre diámetros máximo y mínimo. Las tolerancias deben ser, entre:

- gramiles: 0,4 mm, - centro de barrenos: 0,8 mm, - centros de grupos de barrenos: 1,6 mm.

5.6 Doblado Las limitaciones en el doblez de perfiles se expresan mediante el cociente del radio interior del doblez al espesor, esta relación se debe ajustar a la referencia [6] del capítulo 9. Los dobleces mayores a 5 grados, a los perfiles se deben hacer en caliente a temperatura de 600 °C a 650 °C, para materiales hasta espesores de 12,7 mm y de 850 °C a 950 °C cuando son menores. 5.7 Soldadura En elementos principales sólo se acepta soldadura cuando se unen a la placa base y en los capiteles; siendo elemento principal las cuerdas de la estructura. Para todos los demás elementos se aceptan soldaduras respetando los lineamientos de la Ingeniería de Detalle (inciso 5.8.f). La soldadura se debe hacer en taller y su empleo, diseño y pruebas, se debe ajustar a los lineamientos de la especificación CFE DY700-08. 5.8 Ingeniería de Detalle

a) Estructuras tubulares, las secciones telescópicas se deben detallar para una longitud de

acoplamiento igual a 1,5 veces el diámetro interior de la sección hembra. b) Todos los tornillos deben llevar arandela plana, tuerca y contratuerca o arandela de presión y

tuerca. La longitud del tornillo debe ser tal que sobresalga de la tuerca cuando menos la distancia mostrada en la tabla 2.

c) Las anclas deben llevar tuerca de nivelación, arandela plana, tuerca de sujeción y contratuerca. La longitud del ancla debe ser tal que sobresalga de la contratuerca cuando menos la distancia

mostrada en la tabla 2.


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d) Los tubos telescópicos deben llevar marcas para identificar la longitud de acoplamiento de la

sección macho. e) Todas las piezas deben llevar la marca de identificación en bajo relieve según los planos de

montaje y de taller. Ésta se estampa antes del galvanizado. Los números y su posición deben ser claramente legibles.

f) En estructuras de celosía no se aceptan elementos fabricados con dos o más tramos unidos con

soldadura y en estructuras tubulares se permite el empleo de soldadura en la fabricación de los módulos, siempre y cuando ésta se realice en taller. Las uniones de campo deben ser atornilladas, Tampoco se aceptan sellos (tapones), ni soldadura o ranuras en barrenos.

g) La existencia de soldadura en elementos principales es motivo de rechazo, a excepción de lo

indicado en el párrafo 5.7.

TABLA 2 - Longitud mínima del tornillo o ancla a sobresalir de la tuerca

Diámetro nominal del tornillo o ancla Longitud mínima a sobresalir de la tuerca 12,7 mm (½”) 8 mm (5/16”)

15,9 mm (5/8”) 11,1 mm (7/16”) 19 mm (¾”) 12,7 mm (½”)

22,2 mm (7/8”) 14,3 mm (9/16”) 25,4 mm (1”) 14,3 mm (9/16”)

28,6 mm (1 1/8”) 19,1 mm (¾”) 31,8 mm (1 ¼”) 19,1 mm (¾”)

34,92 mm (1 3/8”) 20,7 mm (13/16”) 38,1 mm (1 ½) 22,2 mm (7/8”)

5.8.1 Escalones Las estructuras deben estar provistas de soportes para montaje de escalones galvanizados atornillados. Los escalones deben estar localizados a partir de 3,0 m del nivel del terreno, espaciados alternadamente 40 cm en sentido vertical, y solo se colocarán en una pierna de cada columna. El escalón debe ser formado por un redondo de 19 mm de diámetro y 295 mm de largo con una escuadra de 40 mm; atornillado a la estructura, véase figura 1.


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FIGURA 1 – Detalle de escalón 5.8.2 Barrenos especiales Para la conexión a tierra se requieren barrenos de 13 mm de diámetro. Su posición se indica en los dibujos correspondientes. 5.8.3 Herrajes El proveedor de las estructuras debe suministrar los accesorios necesarios para la sujeción del cable conforme a las normas NRF-018-CFE y NRF-023-CFE. 5.9 Protección Anticorrosiva 5.9.1 Galvanizado

a) Todos los elementos de la subestación, incluyendo las anclas y la tornillería, deben ser

galvanizados por el método de inmersión en caliente (Hot-Dipping), después de haber sido cortados y taladrados; dicho galvanizado debe cumplir con la norma NMX-H-004-SCFI y las referencias 5, 6y 12del capítulo 9 de esta especificación. El espesor requerido del galvanizado debe ser de 100 m como mínimo para piezas con espesores iguales o mayores de 6 mm, y para espesores menores de 6 mm, el espesor de galvanizado debe ser de 85 m como mínimo, considerando la nota 7 de la tabla 2 de la norma NMX-H-004-SCFI.

b) El galvanizado de las tuercas, contratuercas, tornillos, escalones, anclas y arandelas, debe

efectuarse por el método de “inmersión en caliente”, y cumplir con la norma NMX-H-004-SCFI. c) En las zonas con ambiente marino y/o industrial (de acuerdo a la norma ISO 9223) adicionalmente

al galvanizado, debe aplicarse, anterior al montaje, el siguiente sistema de recubrimiento:

- limpiar la superficie aplicando el método CFE-LSO indicado en la especificación CFE D8500-01,

- preparar la superficie aplicando un mordentador CFE-P17, de acuerdo con la especificación

CFE D8500-02, a un espesor seco de 13 m, - aplicar un primario vinil-epóxico fosfato de zinc óxido CFE-P21, en dos capas, con un

espesor seco por capa de 25 m y un acabado epóxico altos sólidos CFE-A3, en una capa,


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con un espesor seco de 125 m de acuerdo con las especificaciones CFE D8500-01 y CFE D8500-02. El color del acabado debe ser 24 marfil, de acuerdo con la especificación CFE L0000-15.

d) El galvanizado debe quedar liso, continúo y uniforme, sin escamas, gotas o rugosidades en la

superficie, bordes o parte interna de los elementos (perfiles angulares, placas y tornillos). e) El galvanizado que haya sufrido daños en planta o en campo, se debe reparar de acuerdo a la

norma NMX-H-004-SCFI. f) La evaluación visual, así como la medición del espesor del galvanizado, se deben realizar de

acuerdo a la norma NMX-H-004-SCFI. g) El muestreo para la inspección del galvanizado se debe realizar en taller de acuerdo a las normas

NMX-Z-012-1 y NMX-Z-012-2 usando un muestreo sencillo para inspección reducida S-4. CFE se reserva el derecho de obtener muestras para efectuar pruebas de los materiales por suministrar, así como solicitar certificados de calidad de los mismos.

h) Se considera lote para pruebas de rutina, a la carga o atado que entra a la tina de galvanizado, en

pruebas de aceptación, a un máximo de hasta 35 000 piezas o elementos estructurales para cada espesor de galvanizado, y en pruebas de prototipo, a una estructura completa. No se deben mezclar en un lote miembros estructurales de diferentes empresas galvanizadoras.

i) Se acepta el uso de soluciones para sellar el galvanizado, que no sean a base de cromo

hexavalente. 6 CONDICIONES DE OPERACIÓN No aplica. 7 CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE No aplica. 8 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL No aplica. 9 CONTROL DE CALIDAD 9.1 Generalidades La CFE rechazará los bienes que no cumplan con las pruebas descritas en esta especificación:

a) El proveedor debe notificar a la CFE en un plazo máximo de 5 días naturales posteriores al fallo,

las fechas de fabricación en el taller, de manera que ésta programe sus visitas de inspección. b) El proveedor debe proporcionar a los supervisores las facilidades que le permitan cerciorarse de

que los materiales, y las pruebas a que se sujeten son satisfactorias para los intereses de la CFE. c) La CFE debe recibir 3 (tres) copias certificadas de las pruebas realizadas en la planta laminadora

para determinar las propiedades físicas y químicas del acero que se utiliza en el trabajo, así como


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3 (tres) copias de certificados de calidad de los otros materiales, de conformidad con las especificaciones que los rigen.

d) El proveedor debe enviar o entregar a los supervisores de CFE dos copias de los dibujos de taller y

montaje aprobados para que la inspección se realice en base a los dibujos aprobados por la CFE. e) Los informes sobre todas las pruebas hechas por el proveedor, así como los informes de avance

de trabajo y otros semejantes que se envíen a la CFE, deben redactarse en español y llevar la aprobación de los supervisores.

f) El proveedor debe incluir los documentos de inspección con la aceptación de los supervisores de la

CFE. 9.2 Pruebas

a) Se deben efectuar pruebas en la planta laminadora para la determinación de las propiedades físicas y químicas del acero utilizado en el trabajo.

b) Previo al embarque se deben montar temporalmente en el taller del proveedor para revisar la

exactitud del trabajo, los largueros, columnas y partes principales de la estructura de acero a fin de que sean aprobados por la CFE.

c) Antes de efectuar el embarque de las diferentes partes de la estructura, se deben someter a la

inspección de la CFE, la cual debe intervenir cuando sea necesario, durante los procesos de fabricación y pruebas.

d) Las pruebas de calificación de las soldaduras se deben sujetar a lo establecido en la

referencia 14 con excepción de la soldadura de arco metálico que debe cumplir con la referencia 15ambos del capítulo 9.

Los resultados de las pruebas de calificación deben estar a disposición del supervisor de la CFE o

su representante. e) Todas las soldaduras de placas de espesor mayor o igual a 50 mm que trabajan a tensión o de

miembros principales, se deben someter a pruebas no destructivas del tipo radiografía, ultrasónicas o de partículas magnéticas, según lo especifique la CFE.

f) La CFE debe seleccionar un número determinado de soldaduras de acuerdo a la norma

NMX-Z-012-2, con el fin de hacer las pruebas necesarias y de no ser satisfactorias, las soldaduras deben ser retiradas y repuestas a satisfacción de la CFE.

9.3 Aceptación

a) La CFE debe rechazar cualquier trabajo defectuoso de fabricación o de detalle, o solicitar que se realicen las correcciones necesarias.

b) La CFE acepta la estructura en forma definitiva siempre que el proveedor la fabrique en la misma

secuencia que requiere su instalación final en el sitio, como se estipula en el programa de montaje y cada embarque debe contener todos los accesorios tales como pernos y otros dispositivos indispensables para la correcta instalación de las porciones de la estructura incluidas en el embarque. Por cada lote el proveedor debe enviar una lista detallada de su contenido. Estas listas preparadas con la responsabilidad del proveedor deben ser verificadas y firmadas de conformidad por los supervisores.

c) La estructura y sus accesorios no son aceptados por la CFE hasta que se efectúe el montaje

indicado en el inciso 6.2 (b).


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Las entregas hechas por el proveedor a dichos inspectores tienen que estar de acuerdo con el programa de fabricación establecido en la presente especificación.

9.4 Inspección y Aceptación del Material El proveedor debe permitir al personal de CFE las facilidades necesarias a fin de inspeccionar la materia prima, procesos de fabricación, exactitud del equipo de control y medición así como productos terminados. Mientras el inspector de CFE no dé la aprobación por escrito de las solicitudes de inspección, el proveedor no debe embarcar ni entregar el material. Las estructuras deben ser armadas en negro en las instalaciones del proveedor y supervisadas por la Gerencia del LAPEM, para verificar su geometría, inspección visual, dimensional y ensamble, a fin de evitar que después del galvanizado se realicen barrenos, cortes y marcado.

a) Las uniones soldadas deben estar totalmente limpias, sin escoria, exentas de porosidades y grietas o cualquier otra impureza de acuerdo a las referencias4 y 15 del capítulo 9.

Antes de que el proveedor entregue las estructuras tubulares al área usuaria, éstas se deben ensamblar después de galvanizadas hasta las marcas de empotramiento con la fuerza especificada, supervisado por la Gerencia del LAPEM y después, desensamblarlas para su embarque. 9.5 Verificación del Marcado Se debe verificar, antes del galvanizado, que todas las piezas llevan la marca de identificación según los planos de montaje y fabricación, con caracteres de por lo menos 2 cm de altura. A la recepción en sitio, el marcado de estas piezas debe ser legible y permanente. 10 MARCADO Cada pieza debe llevar una marca de identificación, igual a la indicada en los planos de montaje y de taller, además del logotipo del fabricante, esta se estampa antes del galvanizado. Los caracteres y su posición deben ser claramente legibles y tener 2 cm de altura. La marca, en bajo relieve, se debe formar como se indica a continuación:

a) Logotipo del fabricante.

Carácter que identifica al fabricante de la estructura. b) Marca del elemento.

Número consecutivo de identificación del elemento.

11 EMPAQUE, EMBALAJE, EMBARQUE, TRANSPORTACIÓN, DESCARGA, RECEPCIÓN,

ALMACENAJE Y MANEJO

De acuerdo a las normas NRF-001-CFE y NRF-010-CFE. 12 BIBLIOGRAFÍA [1] AISC LRFD Manual of Steel Construction – Load and Resistance Factor

Design. American Institute of Steel Construction. 2 ANSI B18.1.1-1972 Small Solid Rivets 7/16 Inch Nominal Diameter and Smaller.


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3 ANSI B18.2.1-1981 Square and Hex Bolts and Screws Inch Series. 4 ASTM A36/A36M-2001 Standard Specification for Carbon Structural Steel. 5 ASTM A123/123M-2001 Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coating on

Iron and Steel Products. 6 ASTM A143-2003 Standard Practice for Safeguarding Against Embrittlement of Hot-

Dip Galvanized Structural Steel Products and Procedure for Detecting Embrittlement.

7 ASTM A325M-2000 Standard Specification for High-Strength Bolts for Structural Steel

Joints. 8 ASTM A394-2000 Standard Specification for Steel Transmission Tower Bolts, Zinc-

Coated and Bare. 9 ASTM A490-2000 Standard Specification for Structural Bolts Alloy Steel Heat 150 ksi

Minimun Tensile Strenght. [10] ASTM A563-2000 Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts. 11 ASTM A572/A572M-2001 Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-

Vanadium Structural Quality. 12 ASTM E376-1996 Standard Practice for Measuring Coating Thickness by Magnetic-

Field or Eddy-Current (Electromagnetic) Test Methods. [13] ASTM F1554-04 Standard Specification for Anchor Bolts, Steel, 36, 55, and 105-ksi

Yield Strength. 14 AWS D.1.1-2000 Structural Welding Code-Steel. 15 AWS C5.6-1989 Recommended Practices for Gas Metal Arc Welding. [16] MDOC-DV-2008 Manual de Diseño de Obras Civiles, Diseño por Viento. [17] MDOC-DS-2008 Manual de Diseño de Obras Civiles, Diseño por Sismo.


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APÉNDICE A (Normativo)

CÁLCULO DE PRESIONES DE VIENTO A PARTIR DE LA VELOCIDAD REGIONAL A1 CLASIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA SEGÚN SU IMPORTANCIA De acuerdo con el MDOC-DV, inciso 4.1.3, las estructuras consideradas en esta especificación pertenecen al tipo A (estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad elevado). A1.1 Clasificación de la Estructura Según su Respuesta ante la Acción del Viento De acuerdo con el MDOC-DV, inciso 4.1.4, las estructuras consideradas en esta especificación pertenecen al tipo 2 (estructuras que por su alta relación de esbeltez o las dimensiones reducidas de su sección transversal son especialmente sensibles a las ráfagas de corta duración - entre 1 s y 5 s - y cuyos periodos naturales largos favorecen la ocurrencia de oscilaciones importantes en la dirección del viento). En caso de que el periodo natural de vibración de la estructura sea menor o igual que 1 s y que su relación de esbeltez sea menor o igual que 5, los efectos dinámicos no son importantes por lo que el factor de amplificación dinámica definido en A4.2 o A5.2 será igual a 1. A1.2 Efectos del Viento que Deben Considerarse Para diseñar las construcciones del tipo 2, se deben considerar los efectos dinámicos causados por la turbulencia del viento. Éstos se toman en cuenta mediante la aplicación del factor de amplificación dinámica debido a ráfagas.

A2 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO, DV

La velocidad de diseño, DV , es la velocidad con la cual se calculan los efectos del viento sobre la estructura o sobre

un componente de la misma.

La velocidad de diseño, en km/h, se obtendrá de acuerdo con la ecuación:

RrzTD VFFV (A.1)

Donde:

TF Factor que depende de la topografía del sitio, adimensional.

rzF Factor que toma en cuenta el efecto de las características de exposición local y adimensional.

RV Velocidad regional que le corresponde al sitio en donde se construirá la estructura, en km/h.

El factor rzF se debe evaluar de acuerdo con las características de exposición del sitio en donde se desplanta la

estructura. En cuanto al factor de topografía FT es proporcionado en las Características Particulares o en su defecto se evaluará de acuerdo al inciso 4.2.4 del MDOC-DV.


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A2.1 Factor de Exposición, rzF

El factor de exposición, rzF , establece la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el nivel del terreno,

z , y está en función de la categoría del terreno según su rugosidad. Este factor de exposición se obtiene de acuerdo con las expresiones siguientes:

cFrz si z 10 m (A.2.a)

10

zcFrz si 10 m < z < (A.2.b)

10

cFrz si z (A.2.c)

Donde: c Coeficiente que varía según la rugosidad del terreno, adimensional. Exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la altura, adimensional.

Altura gradiente, medida a partir del nivel del terreno de desplante y por encima de la cual la variación de la velocidad del viento no es importante y se puede suponer constante, en m.

Los coeficientes , , y c están en función de la categoría del terreno según su rugosidad. En la tabla A1 se presentan los valores que se recomiendan para estos coeficientes, con base en la categoría del terreno mencionada. La categoría del terreno según su rugosidad es proporcionada en las Características Particulares. En caso de que la categoría del terreno no sea proporcionada en las Características Particulares, se debe aplicar las recomendaciones establecidas en el inciso 4.2.1 y en la tabla 4.2.1 del MDOC-DV.

A2.2 Determinación de la Velocidad Regional del Viento, RV

La velocidad regional del viento, RV , es la máxima velocidad probable de presentarse con un cierto periodo de retorno

en una zona o región determinada del país. Será proporcionada en las Características Particulares o en su defecto en el MDOC-DV, en las figuras 4.2.1, 4.2.2 y 4.2.3, se presentan los mapas de isotacas regionales para diferentes periodos de retorno, en los cuales las velocidades están referidas a velocidades de ráfaga de viento con un tiempo de promediación de 3 s a 10 m de altura, en terreno plano con categoría 2 (véase la tabla 4.2.1 del MDOC-DV). La importancia de la estructura dictamina el periodo de retorno que se deba seleccionar. De acuerdo al MDOC-DV, los grupos A, B y C se asocian con los periodos de retorno de 200 años, 50 años y 10 años, respectivamente. Salvo que se mencione otra cosa en las Características Particulares, las estructuras de subestaciones corresponden al grupo A. El sitio de desplante se debe localizar en el mapa con el periodo de retorno que corresponde al grupo al que pertenece la estructura con el fin de obtener la velocidad regional. El MDOC-DV también contiene dos mapas opcionales con velocidades de viento óptimo, los cuales están asociados a dos niveles de pérdidas representados por la variable Q, para que el diseñador seleccione el nivel que acepta en caso de producirse una falla estructural, de acuerdo con lo que se mencione en las Características Particulares, si se optara por la aplicación de estos mapas. Dada la gran variedad de estructuras existentes, en el MDOC-DV se optó por definir dos niveles de pérdidas, Q = 5 y Q = 15. Los mapas correspondientes a esos niveles de pérdidas se presentan en las figuras 4.2.4 y 4.2.5 del MDOC-DV.


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TABLA A1 – Valores de c, y

Categoría

del terreno c (m)

1 1,137 0,099 245

2 1,000 0,128 315

3 0,881 0,156 390

4 0,815 0,170 455

A3 PRESIÓN DINÁMICA DE BASE, zq

Cuando el viento actúa sobre un obstáculo, genera presiones sobre su superficie que varían según la intensidad de la velocidad y la dirección del viento. La presión que ejerce el flujo del viento sobre una superficie plana perpendicular a él, se denomina comúnmente presión dinámica de base y se determina con la siguiente ecuación:

2047.0 Dz VGq (A.3)

(En el sistema mks, 20048.0 Dz VGq , zq en kg/m2)

En la expresión anterior:

zq Presión dinámica de base a una altura z sobre el nivel del terreno, en Pa.

DV Velocidad de diseño definida en el inciso A2, en km/h.

G Factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensional; Se obtiene con la siguiente ecuación:

273

392.0G (A.4)

Donde:

Presión barométrica, en mm de Hg.


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Temperatura ambiental en ºC.

En la tabla A2 se presenta la relación entre los valores de la altitud, mh , en metros, y la presión barométrica, , en

mm de Hg. En el Apéndice C del MDOC-DV, se proporcionan valores de la altura sobre el nivel del mar y temperaturas medias para las ciudades de mayor importancia en la República Mexicana.

TABLA A2 - Relación entre la altitud y la presión barométrica

Altitud mh

(m)

Presión barométrica (mm de Hg)

0 760

500 720

1 000 675

1 500 635

2 000 600

2 500 565

3 000 530

3 500 495

A4 FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE, eEF , SOBRE ESTRUCTURAS DE CELOSÍA

La fuerza dinámica equivalente, eEF , que actúa sobre los marcos formados por celosías, en dirección paralela a la

dirección del viento y perpendicular a las áreas expuestas, a una altura z, se calcula con la expresión:

ADEaeE FzqCAF )(exp (A.5a)

Donde:

eEF Fuerza dinámica equivalente que actúa en los marcos formados por celosía, en N.

expA Área expuesta, medida perpendicularmente a la dirección del viento, de cada panel en que se divide el

marco, en m2.

aC Coeficiente de arrastre, el cual es función de la relación de solidez del panel considerado y perpendicular a

la dirección del viento, adimensional, según A4.1; en este caso, el valor del ángulo de incidencia del viento, , es 0º o 90º, (véase la figura A1), según corresponda.

)(zqz Presión dinámica de base variable a una la altura z , en Pa.


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ADEF Factor de amplificación dinámica para el marco de celosía, adimensional; se calcula de acuerdo con lo

especificado en el inciso A4.2. Para el caso cuando el viento tenga un ángulo de incidencia, , de 45º en un plano horizontal (véase la figura A1), las componentes de la fuerza dinámica equivalente en actuando en forma perpendicular a las cara 1 o 2 se calculan con la siguiente expresión:

iiii ADEapeE Fq(z)CAF 6.0 (A.5b)

Donde:

ipA Área expuesta proyectada normalmente a la cara i (i = 1 ó 2), (véase la figura A1), de cada panel en que se

divide el marco, en m2.

iaC Coeficiente de arrastre perpendicular a la cara i (i = 1 ó 2), respectivamente, el cual es función de la relación

de solidez del panel considerado, adimensional, según A4.1. La parte de la componente sobre la trabe, en la dirección de su longitud, podrá despreciarse.

FIGURA A1 - Definición de algunas características geométricas para el cálculo de 1aC y 2aC

A4.1 Coeficientes de Arrastre para Estructuras de Celosía Los coeficientes de arrastre para los paneles en que se dividen los marcos de celosía dependen del área expuesta al

viento sobre las caras del marco. Los coeficientes de arrastre se especifican según la cara de referencia como 1aC y

2aC , para la cara 1 y 2, respectivamente (véase la figura A1).

Para marcos de celosías con paneles donde todos sus miembros expuestos tienen superficies planas, los coeficientes de arrastre se calculan mediante:

0088.41681.61727.4 2 iiaiC (A.6)

Y para paneles donde todos sus miembros tienen una sección transversal circular, mediante:

2002.21323.37091.22293.0 23 iiiaiC (A.7)


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Donde:

aiC Coeficiente de arrastre para la cara i , i = 1, 2, adimensional.

i Relación de solidez para la cara i , i = 1, 2, adimensional.

La relación de solidez de una cara, , es la relación entre el área total de los miembros de las estructuras de apoyo,

definida anteriormente, y el área circunscrita de la cara del panel correspondiente.

En la figura A2 se muestra el factor 0088.41681.61727.4 2 F en función de la relación de solidez para

marcos de celosía con paneles donde todos sus elementos tienen superficies planas.

En la figura A3, se muestra 2002.21323.37091.22293.0 23 F para paneles donde todos sus

elementos tienen una sección transversal circular. Para las estructuras menores de soporte de equipo que tengan sección transversal circular, el coeficiente de arrastre será el calculado con las expresiones A 22 y A 23.

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

FIGURA A2 - Factor 0088.41681.61727.4 2 F para estructuras de

celosías formadas con elementos de lados planos


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FIGURA A3 - Factor 2002.21323.37091.22293.0 23 F para estructuras de

celosías formadas con elementos redondeados A4.2 Factor de Amplificación Dinámica para Estructuras de Celosía Los marcos estructurales de las subestaciones eléctricas usualmente están formados por dos o más columnas, unidas por medio de vigas horizontales, también de celosía. Para cuantificar los efectos dinámicos que produce el viento

sobre un marco completo, se debe calcular el factor de amplificación dinámica para las marcos de celosía, ADEF .

Este factor se obtiene mediante la expresión:

1)(71

)(21 22

sv

svpADE zI

RBzIkF (A.8)

Donde:

pk Factor pico; se calcula mediante la expresión A.19, adimensional.

)( sv zI Es el índice de intensidad de la turbulencia evaluada en la altura de referencia mediante la expresión A.9,

adimensional.

sz Altura de referencia (véase la figura A4), en m.

2B Factor de respuesta de fondo; obtenido mediante la expresión A.10, adimensional.

2R Factor de respuesta en resonancia; obtenido mediante la expresión A.12, adimensional.

El índice de intensidad de la turbulencia, v sI z , está definida como:


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'

10)(

s

sv

zdzI si mínz sz máxz (A.9.a)

0

mínLn

1)(

z

zzI sv si sz < mínz (A.9.b)

Donde: máxz = 200 m y los valores del las constantes d , ' , 0z y mínz , se presentan en la tabla A3.

El factor de respuesta de fondo está dado por:

63.02

)(9.01

1

szL

hbB (A.10)

Donde: b Ancho de la estructura de acuerdo con la figura A4, en m. h Altura de la estructura, en m.

)( szL Longitud de escala de turbulencia evaluada en la altura de referencia; se obtiene mediante la

expresión A.11, en m.


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NOTA: Los ejes de la figura son locales para mostrar la geometría del marco. Cuando se trate del viento en la dirección local de Z, la

dimensión b es el largo de toda la trabe del marco y sz es la altura del centroide (en dirección local Y) de ésta en tanto que,

para el viento en la dirección local de X, la dimensión b es el ancho promedio de la columna y hzs )3/2( . Si hay varios

marcos con varias crujías, el valor de b sería el largo de la trabe más larga y el valor de h sería el de la altura mayor.

FIGURA A4 - Condiciones geométricas para el cálculo del ADEF

TABLA A3 - Valores de las constantes d , ' , 0z , mínz , , b , y sL

Categoría de

terreno d ' 0z (m) mínz (m) b sL (m)

1 0,15 0,12 0,01 1 0,44 1,17 0,003 76

2 0,19 0,16 0,05 2 0,52 1,00 0,005 67

3 0,29 0,21 0,30 5 0,61 0,77 0,010 52

4 0,43 0,29 1,00 10 0,67 0,55 0,015 45

La longitud de la escala de turbulencia; para alturas sz menores que 200 m, puede calcularse con:

)()( mínzLzL s si sz < mínz (A.11.a)


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200300)( s

s

zzL si sz mínz (A.11.b)

Donde los valores de y mínz se presentan en la tabla A3.

El factor de respuesta en resonancia, 2R , originado por la turbulencia en resonancia en el modo de vibrar considerado, se debe determinar con la expresión:

)()(),(4 ,1

2bbhhx

est

RRzSR sL (A.12)

Donde:

est Relación de amortiguamiento de la estructura; se debe tomar igual a 0,005 para conexiones

atornilladas y 0,003 para conexiones soldadas, adimensional.

),( ,1 xsL zS Densidad espectral de potencia del viento; se obtiene mediante la expresión A.13,

adimensional.

)( hhR y )( bbR Funciones de admitancia aerodinámica adimensionales, calculadas con las expresiones A.16

y A.17, respectivamente.

x,1 Frecuencia natural de vibración de la estructura en la dirección del viento, en Hz.

La densidad espectral de potencia del viento se obtiene con:

3/5

,1

,1

,1

))('

)((2.101

))('

)((8.6

),(

sD

s

sD

s

sL

zV

zL

zV

zL

zSx

x

x

(A.13)

DV es la velocidad, en m/s, evaluada en la altura efectiva sz mediante la expresión:

3.6

VFFV RrzT

D

( en m/seg) (A.14)

Donde: TF y RV , en km/h, se definen en el inciso A2, mientras que

bFrz 702.0 si sz 10 m (A.15.a)


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'

10702.0

s

rz

zbF si 10 m < sz 200 m (A.15.b)

Para la ecuación A.15, los valores de b y ' se obtienen de la tabla A3.

Las funciones de admitancia aerodinámica se obtienen con:

1)( ;)exp(-212

11)( h2

hhhh

hh RR

si 0h (A.16)

1)( ;)exp(-212

11)( b2

bbbb

bb RR

si 0b (A.17)

Donde:

DV

b

´

6.4 ,1 xb

DV

h

´

6.4 ,1 xh

(A.18)

El factor pico, pk , se define como la relación del valor máximo de la parte de las fluctuaciones de la respuesta entre

su desviación estándar. Así, se tiene que:

)(Ln2

6.0)(Ln2

TTk p 3 (A.19)

Donde: T = 600 s Tiempo de promediación de la velocidad media del viento. Frecuencia de cruces por cero, en Hz, y se calcula con la ecuación A.20.

22

2

,1RB

Rx

0.08 (A.20)

Donde:

x,1 Frecuencia natural de vibrar del marco de celosía en la dirección considerada, en Hz.

A5 FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE, eTF , SOBRE ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS TUBULARES

Para las estructuras con elementos de sección transversal tubular, el efecto de la carga de viento en la dirección longitudinal se calcula con:


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ADTFq(z)

tTh

tTd

aTC

eTF (A.21)

Donde:

eTF Fuerza dinámica equivalente debida al efecto del viento, en N.

aTC Coeficiente de arrastre para elementos tubulares de sección transversal circular, adimensional.

tTd Diámetro promedio del tramo considerado del elemento tubular en, en m.

tTh Altura del tramo considerado del elemento tubular, en m.

)(zqz Presión dinámica de base en Pa, variable con la altura z .

ADTF Factor de amplificación dinámica para estructuras con elementos tubulares, adimensional; se calcula de

acuerdo con lo especificado en el inciso A5.2. A5.1 Coeficiente de Arrastre para Elementos Tubulares

El valor del coeficiente de arrastre para elementos tubulares de sección transversal circular, aTC , depende del

número de Reynolds, eR , correspondiente a la velocidad de ráfaga a la altura de referencia sz , la cual se establece

de acuerdo a la figura A6. El número de Reynolds se calcula con:

Dp

e

VDR (A.22)

Donde:

pD Diámetro promedio del elemento tubular, en m.

DV Velocidad de diseño del viento, en m/s, evaluada en la altura de referencia, sz , según se establece en la

figura A6. Viscosidad cinemática del aire a 15 ºC que es igual a 1.45 x 10-5 m2/s.

El valor del coeficiente de arrastre, aTC , se obtiene de:

20.1aTC si eR 3 x 105 (A.23.a)

197.15)Ln(1098.1 eaT RC si 3 x 105 < eR < 4.5 x 105 (A.23.b)


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75.0aTC si eR 4.5 x 105 (A.23.c)

Alternativamente, el valor de aTC se puede obtener de la figura A5.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07

CaT

Número de Reynolds, Re

FIGURA A5 - Coeficientes de arrastre aTC para elemento circulares y conductores o cables

Para equipo de forma cilíndrica, su coeficiente de arrastre es el calculado con la expresión A.23. Para el caso en que los soportes de equipo sean celosías, se deben aplicar las expresiones A.6 y A.7; si dichos soportes son tubulares de sección circular se debe aplicar la expresión A.23, pero si la sección tubular es poligonal, los coeficientes de arrastre se toman de las tablas 4.3.22 o 4.3.23 del MDOC-DV. A5.2 Factor de Amplificación Dinámica para Estructuras con Elementos Tubulares

El factor de amplificación dinámica, ADPF , para estructuras formadas de elementos tubulares de sección transversal

circular, se calcula con:

1)(71

)(21 22

sv

svpADT zI

RBzIkF (A.24)

Donde:

pk Factor pico estadístico dado por la ecuación A.19, adimensional.

)( sv zI Intensidad de la turbulencia evaluada en la altura de referencia mediante la expresión A.9, adimensional.

sz Altura de referencia (véase la figura A6), en m.


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2B Factor de respuesta de fondo; obtenido mediante la expresión A.25, adimensional.

2R Factor de respuesta en resonancia; obtenido mediante la expresión A.12 , adimensional.

La relación de amortiguamiento est para estructuras tubulares se toma igual a 0,005 en el caso de ser atornilladas y

de 0,003 para conexiones soldadas. El factor de respuesta de fondo está dado por:

63.02

)(9.01

1

szL

hbB (A.25)

Donde: b Ancho de la estructura o diámetro promedio del elemento de sección circular de estructuras menores, de

acuerdo a la figura A6, en m. h Altura total del marco o elemento circular, en m.

)( szL Escala de longitud de turbulencia evaluada en la altura de referencia; se obtiene mediante la

expresión A.11, en m.


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NOTA: Los ejes de la figura son locales para mostrar la geometría del marco. Cuando se trate del viento en la dirección local de Z,

la dimensión b es el largo de toda la trabe del marco y sz es la altura del centroide (en dirección local Y) de ésta en tanto

que, para el viento en la dirección local de X, la dimensión b es el ancho promedio entre elementos tubulares que forman

las columnas y hzs )3/2( . Si hay varios marcos con varias crujías, el valor de b sería el largo de la trabe más larga y

el valor de h sería el de la altura mayor.

FIGURA A6 - Condiciones geométricas para el cálculo del ADTF para estructuras mayores y menores

A6 FUERZA DINÁMICA EQUIVALENTE, eCF , SOBRE LOS CONDUCTORES O CABLES

La fuerza dinámica equivalentes, eCF , que actúa sobre los cables se calcula con la expresión:

ADCszcaceC FZqdCF )( (A.26)

Donde:

eCF Fuerza dinámica equivalente sobre el conductor debida al efecto del viento, en N/m.

acC Coeficiente de arrastre del conductor, adimensional.

cd Diámetro del conductor, en m.

)( sz zq Presión dinámica de base evaluada para una altura de referencia definida por la altura media del

conductor, sz (ecuación A.27), en Pa.

ADCF Factor de amplificación dinámica para el conductor, adimensional.


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La altura media del conductor o cable se debe tomar como altura de referencia, sz , y se calcula con:

inms zzzz 212

1

2

1 10 m (A.27)

Donde las alturas 1z , 2z y inmz se definen en la figura A7.

FIGURA A7 - Condiciones geométricas para el cálculo de eCF

A6.1 Coeficientes de Arrastre para los Conductores o Cables

Para los conductores o cables la presión varía con la velocidad del viento y depende del número de Reynolds, eR .El

coeficiente de arrastre está dado por la expresión A.28.

20.1acC si eR 3 x 105 (A.28.a)

197.15)Ln(1098.1 eac RC si 3 x 105 < eR < 4.5 x 105 (A.28.b)

75.0acC si eR 4.5 x 105 (A.28.c)

El número de Reynolds se calcula con:

Dc

eVd

R (A.29)

Donde:

cd Diámetro de la sección transversal del conductor o cable, en m.


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DV Velocidad de diseño del viento, en m/s, evaluada en la altura de referencia, sz , según la expresión A.27.

Viscosidad cinemática del aire igual 1.45 x 10-5 m2/s a 15 ºC.

Para la mayoría de los conductores estándar y velocidades del viento, el coeficiente de arrastre, acC , se puede

considerar igual a 1,2. Asimismo, se pueden emplear otros valores si se realizan pruebas que los justifiquen. A6.2 Factor de Amplificación Dinámica para los Conductores o Cables Los efectos dinámicos que produce el viento sobre los conductores o cables se calculan con:

1)(

12

s

ccpADC Zg

RBEkF

(A.30)

En ningún caso ADCF debe ser menor a la unidad.

Donde:

ADCF Factor de amplificación dinámica para los conductores o cables, adimensional.

pk Factor pico estadístico considerado igual a 3,5.

Factor debido a la separación entre los conductores y la estructura, se considera igual a 0,75. E Factor de exposición calculado mediante la ecuación A.31, adimensional.

CB Factor de respuesta de fondo para los conductores o cables; se obtiene con la ecuación A.32,

adimensional.

CR Factor de respuesta en resonancia para los conductores o cables; se obtiene con la ecuación A.33,

adimensional.

)( sz zg Factor de ráfaga, evaluado para la altura media del conductor, sz (ec. A.27), para convertir velocidades

promediadas en 3 segundos a velocidades promediadas en 10 minutos, adimensional; se obtiene con la ecuación A.36, y

El factor de exposición, E , está dado por:

'

1024

szE (A.31)

Donde:


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Factor de rugosidad del terreno donde se ubicará la subestación eléctrica; se obtiene de la tabla A3, adimensional.

' Exponente de variación de la velocidad media del viento con la altura; se obtiene de la tabla A3, adimensional.

sz Altura de referencia del conductor o cable, obtenida con la ecuación A.27, en m.

Para una altura de referencia del conductor o cable menor o igual que 10 m, sz se mantiene constante e igual a este

último valor.

El factor de respuesta de fondo de los conductores o cables, CB , se calcula con:

s

LC

L

FB

81.01

1

(A.32)

Donde:

sL Escala de turbulencia que depende de la categoría del terreno; se obtiene de la tabla A3, en m.

LF 30 m, factor de longitud del conductor o cable (véase la figura A7), en m.

El factor de respuesta en resonancia de los conductores, CR , se calcula con:

cL

s

D

scC F

z

V

zR

3/5

0113.0

(A.33)

donde:

DV Velocidad evaluada en la altura de referencia del conductor o cable, sz , mediante la expresión A.14, en m/s.

c Frecuencia fundamental del cable o conductor, en Hz, se calcula con la expresión A.34.

c Fracción de amortiguamiento aerodinámico, con respecto al crítico, del cable o conductor, adimensional. Se

calcula con la expresión A.35. La frecuencia fundamental de un cable o conductor, en Hz, se puede calcular con la expresión:

f

gc 2

3

2

1

(A.34)

Donde: f Flecha o catenaria máxima del cable (véase la figura A7), en m.

g Aceleración de la gravedad igual 9,81 m/s2.


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La fracción de amortiguamiento aerodinámico, con respecto al crítico, del cable o conductor, se puede calcular con:

accc

Dcc C

d

V

m

d

4aire

2

(A.35)

Donde:

cd Diámetro del cable o conductor, en m.

m Masa por unidad de longitud del cable o conductor, en kgm/m.

aire Densidad media del aire igual a 1.2 kgm/m3.

DV Velocidad evaluada en la altura de referencia del conductor o cable, sz , mediante la expresión A.14, en m/s.

acC Coeficiente de arrastre del conductor o cable según se establece en A6.1, adimensional.

El factor de ráfaga se calcula con la siguiente expresión:

b

czgz 702.0)( para z≤ 10 m (A.36.a)

'

0.702

10

z

b

c(z)gz para 10 m < z ≤ 200 m (A.36.b)

En la expresión anterior, los valores de c y α se muestran en la tabla A1, en tanto que los valores de b y ' están dados en la tabla A3.


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APÉNDICE B (Normativo)

INFORMACIÓN REQUERIDA

B.1 EN LA PROPUESTA La propuesta del proveedor debe incluir la siguiente información:

a) Cuestionario técnico debidamente contestado. b) Planos de dimensiones generales de las estructuras. c) El peso de las estructuras. d) Carta en la que acepta, en caso de resultar ganador, que los diseños de las estructuras deben ser

propiedad de la CFE y se compromete a entregar la información necesaria, como planos de taller y memoria de cálculo.

B.2 AL FORMALIZARSE EL CONTRATO El proveedor que resulte ganador, debe entregar un programa de las actividades por desarrollar para cumplir con el suministro de las estructuras, en los plazos indicados por la CFE. Este programa incluye entre otros conceptos los siguientes:

a) Cálculos y planos para la revisión por parte de la CFE. b) Entregas de cálculo y planos para la revisión por parte de la CFE. c) Planos definitivos. d) Pruebas mecánicas a los materiales. e) Fabricación. f) Inspección. g) Embarque y entrega en obra de las estructuras. h) Montaje de estructuras.

B.2.1 Dimensiones Generales y Distancias de Seguridad Este dibujo debe contener la información solicitada en el inciso 5.2. B.2.2 Análisis y Diseño Se debe entregar la documentación siguiente:

a) Criterios de diseño y memoria de cálculo detallada. Junto con los resultados se entregan los datos de entrada impresos, así como las memorias, hojas de cálculo electrónicas y demás archivos en formato original, sin restricciones para la CFE; no se acepta ningún tipo de información electrónica con restricciones.

b) Propiedades prismáticas de las secciones que se utilizan en el diseño. c) Tabla-resumen de cargas y diseños donde se indique, para todos y cada uno de los miembros

analizados, lo siguiente:

- número de identificación. Corresponde al número de la pieza indicado en el plano de cuerpo básico,


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- cargas y momentos de diseño, - número de las combinaciones de carga correspondientes, - dimensiones del perfil, - bajo cargas de servicio un análisis de deformaciones para diferentes alturas de la estructura, - diseño de las conexiones mecánicas. Número de tornillos y la forma en que trabajan.

d) Planos y/o dibujos en hojas de 884 mm x 555 mm. Debe contener la siguiente información:

- isométrico general de la estructura, - planos estructurales de columna, - planos estructurales de trabes, - planos de detalles tipo, - identificación y estructuración de todos los niveles especificados y sus masas, - para estructuras telescópicas, indicar las fuerzas de acoplamiento para cada ensamble y el

equipo de aplicación recomendado, - estos planos y/o dibujos deben hacerse a escala y contener el siguiente enunciado

“PROHIBIDA LA REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL. PROPIEDAD DE CFE”, - lista de partes incluyendo masas unitarias y totales.

e) Criterio de diseño y memoria de cálculo de las cimentaciones y su dibujo. f) La revisión por parte de CFE no exime al proveedor de su responsabilidad por el diseño.

B.3 CONSIDERACIONES ADICIONALES En las dimensiones de los dibujos y en todos los cálculos, el proveedor se debe basar en la norma NOM-008-SCFI. El proveedor se debe dirigir para:

a) Especificaciones de diseño: al área técnica usuaria. b) Control de calidad y pruebas de materiales: la Gerencia del LAPEM. c) Suministro: Con el área contratante.

mÉxico - lapem.cfe.gob.mx · pec = peso del equipo y cables. ttminsv= tensión en cables a...

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