proyecto torre 23 metros de altura

DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UNA TORRE DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA DE 23 METROS.

SANDRA VERÓNICA PÉREZ ROSAS

NÉSTOR PÉREZ SAMACÁ

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESPECIALIZACION DE INGENIERIA DE ESTRUCTURAS TUNJA 2011

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DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UNA TORRE DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA DE 23 METROS.

SANDRA VERÓNICA PÉREZ ROSAS

NÉSTOR PÉREZ SAMACÁ

Trabajo de grado para optar por el titulo de ESPECIALISTA DE INGENIERIA DE ESTRUCTURAS.

DIRECTOR

CARLOS RAMIRO VALLECILLA B.

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESPECIALIZACION DE INGENIERIA DE ESTRUCTURAS TUNJA 2011

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Nota de aceptación:

_______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

_______________________________ Firma del presidente del jurado

_______________________________ Firma del jurado

_______________________________ Firma del jurado

Tunja, Octubre del 2011

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AGRADECIMIENTOS

Principalmente damos gracias a Dios por permitirnos terminar y llevar a cabo la

especialización brindándonos sabiduría y conocimiento. De igual forma

agradecemos a todo el personal de la empresa Fundiherrajes de Colombia Ltda. ,

quienes nos colaboraron en el desarrollo de este proyecto y gracias a ellos

pudimos llevar a cabo la especialización. Así mismo agradecer a nuestras familias

que nos apoyaron dándonos fortaleza, paciencia, valor y sobre todo mucho amor.

También agradecemos al Ingeniero Carlos Ramiro Vallecilla por su colaboración

como director de proyecto por su constante apoyo en el desarrollo de esta

metodología y por brindarnos su amistad. A todos aquellos docentes que nos

enseñaron las bases fundamentales en este proceso de formación profesional.

5

CONTENIDO.

Pág.

1. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN O PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................... 10

2. MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 11

2.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. .................................................................................... 11

2.2. ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS ............................................................................. 11

2.3. APROXIMACIÓN CONCEPTUAL .................................................................................... 12

2.3.1. Aproximación al concepto de requisitos específicos para el proceso de transmisión. ...... 12

2.3.2. Elementos fundamentales del concepto de movimientos sismicos de diseño. ................ 13

2.3.3. Aspectos esenciales del concepto de carga nominal. ...................................................... 13

2.3.4. Aproximación al concepto de factor de carga. .................................................................. 14

2.3.5. Aproximación al concepto de carga mayorada. ................................................................ 14

2.3.6. Aspecto esencial del concepto de solicitaciones .............................................................. 14

2.3.7. Aproximación al concepto de resistencia nominal. .......................................................... 14

2.3.8. Elementos fundamentales del concepto de diseño por resistencia. .................................. 14

2.3.9. Aspecto esencial del concepto de torre estructural. .......................................................... 14

2.3.10. Elementos esenciales del concepto de flexión. ................................................................ 15

2.3.11. Aproximación conceptual al momento de inercia .............................................................. 15

2.3.12. Aspectos esenciales del concepto de módulo de elasticidad. .......................................... 15

2.3.13. Aproximación al concepto de relación de esbeltez. .......................................................... 15

2.3.14. Aproximación al concepto de relación de esbeltez efectiva. ............................................. 16

2.3.15. Aspecto esencial del concepto de longitud no arriostrada. ............................................... 16

3. DIAGNÓSTICO ................................................................................................................ 17

3.1. DESCRIPCIÓN DEL LUGAR Y DEL TIEMPO ................................................................. 17

3.2. MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................. 18

3.2.1. Método. ........................................................................................................................... 18

3.2.2. Metodología .................................................................................................................... 18

3.3. DESCRIPCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS ..................................................................... 19

3.4. DESCRIPCIÓN DE LA POBLACIÓN ............................................................................... 19

3.5. DESARROLLO DE LOS INSTRUMENTOS ..................................................................... 20

3.5.1. Parámetros para el diseño de la torre. ............................................................................. 20

6

3.5.2. Características del conductor. .......................................................................................... 20

3.5.3. Características de los aisladores. .................................................................................... 20

3.5.4. Norma técnica a seguir. ................................................................................................... 20

3.5.5. Software de diseño a utilizar. ........................................................................................... 21

3.5.6. Tipo y clasificación de torre.............................................................................................. 21

3.5.7. Factores de diseño para la torre de 23 metros ................................................................. 23

3.5.8. Diseño de la torre utilizando Risa Tower v. 5.4 ................................................................. 24

3.6. RESULTADOS OBTENIDOS EN EL ANÁLISIS. .............................................................. 33

3.7. ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................................................................... 37

4. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 45

5. RECOMENDACIONES .................................................................................................... 46

6. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 47

7. ANEXOS. ........................................................................................................................ 48

7

INDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Proceso de transmisión y distribución de energía. ...................................................... 13 Figura 2. Trazado de la línea de transmisión de 115 KV ........................................................... 17 Figura 3. Diagonal UP y DOWN utilizadas en las secciones T1 y T2 ......................................... 26 Figura 4. Diamond y Double K utilizada en las secciones T3 y T4 ............................................. 26 Figura 5. X-Brace y TX-Brace utilizada en la sección T5 ........................................................... 27 Figura 6. Double K1 Down utilizada en la seccion T6 ................................................................ 27 Figura 7. Cranked K2 utilizada en la sección T7 ....................................................................... 27 Figura 8. Vista tridimensional de la torre de 23 metrosNNNNNNNNNNNNNNNNNN31 Figura 9. Geometría de la torre de transmisión de 23 metros de altura. .................................... 32 Figura 10. Gráfica de deformación, inclinación y rotación de la torre. .......................................... 38 Figura 11. Gráfica de compresión y tensión de la pierna. ............................................................ 39 Figura 12. Gráfica de cortante y momento en X y Z .................................................................... 41 Figura 13. Gráfica distribución de esfuerzos en la torre. ............................................................. 42 Figura 14. Vista isométrica de la torre de transmisión de energía ............................................... 48 Figura 15. Vista frontal de la torre de transmisión de energía...................................................... 48 Figura 16. Vista lateral de la torre de transmisión de energía ...................................................... 49 Figura 17. Vista superior de la torre de transmisión de energía ................................................... 49

8

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Categorías de exposición según norma TIA-222G ...................................................... 21 Tabla 2. Clasificación de las estructuras según su altura, uso y ubicación. ............................... 22 Tabla 3. Categorías topográficas según norma TIA-222G ......................................................... 22 Tabla 4. Coeficientes según la categoría de exposición ............................................................ 23 Tabla 5. Coeficiente de categoría topográfica ........................................................................... 23 Tabla 6. Datos de entrada de la geometría en el programa Risa Tower .................................... 28 Tabla 7. Datos de entrada de la rienda en el programa Risa Tower .......................................... 30 Tabla 8. Datos de entrada de los accesorios de la torre en Risa Tower. ................................... 31 Tabla 9. Resultados obtenidos en el análisis estructural en Risa Tower .................................... 33 Tabla 10. Flujograma realizado para el proceso de diseñoN ...................................................... 43

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ÍNDICE DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Imágenes de la torre de 23 metros de alturaNNNNNNNNNNNNNNNN.50 Anexo B. Memorias de cálculo del diseño de la torreNNNNNNNNNNNNNNNNN50 Anexo C. Flujograma de diseño de estructuras metálicasNNNNNNNNNNNNNNN50 Anexo D. Planos de construcción de la torreNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN..50

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1. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN O PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1.1. ¿Cuáles son las características y parámetros que intervienen en el diseño y la fabricación de la torre de transmisión de energía de 23 metros de altura para líneas de 115 kilovoltios?

1.2. ¿Qué criterios técnicos y legales se encuentran establecidos para la puesta a

punto y funcionamiento de la torre de trasmisión de energía de 23 metros de altura?

1.3. ¿Cómo se pueden reducir los costos de fabricación si se piensa diseñar con

los factores de seguridad sismoresistentes más altos según la legislación? 1.4. ¿Cómo se puede verificar el cumplimiento de los requisitos establecidos en la

norma TIA-222-G y Reglamento de instalaciones eléctricas 2008? 1.5. ¿Para qué proporcionar a la empresa los lineamientos y requisitos que se

deben de conocer a la hora de diseñar y construir una torre de energía? 1.6. ¿Cuál es el beneficio que se pretende lograr con el desarrollo del proyecto?

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2. MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

Las estructuras metálicas utilizadas para el transporte de energía eléctrica se han empleado en la construcción de subestaciones, torres y postes metálicos, las cuales se encargan de sostener los transformadores y los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica. Las líneas de alta tensión es el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de energía eléctrica a grandes distancias. Cada línea está conformada por una serie de torres y accesorios que sostienen la red. Las torres están sujetas a tracciones causadas por la combinación de agentes como el viento, la carga del conductor, la temperatura, entre otras. En el sector eléctrico se han utilizado las estructuras metálicas para una gran variedad de torres de transmisión, entre ellas las más importantes y más usadas son las torres de amarre. Estas estructuras son más rígidas, ya que se utilizan para soportar las grandes tracciones generadas al dar un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras y elevar la línea para subir un cerro o pasar por encima de una línea existente. Las otras torres son para líneas de suspensión, las cuales no deben soportar peso alguno más que el del propio conductor, cuya función es llevar al conductor de un sitio a otro. Estas líneas se utilizan en línea recta, teniendo en cuenta que no se encuentren cruces de líneas u obstáculos. Las estructuras de las torres varían teniendo en cuenta la capacidad de la línea de transmisión, según el voltaje, corriente y tamaño de los accesorios. Las torres se pueden fabricar en madera, metal o concreto. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las líneas de 161 kilovoltios o más. Es posible tener líneas de transmisión de hasta 1.000 kilovoltios. [1]

2.2 ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS

La bibliografía que existe en el mercado especializada en el diseño de torres es poca, debido a que la gran mayoria de libros se enfoca a edificios, puentes y otras estructuras de acero. La principal fuente bibliografica de este tema son las normas tecnicas de diseño y construccion para torres de energia y telecomunicaciones. La norma que aplica en Colombia para el diseño de torres de telecomunicaciones y transmicion de energía es la TIA-222-G. __________________ [1] Cfr. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA, CREG. Retie. Reglamento de instalaciones eléctricas, Bogotá: Cidet, 2008, p.171.

12

Para diseñar las conexiones en los diferentes tipos de torres se puede investigar bibliografía enfocada al diseño de estructuras en acero. Esta bibliografia es útil debido a que el cálculo realizado en el diseño de una conexión no varía si es un puente, edificio, torre, pórtico o alguna otra estructura en particular. Para el diseño de la conexión se debe tener en cuenta si el miembro estructural se encuentra sometido a tensión, compresión, cortante, flexión o momento dependiendo de cómo actua la carga. En la actualidad existen gran cantidad de perfiles que permiten diseñar y construir formas complejas y livinas sin dejar de lado la rigides de la estructura. Los perfiles junto con los materiales que se fabrican se pueden encontrar en catalogos, libros, revistas o paginas web. Los principales autores bibliográficos en el tema de estructuras metálicas dicen que lo único que debe tener un diseñador es creatividad para poner a volar su imaginacion realizando formas compleja que acompañadas del cálculo y la experiencia ayudaran a formas urbes y desarrollo a los pueblos. [2]

2.3 APROXIMACIÓN CONCEPTUAL

2.3.1. Aproximación al concepto de los requisitos específicos para el proceso de transmisión. Se consideran líneas de transmisión a la transferencia de energía a tensiones iguales o mayores a 57.5 Kilovoltios, con corriente alterna trifásica de 60 Hertz de frecuencia nominal. Los sistemas de transmisión corresponden a los establecidos desde la planta generadora a las subestaciones y a grandes instalaciones industriales desde las cuales los sistemas de distribución proporcionan el servicio a las zonas residenciales y comerciales. Además sirven para conectar plantas generadoras como se muestra en la figura 1. Para las líneas de transmisión se encuentra como aspecto fundamental el diseño que contempla lo referente a la parte eléctrica, civil, memorias de cálculo y planos estructurales. Así mismo se debe cumplir las distancias de seguridad y servidumbre establecidas en el artículo 13 del Retie 2008. Y a la vez garantizar la puesta a tierra para la seguridad del personal que trabaja en las líneas como la de los usuarios cumpliendo con lo descrito en el reglamento de instalaciones eléctricas artículo 15. Las estructuras de apoyo de las líneas de transmisión deben estar soportadas en cimentaciones apropiadas al tipo de suelo y peso, para impedir su volcamiento, giro o hundimiento que ponga en riesgo la estabilidad mecánica de la línea. [1]

___________________ [2] Cfr. MCCORMAC. Jack, Diseño de estructuras en acero, México DF: Alfa omega, 2006, p.1.

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Figura 1: Proceso de transmisión y distribución de energía.

Fuente: FERNÁNDEZ Ricardo, Procesos de transmisión de energía, México DF: Mc Graw Hill, 1996, p.354.

2.3.2. Elementos fundamentales de concepto de movimientos sísmicos de diseño. Movimiento sísmico es una perturbación de la tierra causada por el movimiento de las placas tectónicas. Para efectos de diseño sísmico la estructura metálica debe localizarse dentro de una de las zonas de amenaza sísmica baja, media o alta. Además deben tenerse en cuenta los movimientos sísmicos de diseño definidos en el capitulo A2 de la norma sismo resistente 2010[3]

2.3.3. Aspectos esenciales del concepto de carga nominal. Las cargas nominales son fuerzas externas que actúan sobre la estructura causando deformaciones y esfuerzos. La magnitud de estas cargas es producida por cargas permanentes, de viento, de hielo, de viento sobre hielo, sísmicas, y correspondientes a los accesorios para ascenso e instalaciones de trabajo. [4] ___________________ [3] Cfr. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, Reglamento Colombiano de Construcciones Sismo resistentes, Bogotá: Diario oficial, 2010, p. A15.

[4] Cfr. INSTITUTO AMERICANO NACIONAL DE ESTANDARIZACIÓN, TIA-222-G Norma estructural para antenas y estructuras que soporten antenas, New York: ANSI, 2002, p.9.

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2.3.4. Aproximación al concepto de factor de carga. El factor de carga se utiliza para aumentar la carga real que va a soportar la estructura y realizar el análisis estructural con una carga sobredimensionada. Este factor se toma en cuenta para las desviaciones de la carga real respecto de la carga nominal, las incertidumbres en el análisis que transforma la carga en solicitaciones, y la probabilidad de que más de una carga extrema ocurran simultáneamente.[5]

2.3.5. Aproximación al concepto de carga mayorada. Este término se utiliza para nombrar la carga resultante entre el factor de carga multiplicado por la carga nominal. En el diseño estructural esta carga es muy importante debido a que de ella depende en parte la seguridad de la estructura. [6]

2.3.6. Aspectos esenciales del concepto de solicitaciones. Cuando hay un sismo se propaga una onda de choque contra la corteza terrestre causando que las estructuras soporten fuerzas adicionales y repentinas donde las estructuras se deforman debido a las cargas mayoradas aplicadas en los elementos estructurales. [7]

2.3.7. Aproximación al concepto de resistencia nominal. Las estructuras se diseñan para cumplir una función especial y a la vez para salvar vidas en caso de un sismo por ello la resistencia nominal es la capacidad de una estructura o elemento para resistir las solicitaciones. [8]

2.3.8. Elementos fundamentales de concepto de diseño por resistencia. Cualquier estructura debe soportar cargas mayoradas que sean producidas por un sismo o cualquier elemento externo a la misma. Por ello el método de dimensionamiento de elementos estructurales dice que los esfuerzos calculados por las cargas mayoradas producen en los elementos cargas que no deben ser mayores que las resistencias de los elementos. [9]

2.3.9. Aspecto esencial del concepto de torre estructural. Una torre es una estructura que se eleva verticalmente que puede ser construida en madera, concreto o acero permitiendo realizar una labor. Estas estructuras requieren un diseño riguroso en el cual se ven afectadas por las cargas actuantes por accesorios y cambios climáticos. Su diseño depende específicamente de la función a realizar. En el campo eléctrico son diseñadas y utilizadas para sostener redes de transmisión, emitir o recibir ondas electromagnéticas y soportar reflectores, directores y pantallas.

____________________ [5] Cfr. Ibid., p.B3. [6] Cfr. Ibid., p.B3. [7] Cfr. Ibid., p.B4. [8] Cfr. Ibid., p.B4. [9] Cfr. Ibid., p.B4.

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2.3.10. Elementos esenciales de concepto de flexión. Cuando un elemento sufre una deformación sobre cualquier eje transversal causada por la acción de una fuerza que no actúa ni a tensión ni a compresión se dice que la fuerza se encuentra actuando a flexión. Por ello se puede decir que la flexión es la combinación de tensiones, fuerzas de tracción y compresión que se desarrollan en la sección trasversal de un elemento estructural para resistir una fuerza trasversal. Las cuales se pueden calcular con la ecuación 1 que involucra al momento flector y el momento de inercia. [10]

M = momento flector I = inercia

C = distancia a la fibra más lejana �� =∗�

� Ecuación 1

2.3.11. Aproximación conceptual al momento de inercia. El momento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de partículas en rotación, respecto al eje de giro. El momento de inercia sólo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento. El momento de inercia para una barra cilíndrica esta dado por la ecuación 2 que está en función del diámetro. [11]

=�∗�

�

�� Ecuación 2

2.3.12. Aspectos esenciales del concepto de módulo de elasticidad. Cuando un objeto metálico es sometido a la acción de una fuerza este puede llegar a deformarse sin perder su forma original siempre y cuando la fuerza que actúe sobre el elemento no sobrepase la magnitud del módulo de elasticidad. De igual manera se puede decir que un material sometido a la acción de la carga, tendrá una línea neutra que se irá flexionando, denominándose flecha a la distancia vertical entre la posición inicial de dicha línea y las posiciones medidas en el lugar de mayor flexionamiento de la estructura. [12]

2.3.13. Aproximación al concepto de relación de esbeltez. La esbeltez es la relación entre la longitud de altura y ancho de la base. Si la estructura tiene una relación de esbeltez muy alta podrá sufrir volcamiento debido a la gran diferencia entre la longitud de base y la altura. También se puede decir que la relación de esbeltez es la relación entre la longitud no arriostrada y el correspondiente radio de giro. [13]

_________________ [10] Cfr. HAMROCK Bernard, Elementos de máquinas, México DF: Mc Graw Hill, 2000, p.320.

[11] Cfr. Ibid., p. 240. [12] Cfr. Ibid., p. 263.

[13] Cfr. Ibid., p. 270.

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2.3.14. Aproximación al concepto de relación de esbeltez efectiva. La esbeltez efectiva es la misma relación de esbeltez sino que se modificada para tomar en cuenta la configuración estructural y las condiciones de los extremos a fin de calcular la resistencia a compresión de diseño.

2.3.15. Aspecto esencial de longitud no arriostrada. Es la longitud entre puntos de panel o nodos que proveen restricción, la cual puede variar según los diferentes planos de pandeo dependiendo del patrón de arriostramiento. Para los puntales la longitud no deberá ser menor que la distancia entre los ejes de los puntos de panel. Para los elementos de arriostramiento, la longitud no deberá ser menor que la longitud ente centros de los patrones de bulones de conexión o soldaduras. [14]

_______________ [14] Cfr. Ibid., p.274.

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3. DIAGNÓSTICO

3.1. DESCRIPCIÓN DEL LUGAR Y DEL TIEMPO

Entre los municipios de Sogamoso a Tibasosa se realizó el diseño de una línea de transmisión de 115 KV de energía eléctrica para ser transportada a una subestación. En este proyecto se diseñó una de las veinte torres de transmisión de energía que componen el trazado de la red. La torre que se diseñó se encuentra ubicada en el kilómetro 1 vía Sogamoso-Tibasosa en un terreno totalmente plano sembrado con pastizales y habitado por animales bovinos. A unos 70 metros del punto de ubicación de la torre pasa la vía principal que comunica estos dos municipios, y a 300 metros se encuentra ubicado un conjunto de casas residenciales. La temperatura ambiente promedio se encuentra en 17 ºC. Los datos topográficos y meteorológicos del sitio de ubicación de la torre fueron suministrados por la empresa que se encargó de diseñar la línea. En la figura 2 se puede observar el trazado de la línea de transmisión de 115 KV. El tiempo de construcción de la línea es de aproximadamente un año contando el tiempo de diseño, construcción e instalación de las torres de transmisión.

Figura 2: Trazado de la línea de transmisión de 115 KV

Fuente: Archivo Fundiherrajes de Colombia Ltda., Fecha: 28 de mayo del 2011

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3.2. MARCO METODOLÓGICO

3.2.1. Método. Para el desarrollo del diseño de la torre de energía se utilizó el método cuantitativo ya que según Hugo Cerda lo cuantitativo en una investigación que se reduce a medir variables en función de una magnitud, extensión o cantidad determinada en indicadores numéricos de acuerdo con reglas, objetos o fenómenos. El diseño de la torre de 23 m se realizó un estudio descriptivo donde se desarrolló una investigación de diseños de torres ya elaborados, especificaciones técnicas y diseños previamente establecidos por las empresas Interconexiones eléctricas ISA, Codensa y Unión Fenosa. Con la información obtenida de la investigación descriptiva y del trabajo de campo se permite evaluar el resultado de los diferentes diseños teniendo en cuenta las características, factores, procedimientos y otras variables. Con base en esta información se podrá responder a las preguntas relacionadas. ¿Cómo es el diseño?, ¿Dónde se puede instalar?, ¿Qué materiales se utilizan?, ¿Cómo está construido?, ¿Cuánto vale?, ¿Cumple la reglamentación vigente? [15]

En el estudio se tomó el método comparativo, entre los diseños ya establecidos por las tres empresas de energía anteriormente mencionada y los requisitos establecidos en la norma TIA 222 G y el reglamento de instalaciones eléctricas Retie.

3.2.2. Metodología Los pasos que se siguieron para abordar cada uno de los objetivos junto a los medios empleados para recolectar la información además de los instrumentos utilizados se describen a continuación: Se investigaron diseños de torres de transmisión de energía existentes en el mercado siguiendo con la recolección de información actualizada en cuanto a legislación, reglamentación y requisitos de la empresa generadoras para el diseño de estas estructuras. Posteriormente se diseñó la torre de transmisión de energía de 23 m en el programa Risa Tower 5.4 verificando deformaciones y concentradores de esfuerzos teniendo en cuenta los requisitos y parámetros establecidos en sector eléctrico. Enseguida se elaboraron los planos de diseño, construcción e instalación de las torres de transmisión de energía generando simultáneamente un flujograma de procedimiento y lineamientos de diseño de las

________________ [15] CERDA, Hugo. Los elementos de la investigación, Buenos Aires: Búho, 1998, p.72.

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Torres de energía para su diseño y fabricación. Finalmente se elaboró el informe de resultados del proyecto y se redactaron las respectivas conclusiones y recomendaciones.

3.3. DESCRIPCION DE LAS HERRAMIENTAS

Dentro de las herramientas utilizadas en el diseño de torres se tuvo en cuenta el programa Risa Tower 5.4 el cual permite analizar y diseñar torres atirantadas y autoportantes de 3 y 4 lados. Este programa permite analizar la torre desde su comportamiento real analizando la estructural con fenómenos climáticos y cargas actuantes debidas a los accesorios y riendas que soportan la torre. El software calcula automáticamente los factores de comportamiento dinámico de la estructura permitiendo analizar cada uno de los elementos estructurales sometidos a cargas de viento, hielo y servicio. El programa a la vez permite abreviar los resultados mostrando graficas sencillas de analizar donde se exponen datos de interés permitiendo realizar una comparación rápida con la norma de diseño. Para el análisis de las torres se utilizó la Norma TIA-222G del año 2002 la cual fue creada para el diseño de torres de energía y telecomunicaciones. El software Risa Tower permite diseñar la torre teniendo en cuenta todos los factores y requisitos de servicio y seguridad presentes en dicha norma. El software solidworks 2010 se utilizó para la elaboración de los planos y modelando de la torre permitiendo resaltar detalles de fabricación, construcción y armado ya que por ser un programa CAD especializados en diseño mecánico permite parametrizar, ensamblar y analizar detalles constructivos que otro software no realizan. Este programa también define el modelo en tercera dimensión permitiendo observar la estructura de una manera más real.

3.4. DESCRIPCION DE LA POBLACIÓN.

La población objeto del presente proyecto está dirigida a toda las empresas de energía del país junto con las diferentes comunidades que lo habitan y que requieran del diseño e instalación de una torre para líneas de transmisión de energía. La unidad de muestreo para el presente proyecto está conformada por un modelo de torre de 23 metros para utilización de líneas de transmisión de 115 Kv donde se utilizaran cable ACSR 266,8 marca Partridge. El análisis de la torre se realizó para ser ubicada en Km 1 vía Sogamoso - Tibasosa, Boyacá. La Unidades de análisis está definida por las especificaciones técnicas y diseños previamente establecidos por las empresas Interconexiones eléctricas ISA, Codensa y Unión Fenosa, y la aplicación de la norma TIA 222G. Norma

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estructural para el diseño de antenas y torres además de la aplicación del Retie reglamento de instalaciones eléctricas de Colombia 2008.

3.5. DESARROLLO DE LOS INSTRUMENTOS

3.5.1. Parámetros para el diseño de la torre. Ubicación: Municipio de Tibasosa Temperatura promedio: 17 ºC Temperatura mínima: 10 ºC Velocidad del viento: 100 Km/h Velocidad de servicio viento: 94 Km/h Humedad relativa: 80 % Nivel ceráunico [Días tormentoso/Año] >100 Densidad relativa del aire: 0.885[16]

3.5.2. Características del conductor. Conductor tipo: ACSR 266.8 Kcmil, Partridge Calibre: 266,8 Kcmil Diámetro total: 16.29 mm Peso unitario: 547 Kg/Km Carga de rotura: 5120 Kg Capacidad de corriente: 458 Amperios Composición Aluminio/Acero 26/7 Módulo de elasticidad: 8358 Kgf/mm2

Capacidad de corto circuito: 20.3 KAmperios

3.5.3. Características de los aisladores. Longitud de la cadena de aisladores: 1.91 metros Material: Porcelana Altura del aislador: 14 cm Altura del aislador más herraje: 21 cm Cantidad de aisladores: 9 Diámetro del aislador: 25 cm Peso de un aislador: 5 Kg

3.5.4. Norma técnica a seguir. Norma: TIA 222-G Esta norma se utiliza para el diseño y construcción de torres de energía y telecomunicaciones. Se utilizó el Reglamento técnico de instalaciones eléctricas ________________ [16] Cfr. INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES, Informe meteorológico del mes de mayo del 2011, Bogotá: IDEAM, 2011, p.25.

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2008 (Retie) para cumplir a cabalidad con los parámetros establecidos por la comisión reguladora de energía y gas (Creg) en el diseño de estructuras en acero para transmisión de energía.

3.5.5. Software de diseño a utilizar. Software: Risa Tower V.5.4 Características del software: Nombre: Risa Tower Versión: V.5.4 Empresa fabricante: Risa Technologies Funciones: Cálculo estructural de torres de energía y

telecomunicaciones utilizando el método de elementos finitos.

3.5.6. Tipo y clasificación de torre. Las torres utilizadas en los procesos de transmisión de energía eléctrica de alta tensión son autosoportadas con patas reticuladas o celosía. La torre diseñada tiene una altura total de 23 metros la cual va a soportar tres líneas de alta tensión de 115 KV y un cable de guarda que se encuentra ubicado en la punta de la torre. Las tres líneas de 115 KV se encuentran ubicadas en brazos extensores de 2.5 metros de longitud que se despliegan a una altura de 15, 17 y 19 metros de altura. Para el diseño de la torre se tuvo en cuenta lo establecido en la norma TIA-222G. Esta norma fue diseñada para estandarizar y caracterizar el diseño, construcción y montaje de torres de energía y telecomunicaciones. El diseño de la torre de energía según el tipo de suelo donde se piensa construir se clasificó según la norma TIA-222G como una estructura de categoría de exposición tipo C. Las categorías de exposición se encuentran en dicha norma en el apéndice 2.6.5.

Tabla 1: Categorías de exposición según norma TIA-222G CATEGORIA

DE

EXPOSICIÓN

DESCRIPCIÓN

B

Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas u otros terrenos con numerosos obstáculos de tamaño mayor o igual al de una vivienda unifamiliar poco separados entre sí. El uso de esta exposición se deberá limitar a aquellas áreas en las cuales la estructura esté rodeada en todas direcciones por terreno representativo de la Exposición B en una distancia de al menos 2600 ft [800 m] o veinte veces la altura de la estructura, cualquiera sea el valor que resulte mayor.

C Terreno abierto con obstáculos dispersos de altura generalmente inferior a 30 ft [9.1 m]. Esta categoría incluye el campo abierto, los prados y las franjas costeras en las regiones de huracanes.

D

Franjas costeras planas y sin obstáculos expuestas a vientos provenientes de aguas abiertas (excluyendo las franjas costeras en las regiones de huracanes) en una distancia de al menos 1 milla [1.61 km]. Las franjas costeras de Exposición D incluyen los cursos de agua interiores, los lagos y las áreas costeras fuera de las regiones de huracanes. La exposición D se extiende tierra adentro en una distancia de 660 ft [200 m] o veinte veces la altura de la estructura, cualquiera sea el valor que resulte mayor. Las marismas, las salinas y otros terrenos similares se deberán considerar como Exposición D.

Fuente: Norma TIA-222G apéndice 2.6.5, Año 2002, p.18

22

La estructura se debe también clasificar según su altura, uso y ubicación teniendo en cuenta el factor de riesgo alto, medio y bajo de seguridad a personas o poblaciones que se encuentren en el sitio de ubicación de la torre. Según la norma TIA-222G la torre diseñada se clasifica como una estructura tipo II.

Tabla 2: Clasificación de las estructuras según su altura, uso y ubicación.

Fuente: Norma TIA-222G, Año 2002, p.50

El tipo de terreno y su ubicación geográfica se clasifican según la norma anteriormente nombrada como categorías topográficas. La torre de 23 metros de altura según los datos obtenidos en el estudio de diseño y trazado de la línea de transmisión de energía se ubica en un punto de categoría topográfica número 1. Esta categoría indica que no hay cambios bruscos en la topografía general donde se encuentra la torre. Las categorías topográficas se pueden encontrar en la norma TIA-222G apéndice 2.6.6.2.

Tabla 3: Categorías topográficas según norma TIA-222G CATEGORIA TOPOGRAFICA

DESCRIPCION

1 No hay cambios bruscos en la topografía general, por ejemplo terrenos llanos u ondulantes. No es necesario considerar el efecto acelerador del viento

2

Estructuras ubicadas en la cresta de una escarpa o cerca de la misma. Se deberá considerar que se produce un efecto acelerador del viento en todas las direcciones. Las estructuras ubicadas verticalmente en la mitad inferior de una escarpa u horizontalmente a una distancia mayor que 8 veces la altura de la escarpa a partir de su cresta podrá ser considerada como pertenecientes a la categoría topográfica 1.

3

Estructuras ubicadas en la mitad superior de una colina. Se deberá considerar que se produce un efecto acelerador del viento en todas las direcciones. Las estructuras ubicadas verticalmente en la mitad inferior de una colina podrán ser consideradas como pertenecientes a la categoría topográfica 1.

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Estructuras ubicadas en la mitad superior de una cuchilla. Se deberá considerar que se produce un efecto acelerador del viento en todas las direcciones. Las estructuras ubicadas verticalmente en la mitad inferior de una cuchilla podrán ser consideradas como pertenecientes a la categoría topográfica 1.

5 Los criterios para el efecto acelerador del viento se deberán basar en investigaciones específicas para el sitio de emplazamiento.

Fuente: Norma TIA-222G apéndice 2.6.6.2, Año 2002, p.19

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3.5.7. Factores de diseño para la torre de 23 metros

• Coeficiente de presión dinámica Kz: Se calculó el coeficiente de presión dinámica que depende del tipo de exposición que se halla determinado en la tabla 1.

Tabla 4: Coeficientes según la categoría de exposición

Fuente: Norma TIA-222G, año 2011, p.51

Al ingresar los valores tabulados en la tabla 4 en la fórmula del coeficiente de presión dinámica este dio un resultado de Kz= 1.193

• Factor topográfico Kzt: El efecto acelerador del viento se incluyó en los cálculos de las cargas de viento de diseño usando el factor de Kzt.

Tabla 5: Coeficiente de categoría topográfica

Fuente: Norma TIA-222G, Año 2002, p.51

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El sitio donde se va a instalar la torre se encuentra catalogado según la norma TIA-222G como categoría topográfica 1 y para las estructuras que se encuentren en esta categoría el valor de Kzt= 1

• Factor de ráfaga Gh: Para las estructuras de celosía auto soportadas cuya altura sea mayor o igual que 183 m el factor de ráfaga deberá ser igual a 1.00. Para las estructuras cuya altura sea menor o igual que 137 m el factor de ráfaga deberá ser igual a 0.85. Para las estructuras cuya altura esté comprendida entre 137 m y 183 m el factor de ráfaga se deberá determinar interpolando linealmente.

Factor de ráfaga para la torre de 23 m Gh= 0.85

3.5.8. Diseño de la torre utilizando Risa Tower v.5.4 La torre para transmisión de energía de 23 metros de altura se diseñó utilizando el software Risa Tower v.5.4 el cual nos permite calcular la carga de viento de diseño Fw que está compuesta por la fuerza de viento sobre la estructura Fst, la fuerza de viento sobre los accesorios Fa y la fuerza de viento sobre las riendas Fg. Adicionalmente el programa calcula el peso muerto de la estructura y la carga de las riendas junto a la presión dinámica que actúa sobre la estructura. Según la norma TIA-222G cuando la capa de hielo es menor de 6 milímetros en la estructura y accesorios esta se puede ignorar de manejarla como carga muerta o viva. Este espesor depende del sitio geográfico donde se ubique la torre.

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Teniendo en cuenta los datos meteorológicos y estadísticos del sitio de ubicación de la torre se tomó el valor del espesor de la capa de hielo como cero. Con el cálculo programado de las cargas que actúan sobre la torre, el programa procede a dar solución mostrando los valores de esfuerzo a flexión, cortante, deformaciones, rotaciones, momentos, compresión de la pierna, tensión de rienda, distribución de cargas, etc. Permitiendo realizar un análisis de resultados de manera fácil y entendible. El espectro de diseño del sitio donde se ubica la torre no se calculó debido a que no se va a diseñar la zapata o base donde se piensa anclar la estructura. El diseño de la zapata no entra en estudio para el desarrollo de este proyecto, por tal motivo se omitió el espectro de diseño. El motivo de no diseñar la cimentación donde se va a instalar la torre de 23 metros es porque la estructura se conecta con la cimentación por medio de pernos. De esta manera el programa permite diseñar la estructura desde la base hasta la parte superior de la misma sin diseñar los cimientos. Teniendo en cuenta la advertencia que la zapata o base de anclaje donde se va a instalar la estructura se encuentren bien diseñados y cumplan a cabalidad todos los requisitos establecidos en las normas sismo resistente. Para el caso de Colombia se debe tener en cuenta lo establecido en la NSR-10.

• Datos de entrada al programa Risa Tower v.5.4

� Torre de 4 caras con una altura total de 23000 mm medidos a partir de la base.

� La base de la torre se encuentra a una altura de 0 metros. � El ancho de cara de la parte superior de la torre es de 160 mm y 5000 mm

en la base. � Norma utilizada en el diseño TIA-222G.

Se aplican los siguientes criterios de diseño:

� Velocidad promedio del viento de 100 Km/h. � Clase de estructura II. � Categoría de exposición C. � Categoría topográfica I. � Altura de la cresta 23000 mm. � Deflexiones calculadas a una velocidad de viento de servicio de 94 Km/h. � Las conexiones entre los elementos son apernadas. � Los pernos utilizados son grado A325 galvanizados. � Presión del viento calculada en cada sección. � Factor de seguridad usado en la rienda 2 � Calcular carga de esfuerzos con riendas y accesorios � Tipo de rienda y montaje Square Corner.

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• Geometría secciones de la torre La estructura diseñada es una torre autosoportante de 4 caras de patas reticuladas. La altura total es de 23 metros de los cuales se dividieron en 7 secciones. La primera sección hace referencia a la punta de la torre la cual tiene una altura de 3 metros que se identifica en el programa como (T1). La segunda sección se conoce como cuerpo brazo de la rienda con una altura de 5 metros las cuales se identifican en el programa como (T2, T3, T4). La tercera sección es el cuerpo de la torre que tiene una altura de 6.9 metros y se identifica como (T5). La cuarta sección se llama diamante o base de la estructura y tiene una altura de 4 metros y se identifica como (T6). La última sección de la torre conocida con el nombre de pierna la cual es la encargada de soportar el peso de toda la estructura tiene una altura de 4.1 metros y se identifica en el programa como (T7). La torre a nivel del piso tiene un ancho de 5 metros y a medida que aumenta de altura disminuye hasta un ancho de cara en la punta de 0.16 metros. La torre se diseñó con perfiles angulares de diferentes longitudes de ala dependiendo del arriostramiento en cada punto de la torre. Los tipos de refuerzo utilizados en cada una de las secciones de la torre son los siguientes:

Figura 3: Diagonal UP y DOWN utilizadas en las secciones T1 y T2

Fuente: Manual Risa Tower V5.4. Risa Technologies, 2010, P.41

Figura 4: Diamante y Doble K utilizada en las secciones T3 y T4


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Figura 5: X-Brace y TX-Brace utilizada en la sección T5


Figura 6: Doble K1 Down utilizada en la seccion T6


Figura 7: Cranked K2 utilizada en la sección T7


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• Datos de entrada de la geometría en el programa Risa Tower.

Tabla 6: Datos de entrada de la geometría en el programa Risa Tower

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Datos de entrada de la rienda o cable de la línea de transmisión de energía en el programa Risa tower.

Tabla 7: Datos de entrada de la rienda en el programa Risa Tower

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• Datos de entrada de los aisladores ubicados en la torre.

Tabla 8: Datos de entrada de los accesorios de la torre en Risa Tower.

Nota: Se anexa el informe final generado por el programa, donde se encuentran muy bien especificados todos los valores de entrada de datos de la geometría, tanto de la estructura como de las riendas junto con todos los factores de seguridad y diseño. En la figura 8 y 9 se puede observar la geometría final de la torre.

Figura 8: Vista tridimensional de la torre de 23 metros

Fuente: Autores del proyecto, Agosto del 2011

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Figura 9: Geometría de la torre de transmisión de 23 metros de altura.

Fuente: Autores del proyecto, Septiembre del 2011

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3.6. RESULTADOS OBTENIDOS EN EL ANÁLISIS.

Los resultados obtenidos en el análisis estructural realizado a la torre de transmisión de energía de 23 metros de altura se pueden observar con detalle en el informe final generado por el programa Risa Tower v5.4 el cual se encuentra en los anexos del proyecto. En este informe se da detalle de los resultados estructurales de los elementos y secciones de mayor importancia para el posterior análisis.

• Combinaciones de Carga Para el análisis se realizaron las siguientes combinaciones de carga:

• Resultados obtenidos

Tabla 9: Resultados obtenidos en el análisis estructural en Risa Tower

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3.7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los resultados anteriormente descritos en este informe se pueden resumir brevemente en gráficas que el programa Risa Tower genera permitiendo el análisis con los datos y requisitos que exige la norma TIA-222G. Los requisitos exigidos por la norma TIA-222G para validar el diseño de una estructura de acero son los siguientes:

� No se debe superar una rotación de 4º grados respecto al eje vertical o cualquier eje horizontal de la estructura.

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� No se debe superar un desplazamiento igual a 3% de la altura de la estructura.

� Para estructuras en voladizo se tiene un desplazamiento horizontal igual a 1.5% de la longitud del voladizo. Esta longitud se calcula desde la punta del voladizo hasta su base.

• Análisis de deformación y torsión máxima.

Figura 10: Gráfica de deformación, inclinación y rotación de la torre.

Fuente: Programa Risa Tower V5.4, 2010

En la figura 10 se puede observar la gráfica de deformación, inclinación y rotación de la estructura teniendo en cuenta los máximos valores calculados de toda la estructura sometidos a análisis con las diferentes combinaciones de carga. La solución a esta gráfica se realizó con una velocidad del viento de servicio de 94 Km/h y aplicando las tensiones relativas a cada una de las riendas. Se puede observar en cada una de las gráficas que el programa calcula la deformación máxima por cada sección de la torre permitiendo el análisis rápido y sencillo de la estructura. Con la gráfica de la figura 10 se puede analizar si la estructura diseñada cumple con los requisitos de serviciabilidad exigidos en la norma TIA-222G. La deformación máxima permitida por la norma anteriormente nombrada es del 3 % de la altura total de la estructura. La estructura tiene una altura máxima de 23000 milímetros de los cuales la máxima deformación

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corresponde a 690 milímetros. Al analizar la gráfica se puede observar que la máxima deformación de la estructura diseñada es de 12.1 milímetros y se ubica a los 23 metros de altura. El ángulo de inclinación de la estructura cuando se obtiene la máxima deformación de la torre es de 0.035º grados con respecto al eje vertical. Los brazos donde se ubican y sostienen las riendas tienen una longitud de 2.5 metros desde la punta hasta la base del brazo y se encuentran ubicados a 15000, 17000 y 19000 milímetros. En la gráfica se puede observar que la deformación máxima en esos puntos es de 9.5 milímetros. Lo cual indica que cumple con lo establecido en la norma técnica de diseño de torres. La máxima deformación permitida es de 1.5 % de la longitud del voladizo que en este caso es igual a 37.5 milímetros. La rotación máxima de la estructura es de 0.008º grados con respecto a los ejes vertical u horizontal dependiendo de los elementos estructurales a analizar. Se puede observar en la gráfica que esta rotación se mantiene constante en la torre desde los 4100 hasta los 23000 milímetros. La norma a seguir exige una rotación máxima permitida de 4º grados con cualquiera de los ejes. Con los datos obtenidos se puede decir que la torre de 23 metros de altura cumple con los requisitos exigidos por la norma TIA-222G y que además se encuentra sobre diseñada con las cargas de viento, accesorios y riendas que va a soportar la estructura, debido a que los máximos valores de deformación y rotación se encuentran muy distanciados de los valores permitidos por la norma anteriormente nombrada.

• Análisis de compresión y tensión de la pierna.

Figura 11: Gráfica de compresión y tensión de la pierna.


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La figura 11 muestra la gráfica de resistencia a la compresión y tensión de la pierna de la torre. Se suele llamar pierna a todos los elementos o perfiles que se encuentren ubicados verticalmente pero que actúen como elementos estructurales principales. La gráfica que evalúa la resistencia a la compresión y tensión en KN de la pierna con respecto a la elevación de la torre muestra en negrilla la capacidad máxima de carga que puede soportar los perfiles seleccionados para que actúen como pierna con respecto a la capacidad real que la estructura va a soportar. La resistencia a la compresión y tensión real que va a soportar la estructura se muestra con líneas de color rojo y verde. La gráfica se encuentra dividida en dos secciones. La sección del centro o punto cero hacia la izquierda muestra el comportamiento de la estructura a tensión y del punto cero hacia la derecha muestra el comportamiento de la estructura a compresión. Se puede observar en la gráfica que las líneas en negrillas se encuentran muy distanciadas de las líneas de color rojo y verde. Por ello también se puede decir que la torre se encuentra sobre diseñada para la carga que esta va a soportar. El sobre diseño se debe al factor de seguridad que se manejó en la estructura el cual causo que se rigidizara aumentando la capacidad de carga de la misma. Como es de suponerse la parte de la estructura que debe soportar mayor carga a tensión y compresión es la base de la torre disminuyendo a medida que se eleva en altura. La carga máxima a tensión que puede soportar la torre en la base es de 340 KN y en la punta es de 180 KN comparando estos valores con los de la carga real que va a soportar la estructura, que son de 40 KN en la base y de 0 KN en la punta. La carga máxima a compresión que soporta la estructura es de 395 KN en la base y de 140 KN en la punta, que al ser comparados con el valor real de la estructura que es de 60 KN en la base y de 0 KN en la punta. Se puede también confirmar que el diseño de la estructura a tensión y compresión cumple con los parámetros anteriormente nombrados en la norma TIA-222G para su correcto funcionamiento. En las memorias de cálculo anexas a este proyecto se pueden observar todas las cargas a tensión y compresión de cada uno de los elementos que conforman la torre.

• Análisis de esfuerzo cortante y momento máximo. En la figura 12 se muestra la gráfica de cortante y momento contra la elevación o altura de la torre. La línea de color rojo muestra los valores correspondientes al eje X y la línea de color azul muestra los valores del eje Z.

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Figura 12: Gráfica de cortante y momento en X y Z


Como es correcto el máximo valor del cortante y momento se encuentra ubicado en la base de la torre y disminuye paulatinamente con la altura y reducción del área. El valor máximo de cortante se obtiene en el eje X con 48 KN mientras que el momento máximo se encuentra ubicado en el eje Z con 510 KN-m. El momento es máximo en el eje Z debido a que en la misma dirección del eje se montan las riendas para las cuales fue diseñada la torre. Entre mayor sea el vano de la torre el momento se incrementa debido al peso del cable.

• Análisis de distribución de esfuerzos. En la figura 13 se muestra la distribución de esfuerzos en la torre y se puede observar claramente que un 95 % de la estructura se encuentra de color azul. Lo cual indica que el porcentaje de carga que está soportando y para el cual se diseñó la estructura es inferior al 50 % de la carga total que la estructura podrá resistir. El 5 % restante se encuentra de color verde e indica que esas secciones se encuentran trabajando del 50 al 75% de su capacidad.

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El proceso de diseño es de tipo iterativo y depende directamente del cliente y el diseñador ya que ellos deben decidir qué tan segura quiere la estructura sabiendo que a mayor factor de seguridad mayor costo de la misma.

Figura 13: Gráfica distribución de esfuerzos en la torre.


El programa Risa Tower da la opción de optimizar la estructura reduciendo las secciones hasta el mínimo sin pasarse del 100 % de la capacidad máxima de carga de la estructura. No se utilizó esta opción del programa debido a que las empresas de energía del país piden un factor de seguridad de 2 o 3 en las estructuras de transporte de energía. Por tal motivo se dispuso que la estructura se exija solo el 50% de la capacidad de carga máxima de la torre.

• Lineamientos para diseño y fabricación de la torre de 23 metros. Se diseñó un flujograma con el propósito de estandarizar y generalizar la etapa de diseño y construcción de la estructura. Además se creó un formato que permite la entrada de datos y secuencialmente permite la verificación de cada una de las etapas de diseño. Esta información se puede ver con claridad en los anexos de este trabajo.

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Tabla 10: Flujograma realizado para el proceso de diseño.

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Fuente: Autores de proyecto, Septiembre del 2011

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4. CONCLUSIONES

4.1. La fabricación de las estructuras para torres de líneas de transmisión de 115 Kv están conformadas en secciones donde se tenga en cuenta el comportamiento de trabajo de la estructura. Para la torre en estudio se diseñó la pierna de la estructura con un ángulo de 101x101x6 milímetros calidad ASTM A-572 Gr 50 con el cual se disminuye la relación de peso-costo en un 70% en comparación con otros perfiles.

4.2. En el diseño de la torre de 23 metros se consideró las cargas de viento, accesorios y riendas con un alto factor de seguridad haciendo que la estructura se rigidizara aumentando la capacidad de carga de la misma. Analizando la distribución de las cargas de tensión se observa que la carga máxima a tensión que puede soportar la torre en la base es de 340 KN y en la punta es de 180 KN comparando estos valores con los de la carga real que trabaja la estructura, que son de 40 KN en la base y de 0 KN en la punta. Se puede decir que el diseño de la torre por tensión cumple con los parámetros requeridos para su funcionamiento.

4.3. El proceso de diseño es de tipo reiterativo y depende directamente de las

especificaciones técnicas dadas por las empresas de energía y el criterio del diseñador ya que ellos deben decidir qué tan segura quiere la estructura, sabiendo que a mayor factor de seguridad mayor costo de la misma. Con el programa Risa Tower da la opción de parametrizar la estructura reduciendo las secciones hasta el mínimo sin pasarse del 100 % de la capacidad máxima de carga de la estructura.

4.4. No se tuvo en cuenta el espesor de la capa de hielo en la estructura,

accesorios y riendas. Debido a que los datos estadísticos del lugar donde se va a ubicar la torre mostraron que no ha habido capas de hielo con un espesor superior a 6 milímetros en los últimos 50 años.

4.5. La altura máxima de la torre varía en un porcentaje aproximado al 1%

dependiendo de cómo se diseñen los perfiles de refuerzo en la geometría, para evitar el desperdicio de material en la fabricación de la estructura.

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5. RECOMENDACIONES

• Se recomienda a la universidad Santo Tomas de Tunja que aumente el tiempo de duración de la especialización en ingeniería de estructuras debido a que no se alcanzan a ver los módulos de profundización necesarios para ser competitivo en el ambiente laboral.

• Se debe aumentar el número de horas del módulo de estructuras metálicas debido a que es muy bajo y tan solo se logra observar lo básico. Sabiendo que la demanda en construcción de estructuras en acero aumenta rápidamente en el país.

• Es importante que en la especialización de ingeniería de estructuras se aumente el número de horas en el manejo y conocimiento de software de diseño para estructuras. Debido a que son las herramientas sistemáticas que ayudan a agilizar y comprobar este proceso.

• Se recomienda que en el diseño de torres de energía y telecomunicaciones se estandaricen la mayor cantidad de secciones que tengan el mismo ángulo para ayudar a reducir el tiempo de fabricación de toda la estructura debido al cambio de gramiles y de ubicación de las perforaciones.

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6. BIBLIOGRAFIA

CERDA, Hugo. Los elementos de la investigación, Buenos Aires: Búho, 1998, 239.p. FERNÁNDEZ Ricardo, Procesos de transmisión de energía, México DF: Mc Graw Hill, 1996, 876.p. HAMROCK. Bernard, Elementos de máquinas, México: Mc Graw Hill, 2000, 987.p. INSTITUTO AMERICANO NACIONAL DE ESTANDARIZACIÓN, TIA-222-G Norma estructural para antenas y estructuras que soporten antenas, New York: ANSI, 2002, 197.p. MCCORMAC. Jack, Diseño de estructuras en acero, México: Alfa omega, 2006, 704.p. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, Reglamento Colombiano de Construcciones Sismo resistentes NSR-10, Bogotá: Diario oficial Colombia, 2010. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA, CREG. Retie. Reglamento de instalaciones eléctricas, Bogotá: Cidet, 2008, 208.p. PÁEZ Roberto. Generación de energía eléctrica, México: Alfa omega, 2000, 508.p. RISA Technologies. Manual programa Risa Tower V5.4. USA, 2010, 242.p. ROBERT L. Mott. R. Resistencia de materiales aplicada Tercera edición, México: Prentice hall, 1996, 640.p.

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7. ANEXOS

ANEXO A: IMÁGENES DE LA TORRE DE 23 METROS DE ALTURA.

Figura 14: Vista isométrica de la torre de transmisión de energía

Fuente: Programa Solid Works 2010

Figura 15: Vista frontal de la torre de transmisión de energía


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Figura 16: Vista lateral de la torre de transmisión de energía


Figura 17: Vista superior de la torre de transmisión de energía


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ANEXO B: MEMORIAS DE CÁLCULO DEL DISEÑO DE LA TORRE

Se anexan las memorias de cálculo del diseño estructural de la torre de transmisión de energía en formato digital con el fin de colaborar con el medio ambiente al no imprimir este archivo que tiene un gran número de hojas y puede ser visto por medio magnético.

ANEXO C: FLUJO GRAMA DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS.

Se anexa el flujograma con los lineamientos y formatos establecidos para el diseño de estructuras metálicas. En formato digital con el fin de colaborar con el medio ambiente al no imprimir este archivo que puede ser visto por medio magnético.

ANEXO C: FLUJO GRAMA DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS.

Se anexan los planos en medio físico y magnético los cuales contienen toda la información necesaria para la construcción de la estructura.

proyecto torre 23 metros de altura

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