1. Universidad Fermín Toro
Vice – Rectorado Académico
Facultad de Ingeniería
Cabudare – Lara
DISEÑO DE UN SISTEMA PUESTA A TIERRA PARA LA ARTERIA VIAL
BIG DIG UBICADA EN BOSTON MASSACHUSETTS - USA
AUTORES:
Valmore Gutiérrez
Fátima Dos Santos
Zamir Tovar
Yineth Fernández
Prof. Ing. Juan Molina
SPAT
SAIA
Febrero – 2011
2. SISTEMA DE PROTECCION ELECTRICA A TIERRA DE LA ARTERIA VIAL BIG DIG
Tras la revolución del urbanismo, las ciudades más emblemáticas de los Estados Unidos
empezaron a convertirse en urbes, lo que trajo como consecuencia una población elevada. La
necesidad de desplazarse de un lugar a otro sobre la misma ciudad y la fuerte economía del país
trajo consigo la adquisición de vehículos automotores para un elevado porcentaje de la población
Bostoniana, la cual es las más poblada e importante cuidad de el estado de Massachusetts, lo
denominado comúnmente New England.
Uno de los principales problemas que tenia la ciudad de Boston para la década de los 80, era
su pesado tráfico vehicular, sobre todo la gran congestión en la I-93 la cual son las siglas de la
Interestatal 93, la cual es nada más y nada menos la avenida principal de la ciudad en ingles Central
Avenue, lo cual traía consigo contaminación ambiental (sónica), molestia para los conductores,
transeúntes, y vecinos en general, amenazas en la economía general de New England y falta de
aéreas verdes que se estaba perdiendo con la expansión urbana de la ciudad. Esto llevo a la tarea de
realizar una mega construcción subterránea, la cual pudiera combatir el tráfico ensanchado la
interestatal así como también dotar de más áreas verdes y sitios de recreación lo cual le diera una
mejor cara a la Ciudad de Boston.
Fue así como surgió el Big Dig, una obra estimada en su versión original en los 2600
millones de dólares pero al momento de su culminación se gasto alrededor de los 14000 millones de
dólares, dándole cabida a enterrar la antigua y muy congestionada I-93 por una autopista en su
mayoría enterrada de 12.4 Kilómetros de autopista, la cual estará constituida por 8 carriles y un
sistema de vigilancia por circuito cerrado para evitar el detenimiento del trafico, también cuenta con
sensores para lograr una rápida asistencia en caso de fuego y accidentes. Añadido a esto la arteria
vial cuenta con un sistema de ventilación de 7 estructuras y 150 ventiladores que acondicionan los
trayectos subterráneos.
El Big Dig está constituido por lo siguiente, una sección subterránea que cruza el canal Fort
Point por debajo, una sección que pasa por encima de la línea del metro de la ciudad, el túnel Ted
Williams que cruza la bahía lo cual da una ruta directa hacia el Logan Airport.
La majestuosa construcción se basa en 7500 toneladas de tubos de acero, colocados en
lugares específicos para darle cabida a la arteria vial, torres pre-fabricadas para los sectores aéreos y
los subacuáticos, para la trama subterránea se revistió las paredes con laminas de un acero resistente
que amortiguara en impacto de vehículos, si lograse ocurrir un accidente; de resto los materiales
comunes para construir carretera como la subba de asfalto el manto para evitar aquaplanning,
luminarias, entre otros.
3. INDICE DE RIESGO
El índice de riesgo es un factor estadístico que se determinaba en protección de la estructura
contra descargas atmosféricas, este nos determinara el grado de protección que tendría la misma.
Al momento de hacer un diseño de spat, se tiene que tomar en cuenta muchas variables, la
composición de las estructuras cercanas a la construcción a proteger así como también lo que se
requiere es por eso que se realiza lo siguiente:
IR = A + B + C + D + E +F +G
Dependiendo a los resultados del mismo se puede interpretar de la siguiente manera
• Si el índice de riesgo de encuentra entre 0 y 30 se requiere una protección opcional a la ya
predispuesta.
• Si el índice de riesgo se encuentra entre 31 y 60 se recomienda una protección para la
estructura.
• Si el índice de riesgo se sobrepasa el valor de 60 la protección de la estructura ya es
indispensable.
INDICE DE RIESGO “A”
USO AL QUE SE LE DESTINA LA ESTRUCTURA VALOR DEL
INDICE A
Casas y otras construcciones de tamaño similar. 2
Casas y otras construcciones de tamaño similar con antenas 4
exteriores.
Industrias, talleres y laboratorios. 6
Edificios de oficina, hoteles, edificios de apartamentos. 7
Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos,
salas de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de 8
correo, estaciones, aeropuertos y estadios.
Escuelas, hospitales, guarderías infantiles y orfanatos. 10
Porque se llega a la conclusión de esta variable ya que en ciertos sectores del Big Dig por
encima del mismo fueron construidas áreas verdes y de recreación, lo que es exactamente lugares de
reunión, los sectores los cuales no tienen áreas verdes, se encuentran o sumergidos o suspendidos y
no podrían ser considerado en ninguna de las otras categorías.
4. INDICE DE RIESGO “B”
TIPO DE CONSTRUCCION VALOR DEL
INDICE B
Estructura de acero con techo no metálico 1
Concreto forzado con techo no metálico 2
Ladrillo, concreto liso o albañilería, con techo no metálico con
material incombustible. 4
Estructura de acero o concreto armado con techo metálico.
5
Estructura de madera o con revestimiento de madera con techo no
metálico de material incombustible 7
Ladrillo, concreto liso, albañilería, estructura de madera con techo
metálico. 8
Cualquier construcción con techo de material combustible 10
El Big Dig está diseñado con 7500 tubos de acero, en los sectores subacuáticos y
subterráneos el techo del mismo está realizado con el manto de asfalto tanto de las áreas verdes,
como de las torres prefabricadas que sostiene el sector submarino, las parte que se encuentra
elevada no presenta ningún techo de ningún tipo ya que son puentes colgantes.
INDICE DE RIESGO “C”
CONTENIDO O TIPO DE INMUEBLE VALOR DEL
INDICE C
Inmuebles residenciales oficinas, industrias y talleres con contenido
de poco valor, no vulnerable al fuego. 2
Construcciones industriales o agrícolas que contienen material
vulnerable al fuego. 5
Plantas y subestaciones eléctricas y de gas, centrales telefónicas y
estaciones de radio y televisión. 6
Plantas industriales importantes, monumentos y edificios
históricos, museos, galerías de arte y construcciones que 8
contengan objetos de especial valor.
Escuelas, hospitales, guarderías y lugares de reunión. 10
El Big Dig es considerado tanto en Massachusetts como en Estados Unidos una
construcción de gran envergadura, tanto para el Department of Transportation Highway Division
(Departamento de Transporte Division de Autopistas), como para la infraestructura en general, por
el valor total de la inversión que fue de casi los 14000 millones de dólares, así como también por la
solución que le dio a la ciudad de Boston dándole una nueva cara, dotándola de áreas recreativas y
5. de una ciudad como menos tráfico automotor sobre sus principales avenidas.
INDICE DE RIESGO “D”
GRADO DE AISLAMIENTO VALOR DEL
INDICE D
Inmuebles localizados en un área de inmuebles o árboles de la
misma altura, en una gran ciudad o bosque. 2
Inmuebles localizados en un área con pocos inmuebles de la
misma altura. 5
Inmueble completamente aislado que excede al menos dos veces la
altura de las estructuras o árboles vecinos. 10
El mapa nos da una idea del porque de la escogencia de dicha categoría, ya que la mayoría
del Big Dig se encuentra subterráneo y algunas partes debajo del agua, mas sin embargo, algunas
partes se encuentra expuesta y como se encuentran en un área urbana, se descarta automáticamente
la zona aislada, y existen muy pocos inmuebles de la misma altura de el sector aéreo del Big Dig.
6. INDICE DE RIESGO “E”
TIPO DE TERRENO VALOR DEL
INDICE D
Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar. 2
Zona de colinas. 6
Zona montañosa entre 300 y 1000 m. 8
Zona montañosa por encima de 1000 m. 10
La altura oficial de Boston medida en el Aeropuerto Internacional Logan es de 5.8 metros
sobre el nivel del mar, el punto más alto es en Bellevue Hill el cual es de 101 metros, y el más bajo
se encuentra al nivel del mar.
INDICE DE RIESGO “F”
VALOR DEL
ALTURA DE LA ESTRUCTURA INDICE F
Hasta 9 m. 2
de 9 m a 15 m. 4
de 15 m a 18 m. 5
de 18 m a 24 m. 8
de 24 m a 30 m. 11
de 30 m a 38 m. 16
de 38 m a 46 m. 22
de 46 m a 53 m. 30
La mayoría del Big Dig se encuentra totalmente subterráneo, pero en algunos sectores
donde la arteria vial esta elevado tiene la altura estandarizada a 12 metros lo cual permite el libre
tránsito por debajo de esta vía.
7. INDICE DE RIESGO “G”
NUMERO DE DIAS DE TORMENTAS POR AÑO VALOR DEL
INDICE G
Hasta 3. 2
De 3 a 6. 5
De 6 a 9. 8
De 9 a 12. 11
De 12 a 15. 14
De 15 a 18. 17
De 18 a 21. 20
Más de 21. 21
El estado de Massachusetts no frecuenta muchas tormentas tropicales, por ser un estado
ubica al norte de los Estados Unidos a diferencia del estado de Louissiana el cual es uno de los más
afectados junto con Florida de la acometida de las tormentas, lo que si frecuenta, son tormentas de
nieve, pero estas no produces descargas atmosféricas.
SISTEMA PUESTA A TIERRA EN EL BIG DIG
Para diseñar el sistema puesta a tierra del Big Dig tenemos que tener en cuenta lo
siguiente, existen básicamente 3 sectores importantes de la construcción, el sector subterráneo, el
sector colgante o aereo, y el sector que va debajo del agua. Entonces para cada uno de ellos se
tienen condiciones diferentes de aterramiento. La condición que difiere en estos 3 sectores será
la tierra misma, porque del resto todo serán los mismos elementos.
Utilizaremos Barras de Distribución de Aterramiento con las siguientes especificaciones
10x4x1/4, las cuales se componen de una plancha perforada de cobre de 25 Cm x 10 Cm. Nuestra
línea de tierra estará compuestas por cables de acero inoxidable. Para las áreas subterráneas
utilizaremos cables de cobre recubiertos, es decir barras tipo copperweld SM 5/8” X 2.4M 250M.
La diferencia de los otros 2 sectores con respecto al subterráneo, es que en el sector aéreo
llevaremos a tierra los elementos uniendo la barra de distribución con la estructura metálica de las
bases del puente, y con respecto al sector subacuático llevaremos utilizaremos una barra enterrada o
8. sumergida que haga contacto directamente con el agua, ya que el agua salada es uno de los mejores
conductores de electricidad y nos servirá de sumidero.
Nuestra Barra de Distribución de Aterramiento o MGB, tanto para el sector subterráneo
como submarino, va instalado tras las paredes de los túneles dando un nivel de aislamiento de la
misma, y en qué consiste su instalación en utilizar todas las líneas de tierra que van a ser drenadas a
tierra, y colocarlas en las perforaciones de la barra y sellarlas con sujetadores del tipo de lengüeta de
dos pernos.
EQUIPOS DE TELECOMUNICACIONES A PROTEGER EN LA ESTRUCTURA
Esta mega construcción en lo que se refiere a sistemas de telecomunicaciones cuenta con
un circuito cerrado de vigilancia lo cual permite el constante monitoreo del tráfico para evitar
accidentes y embotellamientos, dicho circuito se encuentra en todo el Big Dig.
No es el único sistema electrónico ubicado en la estructura ya que en las áreas
subterráneas, se encuentran sensores para evitar incendios en los túneles así como también un
sistema de ventilación el cual acondiciona el área por la falta de oxigeno que pueda haber, por ser
una estructura subterránea y por la emisión constante de CO2 de los vehículos automotores, de resto
no cuenta con grandes emplazamientos de telecomunicaciones lo que significa que no amerita a
utilización de UPS o reguladores de voltaje.
9. FOTOS SATELITALES PARA LA UBICACIÓN DEL BIG DIG
Parte Submarina del Big Dig, esta denominada en la imagen Satelital como Massachusetts
Turnpike
10. El Big Dig esta representado por la Interestatal I – 93 como se puede evidenciar en la
imagen anterior.
11. La ubicación del Big Dig en las imágenes obtenidas por Google Earth, no indica que el
mismo es la carretera simbolizada por el 93, ya que es la interestatal I – 93.
12. SISTEMA DE DESCARGA ATMOSFERICA IMPLEMENTADA
Muy a pesar de que la ciudad de Boston no tiene una gran frecuencia de tormentas
eléctricas es muy importante proteger las infraestructuras contra estas, y de esto no escapa el Big
Dig.
Por ser la estructura una arteria vial, se implementara utilizar los postes de distribución de
energía como sistema de puesta a tierra para descargas atmosféricas en las partes que no tiene altura
pronunciada, considerando que si se lleva a tierra las descargas atmosféricas ocurridas en la
superficie del Big Dig no correrá ningún tipo de problema los sectores subterráneos.
Debe presentar una ruta directa a tierra, con el propósito de evitar la conformación de
pequeñas inductancias, que ante la presencia de altas corrientes o altas frecuencias, generen cargas
de retorno (flashover) y la corriente fluya atierra por otros caminos diferentes de la ruta diseñada. El
electrodo debe estar libre de pintura o grasa y la tierra compactada firmemente.
El diseño propuesto contempla utilizar los postes soportes de líneas de distribución en
tensiones desde 8,3 KV hasta 34,5 KV, como sistema de puesta a tierra. Para ello, se plantea
galvanizar por inmersión en caliente la base o parte inferior del poste, el cual deberá tener un
espesor mínimo de200 micras, con el fin de garantizar contacto eléctrico entre el suelo y el poste,
además de ofrecer una protección ante la corrosión.
En el sector aéreo se toma la previsión de llevar a tierra la base del postal para seguir con
su funcionamiento, es decir se lleva a la estructura metálica.
13. CONCLUSIONES DEL PROYECTO
Una de las grandes razones para el diseño de un sistema puesta a tierra en esta estructura
es por la gran inversión que se hizo para construirla así como también el valor que tiene para la
ciudad de Boston ya que es la mayor arteria vial subterránea de los EEUU.
Por ende amerita un gran cuidado y el spat es un pequeño aporte al mismo, ya que
construyendo sumideros de corriente se evita el daño de equipos eléctricos y electrónicos que
generen gastos extras así como también la perdida, daño y deterioro de estructuras del Big Dig, que
tendrían que ser sacados del tesoro municipal, los cuales podrían ser destinados a otros fines.
Se recomienda dejar canales para bajantes extras en las Barras MGB, ya que esto prevé la
escalabilidad en instalaciones eléctricas y electrónicas en la estructura, porque de existir ya tendrían
su correcto espacio para la puesta a tierra y no tendría que hacer nuevas instalaciones.
