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  1. 1. Estandarización de las cimentaciones de una subestación11. IntroducciónEn este primer apartado se pretende explicar y describir brevemente elescenario donde se va a desarrollar el proyecto, así como la motivaciónque ha dado lugar a su ejecución y el objetivo final con el que se hadiseñado.1.1. Subestaciones eléctricas y cimentacionesUna subestación es la parte de una red eléctrica encargada de dirigir ytransformar el flujo de la energía. De ella salen y a ella confluyen líneas deigual o diferente tensión. Está compuesta por una serie de equiposeléctricos que sirven para la explotación y protección de la subestación.Las funciones de la subestación son:- Explotación: La subestación tiene como meta el dirigir el flujo deenergía de una manera óptima, tanto desde el punto de vista depérdidas energéticas, como de la fiabilidad y seguridad en elservicio.- Interconexión: Se encarga de la interconexión de las diferenteslíneas que forman una red eléctrica, de igual o diferente tensión,así como también de la conexión de un generador a la red.- Seguridad: del sistema eléctrico, en caso de falta.Una subestación, queda formada básicamente por varios circuitoseléctricos o posiciones, conectadas a través de un sistema de barras
  2. 2. Estandarización de las cimentaciones de una subestación2conductoras. Cada circuito eléctrico está compuesto a su vez porinterruptores, transformadores y seccionadores.El interruptor es el aparato de desconexión que puede asegurar la “puestaen servicio” o “puesta fuera de servicio” de un circuito eléctrico y que,simultáneamente, está capacitado para garantizar la protección de lainstalación en que han sido montados contra los efectos de las corrientesde cortocircuito. Dichos aparatos deben ser capaces de cortar laintensidad máxima de corriente de cortocircuito. Por tanto. Su eleccióndepende principalmente de la potencia de cortocircuito.Los transformadores, de intensidad y tensión, dan la informaciónnecesaria al circuito de medida, para poder detectar la falta y actuar sobreella. Los equipos de protección necesitan de estos datos para poder actuareficazmente.Por último, los seccionadores son equipos capaces de aislareléctricamente los diferentes elementos, componentes o tramos de unainstalación o circuito, con el fin de realizar labores de mantenimiento conla seguridad adecuada. También son utilizados como selectores de barraso como “by-pass” para aislar a algún equipo fuera de servicio. Losseccionadores sólo pueden ser utilizados fuera de carga.Paralelamente a estos equipos, existen también las autoválvulas, equiposde protección que se disponen previamente a otros aparatos con el fin deprotegerlos en caso de falta en la red.
  3. 3. Estandarización de las cimentaciones de una subestación3Los embarrados son el conjunto de cables o tubos conductores de laenergía eléctrica al que se conectan todos los circuitos, sirviendo depasillo de unión entre todos ellos. La configuración de estas barras puedeser de diferentes maneras, dependiendo del nivel de tensión, la finalidadde la subestación, la fiabilidad necesaria o incluso las costumbres enciertos países. Las configuraciones más típicas son: simple barra, doblebarra, triple barra, interruptor y medio y anillo.Las subestaciones se pueden clasificar según la función que desempeñanen la red eléctrica como:- Subestaciones de generación, cuyo cometido es conectar eincorporar a la red la energía producida por los diferentes centrosde generación de un país (térmicos, hidráulicos, eólicos, etc.)Estas subestaciones suelen tener que elevar el nivel de tensión dela energía, desde los valores de generación a los valores detransporte.- Subestaciones de transporte de la energía, desde su punto degeneración hasta las áreas de consumo. Actúan de interconexiónentre un número variable de líneas de la red.- Subestaciones de distribución, que conectan las líneas detransporte con las ramas de distribución de la energía, a menornivel de tensión, para su transporte local y distribución.Atendiendo a las soluciones constructivas de la subestación, se puedendividir en:- Subestaciones de intemperie, donde la aparamenta eléctrica y losembarrados están situados a la intemperie, enclavados sobre el
  4. 4. Estandarización de las cimentaciones de una subestación4terreno a través de estructuras metálicas o de hormigón y suscimentaciones.- Subestaciones de interior, donde el conjunto de la subestación seubica en edificaciones, utilizándose sistemas de construcciónconvencionales o prefabricados. Estos sistemas obedecen acriterios ambientales o de emplazamiento.Dependiendo del tipo de aparamenta utilizada, se puede realizar otraclasificación:- Subestación convencional, que monta los componentes discretosconvencionales conectados entre sí mediante conexiones realizadasin situ. Pueden realizarse en intemperie o interior.- Subestaciones blindadas, que utilizan los componentes integradosy montados en fábrica, protegidos mediante pantallas metálicas yaisladas generalmente mediante gas (SF6). Pueden realizarse enintemperie o interior.Las cimentaciones son la parte estructural de la subestación encargada detransmitir las cargas de la estructura al terreno. Dependen de las cargassoportadas y del tipo de terreno donde se asientan.Existen dos tipos básicos de cimentaciones: superficial y profunda.Asimismo, hay algunas variaciones de cada tipo.Las cimentaciones superficiales constan de zapatas (llamadas zarpas enalgunos países), aisladas, corridas y ligadas.
  5. 5. Estandarización de las cimentaciones de una subestación5Las cimentaciones profundas constan de cajones perforados y muchasvariedades de pilotes de concreto hincables o colados en su sitio.Las zapatas pueden ser, a su vez:• Cuadradas: ancho y largo de la cimentación tienen la mismalongitud. La profundidad es variable. Es la zapata más utilizada enconstrucciones de subestaciones intemperie.• Rectangulares: utilizadas en el caso de que no sea posibleimplementar una zapata cuadrada o en diseños específicos quedemuestren su eficacia en un caso particular.• Piramidales: son zapatas cuadradas o rectangulares cuyaparte superior se estrecha, en forma de pirámide. Por su geometríaevita que se acumulen balsas de agua en su superficie.• Zapatas aisladas: es aquella sobre la que descansa o recae un solopilar, encargada de transmitir a través de su superficie de cimentaciónlas cargas al terreno.• Zapatas corridas: pueden ser bajo muros, pilares, etc. Soncimentaciones de gran longitud en comparación con su seccióntransversal.• Zapatas ligadas: varias zapatas unidas entre sí.Por tanto, puesto que la finalidad del proyecto es la estandarización de lascimentaciones de una subestación, solamente se van a consideraraquellas que precisen de una estructura para soportar su aparamenta y desus respectivas cimentaciones.
  6. 6. Estandarización de las cimentaciones de una subestación6En lo referente a los tipos cimentaciones de las estructuras sobre las quese apoyan la aparamenta de una subestación, suelen ser zapatascuadradas o rectangulares aisladas, de hormigón armado, cuyascaracterísticas dependerán de la norma de construcción que se aplique.Para el transformador de potencia de la subestación, en el caso de unasubestación transformadora, la cimentación usada es la bancada, debido alas dimensiones y peso de dicho aparato.Las cargas que deberán soportar estas cimentaciones, serán solamenteaquellas que aparezcan en una subestación, debidas generalmente a lascondiciones climatológicas del lugar y características eléctricas de lasubestación.1.2. Motivación del proyecto.En este apartado se va a explicar el proceso de elaboración de una ofertade una subestación llave en mano, proyecto dirigido íntegramente por laempresa y que se entrega al cliente preparada para su puesta en servicio.El esquema de funcionamiento se puede sintetizar en los siguientespuntos:- El cliente envía unas especificaciones técnicas o pliegos en los quedefinen el alcance del proyecto y las condiciones necesarias paraque se le adjudique el proyecto de la subestación.- Socoin realiza una petición de oferta de los distintos equipos queforman la subestación a los suministradores que tiene.
  7. 7. Estandarización de las cimentaciones de una subestación7- Los distintos fabricantes envían a Socoin la correspondiente ofertacon los equipos que habían sido pedidos.- Socoin elabora una oferta técnica y económica final basándose enlos precios obtenidos por los fabricantes y en la estimación deotros gastos: estructuras, cimentaciones, gastos financieros, etc.En el competitivo mundo de las empresas dedicadas al diseño desubestaciones, la estandarización de los diseños es una herramienta muyimportante para reducir el tiempo y por tanto el coste del diseño.Esta necesidad se hace más importante cuando se trata de valorar unasubestación. El cliente espera obtener rápidamente el precio de lasubestación, proporcionando un conjunto muy pequeño de datos.Las empresas suelen estimar las necesidades del cliente y adecuarlas alos diseños que realizan normalmente, aplicando en ellas equipos deempresas con los que tienen acuerdos.Estos estudios consumen mucho tiempo y recursos, por lo que se hacenecesario un procedimiento rápido para poder valorar las subestaciones.La estandarización de las cimentaciones necesarias en la construcción deuna subestación intemperie, intenta aliviar los problemas con los que seencuentra una empresa a la hora de estimar el coste económico de lasmismas en la realización de una oferta.
  8. 8. Estandarización de las cimentaciones de una subestación81.3. Metodología y objetivo del proyecto.Como ya se ha comentado, el objetivo del proyecto es la estandarización delas cimentaciones existentes en una subestación. Para llevar a cabo esteobjetivo el proyecto se ha dividido en varias partes:- La primera parte estará destinada al análisis de las subestacioneseléctricas, con el fin de establecer que subestaciones interesanpara el estudio en este proyecto y cual será su configuración, en lamedida en que ésta afecte al diseño de las cimentaciones.- En la segunda parte se darán a conocer las cargas que puedenaparecer en las estructuras de una subestación y con queintensidad afectan a las estructuras. Dentro de este apartado sepretende crear unos escenarios tipo, que representen una ampliagama de casos reales.- El tercer apartado se dedicará al estudio de los tipos decimentaciones que existen y a la elección de los más convenientespara nuestro proyecto.- En este punto se realizarán los diseños estándar de detalle paracada cimentación necesaria.- Por último se realizará un breve estudio económico del proyecto.
  9. 9. Estandarización de las cimentaciones de una subestación92. Análisis de Subestaciones eléctricas. Elección de lasubestación tipoLas subestaciones a las que vamos a referir son aquellas que, por tener lanecesidad de utilizar diferentes cimentaciones, interesan para eldesarrollo del proyecto. Este tipo de subestación será la subestaciónconvencional intemperie, desechando las construcciones en interior y lassubestaciones fabricadas a base de celdas blindadas, que no precisan decimentación.2.1. Características generales de una subestación2.1.1. Tensión nominalLa tensión nominal de cada uno de los sistemas debe ser un dato aportadopor el cliente.Las tensiones nominales en diferentes países y la tensión máxima para elmaterial, según CEI, se muestran en la Tabla 1.Tensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kVEuropaEuropaEuropaEuropa AméricaAméricaAméricaAméricaTensión máximaTensión máximaTensión máximaTensión máximapara el material kVpara el material kVpara el material kVpara el material kV45 - 5266 69 72.5110 115 123132 138 145150 161 170220 230 245Tabla 1.Tensión máxima para el material según la CEI
  10. 10. Estandarización de las cimentaciones de una subestación10Como los elementos se diseñan para la tensión máxima del material, esindistinto para el diseño que la tensión nominal adopte niveles europeos oamericanos.En este proyecto sólo se van a estudiar los casos en los que el nivel detensión nominal sea de 230, 132 y 66 kV ó, lo que es lo mismo, cuyosniveles de tensión máxima para el material sean de 245, 145 y 72.5 kV.2.1.2. Intensidad nominalLa intensidad nominal fija los esfuerzos térmicos que debe soportar unainstalación eléctrica, en las condiciones de operación más desfavorables.Sirve para determinar la sección de los embarrados y las característicasde conducción de corriente de los interruptores, seccionadores,transformadores de medida, etc.La intensidad nominal con la que se determinará la subestación deberíaser un dato suministrado por el cliente. En caso de no disponer de ningúndato al respecto se tomarán los datos de laTabla 2, que representan un caso desfavorable, con intensidadesligeramente superiores a los niveles esperados.245 kV245 kV245 kV245 kV 132 kV132 kV132 kV132 kV 66 kV66 kV66 kV66 kVIntensidad nominal porIntensidad nominal porIntensidad nominal porIntensidad nominal porcircuitocircuitocircuitocircuito4000 A 2000 A 1250 ATablaTablaTablaTabla 2222.... Intensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuito....
  11. 11. Estandarización de las cimentaciones de una subestación112.1.3. Intensidad de cortocircuitoLa intensidad de cortocircuito determina los esfuerzos electrodinámicosmáximos que pueden sufrir los embarrados y los tramos de conexión,siendo también un parámetro importante para el diseño de la red detierra.En caso de tener datos los cálculos de las intensidades de cortocircuito sedeberían determinar. En este caso se tomarán las intensidades de laTabla 3 como intensidades de cortocircuito, proporcionadas por el manualde UNION FENOSA: Normalización del Diseño de SubestacionesConvencionales, siendo un máximo razonable para los niveles de tensiónen los que trabajamos.245 kV245 kV245 kV245 kV 132 kV132 kV132 kV132 kV 66 kV66 kV66 kV66 kVIntensidad deIntensidad deIntensidad deIntensidad decortocircuitocortocircuitocortocircuitocortocircuito32 kA 25.5 kA 25.5 kATablaTablaTablaTabla 3333.... Intensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuito....2.1.4. Nivel y distancias de aislamientoEl nivel de aislamiento de una subestación se fija en función de la tensiónnominal de operación, de las normas correspondientes y de los niveles desobretensiones existentes en el sistema. Se conoce como Nivel Básico deAislamiento o B.I.L.A continuación, en la Tabla 4 se enumeran los niveles de aislamientoestandarizados para las distintas tensiones de estudio del proyecto.
  12. 12. Estandarización de las cimentaciones de una subestación12Tensión mas elevada paraTensión mas elevada paraTensión mas elevada paraTensión mas elevada parael materialel materialel materialel materialkVkVkVkVB.I.L.B.I.L.B.I.L.B.I.L.kVkVkVkV245245245245 1050145145145145 65072.572.572.572.5 325TablaTablaTablaTabla 4444. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material....Las distancias de aislamiento para un parque dependen de los niveles detensión:- 220 kV: A partir de los 1050 kV cresta, para el valor de la tensiónsoportada frente a impulsos tipo rayo en 245 kV, y aplicandoR.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimasen el aire son:• Distancia mínima fase tierra: 2100mm• Distancia mínima fase-fase: 2100mmPor cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a estacantidad 26.5 mm.- 132 kV: A partir de los 650 kV cresta, para el valor de la tensiónsoportada frente a impulsos tipo rayo en 145 kV, y aplicandoR.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimasen el aire son:• Distancia mínima fase tierra: 1300mm• Distancia mínima fase-fase: 1300mm
  13. 13. Estandarización de las cimentaciones de una subestación13Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a estacantidad 16.5 mm.- 66 kV: A partir de los 325 kV cresta, para el valor de la tensiónsoportada frente a impulsos tipo rayo en 72.5 kV, y aplicandoR.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimasen el aire son:• Distancia mínima fase tierra: 630mm• Distancia mínima fase-fase: 630mmPor cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a estacantidad 8 mm.Las distancias fase-fase y fase-tierra de laTabla 5, que se han tomado como estándar, superan las distanciasmínimas reglamentadas para cada nivel de tensión.230 kV230 kV230 kV230 kV 132 kV132 kV132 kV132 kV 66 kV66 kV66 kV66 kVDistancia fase-faseDistancia fase-faseDistancia fase-faseDistancia fase-fase 4000 mm 3000 mm 1500 mmDistancia fase-tierraDistancia fase-tierraDistancia fase-tierraDistancia fase-tierra 4000 mm 3000 mm 1500 mmTablaTablaTablaTabla 5555. Distancias de seguridad. Distancias de seguridad. Distancias de seguridad. Distancias de seguridad
  14. 14. Estandarización de las cimentaciones de una subestación142.1.5. Configuración de los embarradosEl diseño de una subestación eléctrica consiste esencialmente en ladistribución de un cierto número de componentes (transformadores depotencia, transformadores de medida, interruptores, seccionadores, etc.),de acuerdo con las funciones a desarrollar y con ciertas reglas de espacioa respetar, respetando también el diagrama unifilar y el sistema de barrasdel sistema.Una subestación eléctrica está básicamente compuesta de un númerodeterminado de circuitos similares, compuestos por un conjunto deaparatos: seccionadores, interruptores, transformadores, etc.; conectadostodos ellos a un sistema de barras colectoras común sometidas a unamisma tensión.Las configuraciones posibles para una subestación son múltiples:- Simple Barra SBSBSBSB- Barra Partida BPBPBPBP- Doble Barra DBDBDBDB- Triple Barra TBTBTBTB- Anillo ANPara la ejecución de este proyecto se ha determinado, basándose en unaestadística de proyectos realizados por la empresa en los últimos añospara diversos países y atendiendo a las necesidades del departamento,que la configuración de las barras sea la que se representa en laTabla 6.
  15. 15. Estandarización de las cimentaciones de una subestación15Configuración delConfiguración delConfiguración delConfiguración delembarradoembarradoembarradoembarrado230 kV230 kV230 kV230 kV DB132 kV132 kV132 kV132 kV DB66 kV66 kV66 kV66 kV SBTablaTablaTablaTabla 6666 Embarrados.Embarrados.Embarrados.Embarrados.2.2. Diseño de la subestación tipoAdemás de las características generales descritas anteriormente, tambiénes necesario considerar la aparamenta que interviene en la construcciónde las subestaciones para poder realizar los cálculos. Para ello se ejecutóun estudio del aparellaje utilizado en distintos proyectos de subestacionesconvencionales de intemperie realizados en los últimos años porSoluziona/Socoin.Con la estandarización de la configuración de la subestación y de laaparamenta empleada, las subestaciones tipo para las que se realizaránlos diseños quedan determinadas de la siguiente manera.
  16. 16. Estandarización de las cimentaciones de una subestación162.2.1. Subestación convencional intemperie de 230 kV230 kV230 kV230 kV230 kVEmbarradoEmbarradoEmbarradoEmbarrado Doble BarraIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominal 4000 AIntensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc. 32 kADistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fases 4000 mmTubosTubosTubosTubos 150/134 AlSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador Pantógrafo SP-245/4000 MesaSeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador Giratorio SG3CT-245/4000 MesaInterruptorInterruptorInterruptorInterruptor 3AP1-F1 245 SiemensAutoválvulaAutoválvulaAutoválvulaAutoválvula 3EQ1 SiemensTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde intensidadde intensidadde intensidadde intensidadCA-245 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivoUTF-245 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivoDFK-245 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde potenciade potenciade potenciade potenciaConstrucción bajo pedidoTablaTablaTablaTabla 7777. Subestación tipo 230 kV. Subestación tipo 230 kV. Subestación tipo 230 kV. Subestación tipo 230 kVLos detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración seencuentran recogidos dentro del apartado de cálculos
  17. 17. Estandarización de las cimentaciones de una subestación172.2.2. Subestación convencional intemperie de 132 kV132 kV132 kV132 kV132 kVEmbarradoEmbarradoEmbarradoEmbarrado Doble BarraIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominal 2000 AIntensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc. 25.5 kADistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fases 3000 mmTubosTubosTubosTubos 100/94 AlSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador Pantógrafo SP-132/2000 MesaSeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador Giratorio SG3CT-145/2000 MesaInterruptorInterruptorInterruptorInterruptor LTB-D 170kV ABBAutoválvulaAutoválvulaAutoválvulaAutoválvula 3EP4 SiemensTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde intensidadde intensidadde intensidadde intensidadCA-145 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivoUTE-145 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivoDBD-145 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde potenciade potenciade potenciade potenciaConstrucción bajo pedidoTablaTablaTablaTabla 8888. Subestación tipo 132kV. Subestación tipo 132kV. Subestación tipo 132kV. Subestación tipo 132kVLos detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración seencuentran recogidos dentro del apartado de cálculos
  18. 18. Estandarización de las cimentaciones de una subestación182.2.3. Subestación convencional intemperie de 66 kV66 kV66 kV66 kV66 kVEmbarradoEmbarradoEmbarradoEmbarrado Simple BarraIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominalIntensidad nominal 1250 AIntensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc.Intensidad cc. 25.5 kADistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fasesDistancia entre fases 1500 mmTubosTubosTubosTubos 80/77 AlSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador PantógrafoSeccionador Pantógrafo N/ASeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador GiratorioSeccionador Giratorio SG3CT-72/1250 MesaInterruptorInterruptorInterruptorInterruptor EDF-SK36 84kV ABBAutoválvulaAutoválvulaAutoválvulaAutoválvula 3EP4 SiemensTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde intensidadde intensidadde intensidadde intensidadCA-72 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivode tensión inductivoUTC-72 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivode tensión capacitivoDBD-72 ArtecheTransformadorTransformadorTransformadorTransformadorde potenciade potenciade potenciade potenciaConstrucción bajo pedidoTablaTablaTablaTabla 9999. Subestación tipo 66 kV. Subestación tipo 66 kV. Subestación tipo 66 kV. Subestación tipo 66 kVLos detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración seencuentran recogidos dentro del apartado de cálculosEn este caso, y debido a la configuración de barras no es necesaria lautilización de seccionadores pantógrafos, por lo que se han eliminado deldiseño.
  19. 19. Estandarización de las cimentaciones de una subestación193. Estudio de las cargas aplicables.3.1. IntroducciónEste proyecto tiene como finalidad estudiar y estandarizar lascimentaciones de las estructuras cuya finalidad no es crear espacioscubiertos; son en general estructuras de soportes (aparatos eléctricos),pero de todos modos deben resultar armoniosas, livianas y económicas,virtudes que se exigen hoy a cualquier obra.Una construcción es la materialización de una idea, donde conjuganvariedad de formas y materiales, para obtener la prestación requerida conlos mínimos costos, desafío permanente del proyectista.Las construcciones de interés para este proyecto están sólo formadas porelementos estructurales, que se han desarrollado en el siglo XX, enparalelo con el surgimiento de los materiales que revolucionaron laindustria de la construcción y el desarrollo de la electrotecnia.Una estructura y su cimentación son la manera de conseguir la máximaresistencia con el mínimo material, mediante la utilización más apropiadade las formas y los materiales. No consiste en hacer algo más fuerteagregando más masa y volumen, sino utilizando menos materiales de lamanera más apropiada, consiguiendo así la resistencia necesaria.
  20. 20. Estandarización de las cimentaciones de una subestación20En este apartado se van a estudiar las posibles cargas que se puedenproducir en una estructura soporte de una subestación. Estas cargasinfluyen notablemente en el diseño de las cimentaciones.Las cargas pueden ser producidas por factores climatológicos, así queestas cargas pueden variar de un emplazamiento a otro, precisando dediferentes diseños para cada subestación.Estos esfuerzos también pueden ser producidos por las corrienteseléctricas, en el caso de un cortocircuito por ejemplo, dependiendo en talcaso de las características eléctricas de la subestación. Por tanto, tambiéndeben de variar los diseños de cimentaciones en subestaciones condiferentes configuraciones eléctricas.3.2. Las cargasLa concepción y el desarrollo de una estructura se debe hacer con elconocimiento y sensibilidad de los efectos que producen las variadascargas y fuerzas que actúan sobre estas futuras construcciones.El equívoco en la valoración real de las fuerzas posee un alto costo: elderrumbe, el caos, las roturas, que ocurren cuando la estimación es endefecto (inferior a las fuerzas que actuarán en el transcurso de los añossobre la obra construida).
  21. 21. Estandarización de las cimentaciones de una subestación21Lo opuesto, mucho más generalizado, es cuando se construyen obras conexagerados coeficientes de seguridad, y aparecen construcciones pesadas,poco económicas.Un buen estudio de cargas es aquel donde los valores determinados en laetapa de cálculo coinciden con los que se presentan en la realidad. Y dichoestudio deberá considerar la evolución futura de la obra, atento a lasposibles necesidades de ampliación, implícitas en algunos casos.La tarea de determinar las cargas es compleja por la variedad. Una solacomo ejemplo de caprichoso comportamiento, el viento. Lograr una cifraexacta de la magnitud de la presión que ejerce el viento en un instantedado de toda una vida útil de la construcción es imposible.Las cargas variables con el tiempo (viento, sobrecargas, nieve, etc.) seobtienen de normas y códigos que las establecen en cada país y región, yque corresponden a datos y experiencias recogidas en el lugar durantelargos períodos de tiempos.Las cargas permanentes suelen ser más fáciles de determinar,generalmente suelen corresponder a pesos, etc.Fuerzas características de las instalaciones eléctricas son las originadases esfuerzos electrodinámicos, que tienen la particularidad de seroscilatorias.Las cimentaciones tienen la finalidad de transmitir las cargas de laestructura al terreno. Se deben diseñar en función de éstas y del tipo de
  22. 22. Estandarización de las cimentaciones de una subestación22terreno. No puede haber un buen diseño de cimentaciones si previamenteno ha habido un buen estudio de las cargas soportadas.3.3. Tipos de cargasComo se ha comentado anteriormente, el estudio de las cargas es unfactor importante en el diseño de una cimentación. Existen diversasfuerzas en una subestación, de las cuales hay que determinar cuales sonsignificativas y cuales pueden ser despreciadas en los cálculos.3.3.1. Cargas debidas al vientoLa presión ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de lavelocidad y debe ser calculada, principalmente, en las superficiesexpuestas de una estructura.Debido a la rugosidad de la tierra, la velocidad del viento es variable ypresenta turbulencias. Sin embargo, se asume que la edificación adoptauna posición deformada debido a una velocidad constante y que vibra apartir de esta posición debido a la turbulencia.El procedimiento analítico para evaluar los efectos producidos por lafuerza del viento involucra el análisis simple, si los efectos producidos porla fuerza del viento no son fundamentales en el diseño, o el análisiscompleto, si por el contrario, las fuerzas de viento en algún sentidoresultan determinantes en el diseño. Estas cargas dependen de laubicación de la estructura, de su altura, del área expuesta y de la posición.
  23. 23. Estandarización de las cimentaciones de una subestación23En la RCE, Reglamento de Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centrosde Transformación, se especifica el cálculo de estas presiones de acuerdoa las características de la estructura. En general ni se especifican normasde diseño para el efecto de huracanes o tornados, debido a que seconsidera incosteable el diseño contra estos efectos.Cuando las estructuras impiden el flujo del viento, la energía cinética deéste reconvierte en energía potencial de presión, lo que causa la carga deviento.El efecto del viento sobre una estructura depende de la densidad yvelocidad del aire, del ángulo de incidencia del viento, de la forma y de larigidez de la estructura y de la rugosidad de su superficie.El viento es uno de los factores comunes en todos los diseños deestructuras y cimentaciones en una estación eléctrica. Los valores develocidad y presión del viento sobre las estructuras dependen del lugar yde la forma de la estructura respectivamente y suelen venir determinadospor los reglamentos de cada país.Según el RAT, Reglamento de Líneas de Alta Tensión, se considerará unviento de 120 kilómetros por hora de velocidad. Se supondrá el vientohorizontal actuando perpendicularmente a las superficies sobre las queincide.La acción de este viento da lugar a las presiones que a continuación seindican, sobre los distintos elementos:
  24. 24. Estandarización de las cimentaciones de una subestación24- Sobre conductores y cables de tierra de un diámetro superior a16mm…...........................................................................................60Kg/m2- Sobre conductores y cables de tierra de un diámetro inferior oigual a16mm…...........................................................................................50Kg/m2- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2Las presiones anteriormente indicadas se considerarán aplicadas sobrelas proyecciones de las superficies reales en un plano normal a ladirección del viento.Estos valores son válidos hasta una altura de 40m sobre el terrenocircundante, debiendo para mayores alturas adoptarse otros valoresdebidamente justificados.No se tendrá en cuenta el efecto de pantalla entre conductores ni aún enel caso de haces de conductores de fase.3.3.2. Cargas debidas al pesoLas cargas provocadas por el peso son cargas permanentes, es decir,siempre están presentes y siempre en la misma medida. Son fáciles dedeterminar, puesto que sólo dependen de las características de laestructura y del elemento soportado.
  25. 25. Estandarización de las cimentaciones de una subestación25Estas cargas están provocadas por dos motivos:- Peso del elemento soportado: en este caso se refiere al peso delaparato eléctrico. Es un dato que debe de ser proporcionado por elfabricante o que se puede medir con relativa facilidad.- Peso propio de la estructura: es el esfuerzo causado por el pesode la masa que forma la propia estructura. Es inevitable einvariable. Depende del diseño de la estructura. Se calculafácilmente a partir de la densidad del material con el que serealizan las estructuras y el volumen de estructura que ha salidodel diseño.3.3.3. Cargas motivadas por el hieloEstas cargas son sobrecargas de peso producidas por la acumulación dehielo o nieve en la superficie de los aparatos y cables, con el consiguienteaumento de masa y, por tanto, de peso.A este respecto el RAT especifica: A estos efectos el país se clasifica entres zonas:- Zona A: La situada a menos de 500m de altitud sobre el nivel delmar. En esta zona no se tendrá en cuenta sobrecarga algunamotivada por el hielo.- Zona B: La situada a una altitud entre 500 y 1000 metros de altitudsobre el nivel del mar. Se considerarán sometidos los conductores ycables de tierra a la sobrecarga de un manguito de hielo igual a:
  26. 26. Estandarización de las cimentaciones de una subestación26180x√d gramos por metro linealSiendo dddd el diámetro del conductor o cable de tierra en mm- Zona C: La situada a una altitud superior a 1000 metros de altitudsobre el nivel del mar. Se considerarán sometidos los conductores ycables de tierra a la sobrecarga de un manguito de hielo igual a:360x√d gramos por metro linealSiendo dddd el diámetro del conductor o cable de tierra en mm3.3.4. Cargas sísmicasLas cargas sísmicas son cargas inerciales causadas por movimientossísmicos que se traducen en movimientos del terreno sobre el que estánenterradas las cimentaciones.Éstas pueden ser calculadas teniendo en cuenta las característicasdinámicas del terreno, de la estructura (amortiguamiento masa y rigidez),y las aceleraciones esperadas.Son cargas dinámicas que también pueden ser aproximadas a cargasestáticas equivalentes. Los edificios pueden utilizar este procedimientocuasi-estático, pero también se puede utilizar un análisis modal odinámico.
  27. 27. Estandarización de las cimentaciones de una subestación27Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de lainteracción del movimiento del suelo y las características de respuesta dela estructura. Esas cargas resultan de la distorsión en la estructuracausada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de ésta. Susmagnitudes dependen de la velocidad y tipo de aceleraciones del suelo, asícomo de la masa y rigidez de la estructura.3.3.5. Cargas debidas a cortocircuitoLa corriente de cortocircuito es debida a una falla de aislamiento queocurre en un momento cualquiera y en un punto genérico de la red,también puede deberse a una maniobra equivocada (que anula un aislante)o a otras causas.Una enorme cantidad de instalaciones eléctricas son trifásicas, y debenser estudiadas teniendo en cuenta esa condición.En funcionamiento normal la red es equilibrada de manera que sepresentan en todas las fases las mismas corrientes desfasadas 120 gradoseléctricos.Desde nuestro punto de vista podemos suponer el circuito equivalentecomo tres generadores monofásicos vinculados, desfasados entre sí 120grados eléctricos alimentan la red trifásica.
  28. 28. Estandarización de las cimentaciones de una subestación28Cuando en un sistema trifásico se presenta una falla trifásica, el sistemano pierde la simetría, por esto la falla trifásica se llama también simétrica.Por otra parte se pueden producir fallas bifásicas, o monofásicas, que sedicen asimétricas por la particular situación que presentan.El dimensionamiento de las instalaciones y de sus componentes no sehace para soportar el estado de cortocircuito permanente, en rigor estascondiciones pueden será soportadas por tiempos relativamente modestos,y con frecuencia también modesta.Los efectos que se presentan cuando se produce un cortocircuito en lainstalación deben ser conocidos y controlados.- Efectos térmicosEfectos térmicosEfectos térmicosEfectos térmicosLa circulación de corriente en un conductor cualquiera producecalor por efecto Joule.Si se desea conocer los efectos de este fenómeno se debe realizarla integral que permite evaluarlo, por el tiempo que interesa.Este efecto no afecta al diseño de las cimentaciones.
  29. 29. Estandarización de las cimentaciones de una subestación29- Efectos dinámicosEfectos dinámicosEfectos dinámicosEfectos dinámicosCuando se produce un cortocircuito circulan elevadas corrientes yaparecen entonces fuerzas de atracción y repulsión entreconductores atravesados por dichas corrientes.Los conductores cambian de posición y se producendeformaciones, en consecuencia se presentan distintos estados detensiónLos esfuerzos de cortocircuito que se presentan entre dosconductores dependen del cuadrado de la corriente que por elloscircula, en rigor dependen del producto de las corrientes, pero sila corriente es la misma en ambos conductores la primeraafirmación es correcta.Basándose en el manual de UNION FENOSA: “partiendo de la Leyde Laplace, particularizada para una falta bifásica asimétrica, y enconductores cilíndricos paralelos”, se tiene la expresión E- 1 :E-E-E-E- 1111 Qcc = 16.32 Icc2/eIcc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)3.4. Elección de las condiciones de diseño. Escenarios tipoUna vez hemos descrito las cargas que pueden aparecer en unasubestación, debemos elegir cuales de ellas son significativas paranuestro diseño y en qué medida.
  30. 30. Estandarización de las cimentaciones de una subestación30Como lo que se realiza aquí no pretende ser un proyecto para laconstrucción de una subestación real, sino una estandarización delmaterial necesario para elaborar los cimientos de los aparatos de unasubestación, las condiciones de diseño no vienen indicadas por el cliente opor la ubicación de la subestación, como es lo habitual.En este punto, el proyecto se encuentra ante un gran abanico de posiblesescenarios, casi tan amplio como el mismo planeta, cuya solución parecedifícil. Una cimentación es un diseño complejo que depende de muchosfactores, y que no puede ser normalizado fácilmente sin caer en elequívoco de sobredimensionar las construcciones.Por el contrario, unificar las cimentaciones eliminando ciertosfactores de seguridad, puede ser extremadamente peligroso, debido a laconsecuencias que podría tener un derrumbe en una subestación.Para solventar este problema, lo primero fue centrar este objetivoen un campo geográfico de actuación menos amplio. Para lo cual se centrola atención en dos zonas en particular: España y Latinoamérica, enconcreto la zona del estado de México. Es en estos dos países donde laempresa Socoin tiene un mayor número de proyectos y donde,históricamente, se ha desarrollado gran parte de su actividad.Dentro de estos dos escenarios aún caben amplias variaciones delas condiciones de diseño, velocidad de viento, intensidad sísmica, etc. Seha pretendido en este proyecto representar a un gran número deubicaciones, dentro de las zonas estudiadas, a fin de que los diseños seanútiles para un número elevado de proyectos.
  31. 31. Estandarización de las cimentaciones de una subestación31Para conseguir este objetivo se han creado tres escenariosficticios, que no pretenden ser ningún escenario real, pero sí tener unagran similitud con muchos de los escenarios reales.Como en cualquier estandarización quedan fuera de estudioaquellos sitios, que por sus condiciones, no resultan un lugarcaracterístico de la zona. También quedan fuera de estudio todas aquellascondiciones que se pueden considerar no habituales.3.4.1. Escenario tipo 1Este primer grupo se ha centrado en la configuración de un escenario tipoque represente las condiciones de diseño que se dan habitualmente encualquier zona de España.Para ello ha sido inspirado en las normativas vigentes españolas y en losreglamentos de subestaciones y líneas eléctricas españolas.La normativa utilizada para el diseño de este caso es:- Normativa del Hormigón: EH-91EH-91EH-91EH-91- Normativa del Acero Conformado: EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)- Normativa del Acero Laminado: EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)Los materiales utilizados para la cimentación son:
  32. 32. Estandarización de las cimentaciones de una subestación32- Hormigón: H-175 Control Normal.H-175 Control Normal.H-175 Control Normal.H-175 Control Normal.- Acero: AEH-400AEH-400AEH-400AEH-400a)a)a)a) Viento:Viento:Viento:Viento:Según el RAT, se considerará un viento de 120 kilómetros por hora develocidad. Se supondrá el viento horizontal actuando perpendicularmentea las superficies sobre las que incide.Como ya se ha visto anteriormente en el RAT, la acción del viento da lugara las presiones que a continuación se indican, sobre los distintoselementos:- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2.En el caso que ocupa a este proyecto, se va a considerar el aparatosoportado como una superficie plana de área igual al área de la secciónmás desfavorable del aparato, y que el viento incide sobre ellaperpendicularmente.Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos deproductos del fabricante.a)a)a)a) Peso propio:Peso propio:Peso propio:Peso propio:Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructuraque soporta la aparamenta. Este peso se calcula fácilmente y varios
  33. 33. Estandarización de las cimentaciones de una subestación33programas lo estiman automáticamente. En este tipo de construcciones esuna carga de escaso valor.b)b)b)b) Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso este datoviene proporcionado por el fabricante de los aparatos que se han elegidopara el diseño de la subestación tipo.c)c)c)c) Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente encualquier subestación. Es una fuerza por tanto que se debe tener encuenta en todos los escenarios.Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad decortocircuito que puede estar presente en una subestación, utilizando laLey de Laplace, particularizada para una falta bifásica asimétrica como sedetalla en la ecuación E- 2 :E-E-E-E- 2222 Qcc = 16.32 Icc2/eIcc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)a)a)a)a) Hielo:Hielo:Hielo:Hielo:No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve eneste escenario.
  34. 34. Estandarización de las cimentaciones de una subestación34b)b)b)b) Sismo:Sismo:Sismo:Sismo:No se han considerado esfuerzos debidos a actividades sísmicas en esteescenario.3.4.2. Escenario tipo 2Este escenario pretende ser un paso intermedio entre el salto que hay delas condiciones que se pueden presentar en una subestación ubicada enEspaña y otra ubicada en Latinoamérica.Básicamente se trata de una particularización de la normativa española,utilizando una velocidad del viento de 160 kilómetros por hora, cifrahabitual en los diseños realizados en México.La normativa que se ha utilizado sigue siendo la española:- Normativa del Hormigón: EH-91EH-91EH-91EH-91- Normativa del Acero Conformado: EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)EA-95 (MV110)- Normativa del Acero Laminado: EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)EA-95 (MV103)Los materiales utilizados para la cimentación son:- Hormigón: H-175 Control NormalH-175 Control NormalH-175 Control NormalH-175 Control Normal- Acero: AEH-400AEH-400AEH-400AEH-400
  35. 35. Estandarización de las cimentaciones de una subestación35a)a)a)a) Viento:Viento:Viento:Viento:Se considerará un viento de 160 kilómetros por hora de velocidad. Sesupondrá el viento horizontal actuando perpendicularmente a lassuperficies sobre las que incide.Como se ha visto anteriormente, la acción del viento a 120 km/h da lugar alas presiones que a continuación se indican, sobre los distintos elementos:- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2Sobre este cálculo, y sabiendo que la relación entre la presión y lavelocidad del viento es cuadrática, se realizó el cálculo correspondiente a160 kilómetros por hora dando como resultado la siguiente presión delviento:- Sobre superficies planas…………………………………………177Kg/m2En el caso que ocupa, se va a considerar el aparato soportado como unasuperficie plana de área igual al área de la sección más desfavorable delaparato, y que el viento incide sobre ella perpendicularmente.Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos deproductos del fabricanted)d)d)d) Peso propio:Peso propio:Peso propio:Peso propio:Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructuraque soporta la aparamenta. Este peso se calcula fácilmente y varios
  36. 36. Estandarización de las cimentaciones de una subestación36programas lo estiman automáticamente. En este tipo de construcciones esuna carga de escaso valor.e)e)e)e) Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso este datoviene proporcionado por el fabricante de los aparatos que se han elegidopara el diseño de la subestación tipo.f)f)f)f) Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente encualquier subestación. Es una fuerza por tanto que se debe tener encuenta en todos los escenarios.Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad decortocircuito que puede estar presente en una subestación, utilizando laLey de Laplace, particularizada para una falta bifásica asimétrica como sedetalla en la ecuación E- 3:E-E-E-E- 3333 Qcc = 16.32 Icc2/eIcc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)g)g)g)g) Hielo:Hielo:Hielo:Hielo:No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve eneste escenario.
  37. 37. Estandarización de las cimentaciones de una subestación37h)h)h)h) Sismo:Sismo:Sismo:Sismo:No se han considerado esfuerzos debidos a actividades sísmicas en esteescenario.3.4.3. Escenario tipo 3En este escenario, la ubicación representada es Latinoamérica, enparticular el estado de México.Se trata de representar las condiciones que se dan en un estado deLatinoamérica como es el de México. En este caso el diseño varía, paratener en cuenta sobretodo las condiciones sísmicas y de viento.Es conocido que en este país la actividad sísmica es especialmenteimportante. Las condiciones climatológicas varían en gran medida, algoque cabía esperar dadas las diferencias entre un país y otro.En este escenario se ha utilizado la normativa de México para determinarel efecto de la sismicidad en las estructuras y sus cimentaciones.La normativa utilizada para el diseño de este caso es:- Normativa del Hormigón: NB-1NB-1NB-1NB-1- Normativa del Acero Conformado: AISIAISIAISIAISI
  38. 38. Estandarización de las cimentaciones de una subestación38- Normativa del Acero Laminado: NTCRCNTCRCNTCRCNTCRC- Normativa sismicidad CFE93CFE93CFE93CFE93Los materiales utilizados para la cimentación son:- Hormigón: C-18. Control Normal.C-18. Control Normal.C-18. Control Normal.C-18. Control Normal.- Acero: CA-50-A, CA-60-B.CA-50-A, CA-60-B.CA-50-A, CA-60-B.CA-50-A, CA-60-B.i)i)i)i) Viento:Viento:Viento:Viento:Se considerará un viento de 160 kilómetros por hora de velocidad. Sesupondrá el viento horizontal actuando perpendicularmente a lassuperficies sobre las que incide.Como se ha visto anteriormente, la acción del viento da lugar a laspresiones que a continuación se indican, sobre los distintos elementos:- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2Sobre este calculo, y sabiendo que la relación entre la presión y lavelocidad del viento es cuadrática, se realizo el cálculo correspondiente auna velocidad del viento de 160 kilómetros por hora dando como resultadola siguiente presión del viento:- Sobre superficies planas…………………………………………177Kg/m2
  39. 39. Estandarización de las cimentaciones de una subestación39En el caso que ocupa, vamos a considerar el aparato soportado como unasuperficie plana de área igual al área de la sección más desfavorable delaparato, y que el viento incide sobre ella perpendicularmente.Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos deproductos del fabricantej)j)j)j) Peso propio:Peso propio:Peso propio:Peso propio:Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructuraque soporta la aparamenta. Este peso se calcula fácilmente y variosprogramas lo estiman automáticamente. En este tipo de construcciones esuna carga de escaso valor.k)k)k)k) Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Peso soportado:Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso, el peso vieneproporcionado por el fabricante de los aparatos que se han elegido para eldiseño de la subestación tipo.l)l)l)l) Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:Cortocircuito:La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente encualquier subestación. Es una fuerza por tanto que se debe tener encuenta en todos los escenarios.Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad decortocircuito que puede estar presente en una subestación, utilizando laLey de Laplace, particularizada para una falta bifásica asimétrica como sedetalla en la ecuación E- 4:
  40. 40. Estandarización de las cimentaciones de una subestación40E-E-E-E- 4444 Qcc = 16.32 Icc2/eIcc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)m)m)m)m) Hielo:Hielo:Hielo:Hielo:No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve eneste escenarion)n)n)n) Sismo:Sismo:Sismo:Sismo:Los esfuerzos provocados por la sismicidad del terreno deben serconsiderados en el diseño de cualquier estructura en un estado como el deMéxico.Los efectos provocados por sismos pueden ser demoledores en algunoscasos. Aquí no tendría sentido un diseño adaptado, puesto quesobredimensionaría todas las construcciones.Hay que encontrar el intermedio entre unas grandes estructuras que losoporten todo y unas estructuras que presten un buen servicio sin lanecesidad de cimentar abundantemente.Para diseñar este tipo de cimentaciones se ha utilizado un programaespecializado de diseño de estructuras y cimentaciones. Se trata del
  41. 41. Estandarización de las cimentaciones de una subestación41programa CYPE, utilizado en otras ocasiones en Socoin para comprobarlas estructuras y cimentaciones de los proyectos que allí se llevan acabo.Este programa se basa en la norma CFE93 de México para simular losefectos estructurales que tendría un sismo en la cimentación. En laconfiguración de esta simulación intervienen los siguientes apartados.Sismo CFE93 (México):- Parte de sobrecarga a considerar: 0.50.50.50.5- Número de modos: 6666- Factor de comportamiento sísmico 1.001.001.001.00- Tipo de suelo Tipo II. Intermedio.Tipo II. Intermedio.Tipo II. Intermedio.Tipo II. Intermedio.- Clasificación de construcciones Grupo B. Seguridad media.Grupo B. Seguridad media.Grupo B. Seguridad media.Grupo B. Seguridad media.- Zona Sísmica Peligrosidad media-baja.Peligrosidad media-baja.Peligrosidad media-baja.Peligrosidad media-baja.
  42. 42. Estandarización de las cimentaciones de una subestación424. Diseño de cimentaciones. Resultados4.1. Las cimentacionesComo se ha introducido al principio del proyecto, el cimiento es la parteestructural de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno.Dado que la rigidez y resistencia del terreno son, salvo en casosexcepcionales, muy inferiores a las de la estructura, la cimentación poseeun área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos lossoportes y muros de carga.Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumenconsiderable con respecto al volumen de las piezas de la estructura. Loscimientos se construyen casi invariablemente en hormigón armado y, engeneral, el hormigón no precisa de una extraordinaria calidad.Las cimentaciones de la mayor parte de las estructuras se desplantandebajo de la superficie del terreno. Por lo tanto, no pueden construirsehasta que se ha excavado el suelo que está al nivel de las cimentaciones.
  43. 43. Estandarización de las cimentaciones de una subestación434.2. Las zapatasEl tipo de cimentación que se va a utilizar para cimentar las estructuras dela subestación va a ser una cimentación tipo Zapata.Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro que tienepor objeto transmitir la carga al suelo a una presión adecuada a laspropiedades del suelo.A las zapatas que soportan una sola columna se las denomina zapatasindividuales o aisladas.La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata corrida ocontinua.Si una zapata soporta varias columnas se le llama zapata combinada. Unaforma especial de zapata combinada que se usa normalmente en el casoque una de las columnas soporte un muro exterior es la zapata en voladizoo cantilever.
  44. 44. Estandarización de las cimentaciones de una subestación444.3. Diseño de cimentacionesEn este apartado se van a describir los resultados obtenidos del diseñoestandarizado de las cimentaciones para las subestaciones queintervienen en el estudio. Se detallarán las medidas de las zapatas, el tipode zapata a utilizar, el tamaño del armado y los materiales utilizados.También serán calculados el volumen de hormigón y de metal necesarios.Este último se suele estimar entre 50-60Kg de acero por cada metrocúbico de hormigón. Para este proyecto se considerarán 50Kg/m3Los cálculos de las cargas que intervienen en este diseño así como losresultados obtenidos de la comprobación del diseño mediante ordenador,vienen recogidos en el apartado de cálculos.El tipo de terreno que se ha considerado es un terreno con una tensiónmáxima admisible de 200 kN/m2. Este terreno ha sido utilizado para todoslos diseños de este proyecto, siendo un dato de calidad medio dentro delas características que se suelen exigir en cualquier obra de este tipo. Sien algún caso el terreno fuese de peor calidad se puede plantear una obrapara mejorar sus cualidades.
  45. 45. Estandarización de las cimentaciones de una subestación454.3.1. Subestación convencional intemperie 230 kVA)A)A)A) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 1SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 1SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 1SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 1Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de unasubestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 1111. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 210x210x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.543m3El peso de acero es el siguiente:P = 77.15kg
  46. 46. Estandarización de las cimentaciones de una subestación46B)B)B)B) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 2SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 2SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 2SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 2Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestaciónde 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 2222. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 225x225x40cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 2m3El peso de acero es el siguiente:P = 100kg
  47. 47. Estandarización de las cimentaciones de una subestación47C)C)C)C) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 3SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 3SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 3SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 3Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestaciónde 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 3333. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 230x230x45cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 2.38m3El peso de acero es el siguiente:P = 119kg
  48. 48. Estandarización de las cimentaciones de una subestación48D)D)D)D) AUTOVÁLVULAS Escenario 1AUTOVÁLVULAS Escenario 1AUTOVÁLVULAS Escenario 1AUTOVÁLVULAS Escenario 1Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 4444. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 155x155x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.72m3El peso de acero es el siguiente:P = 36kg
  49. 49. Estandarización de las cimentaciones de una subestación49E)E)E)E) AUTOVÁLVULAS: Escenario 2AUTOVÁLVULAS: Escenario 2AUTOVÁLVULAS: Escenario 2AUTOVÁLVULAS: Escenario 2Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 5555. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 185x185x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.2m3El peso de acero es el siguiente:P = 60kg
  50. 50. Estandarización de las cimentaciones de una subestación50F)F)F)F) AUTOVÁLVULAS: Escenario 3AUTOVÁLVULAS: Escenario 3AUTOVÁLVULAS: Escenario 3AUTOVÁLVULAS: Escenario 3Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 6666. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 185x185x35cm, las mismas medidas que la del escenario anterior.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.2m3El peso de acero es el siguiente:P = 60kg
  51. 51. Estandarización de las cimentaciones de una subestación51G)G)G)G) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 7777. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 285x125x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 2.13m3El peso de acero es el siguiente:P = 106.5kg
  52. 52. Estandarización de las cimentaciones de una subestación52H)H)H)H) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 8888. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de325x165x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 3.22m3El peso de acero es el siguiente:P = 161kg
  53. 53. Estandarización de las cimentaciones de una subestación53I)I)I)I) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 9999. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 325x170x30 cm. Aunque la zapata varía su geometría, el volumen esequiparable a la del escenario anterior.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 3.315m3El peso de acero es el siguiente:P = 165.75kg
  54. 54. Estandarización de las cimentaciones de una subestación54J)J)J)J) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 10101010. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 185x185x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.2m3El peso de acero es el siguiente:P = 60kg
  55. 55. Estandarización de las cimentaciones de una subestación55K)K)K)K) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 11111111. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.68m3El peso del acero es el siguiente:P = 84kg
  56. 56. Estandarización de las cimentaciones de una subestación56L)L)L)L) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 12121212. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 210x210x40cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.765m3El peso de acero es el siguiente:P = 88.25kg
  57. 57. Estandarización de las cimentaciones de una subestación57M)M)M)M) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 13131313. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 200x200x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.4m3El peso de acero es el siguiente:P = 70kg
  58. 58. Estandarización de las cimentaciones de una subestación58N)N)N)N) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 14141414. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 220x220x40cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.935m3El peso de acero es el siguiente:P = 96.75kg
  59. 59. Estandarización de las cimentaciones de una subestación59O)O)O)O) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 15151515. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 220x220x40cm, válida para estos dos últimos escenarios.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.935m3El peso de acero es el siguiente:P = 96.75kg
  60. 60. Estandarización de las cimentaciones de una subestación60P)P)P)P) INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 230 kV.En este caso se diseña sólo una cimentación puesto que este elementosuele suministrarse siempre por el fabricante con una misma estructura.La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitaciones másdesfavorables.FiguraFiguraFiguraFigura 16161616. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40cm,El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.681m3El peso de acero es el siguiente:P = 84kg
  61. 61. Estandarización de las cimentaciones de una subestación614.3.2. Subestación convencional intemperie 132 kV.A)A)A)A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 132 kV.En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 17171717. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 120x120x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.43m3El peso de acero es el siguiente:P = 21.5kg
  62. 62. Estandarización de las cimentaciones de una subestación62B)B)B)B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 132 kV.En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 18181818. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 120x120x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.43m3El peso de acero es el siguiente:P = 21.5kg
  63. 63. Estandarización de las cimentaciones de una subestación63C)C)C)C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 132 kV.En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 19191919. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 120x120x30cm, En este caso la cimentación de los tres escenarios coincide en suvolumen.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.43m3El peso de acero es el siguiente:P = 21.5kg
  64. 64. Estandarización de las cimentaciones de una subestación64D)D)D)D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 20202020. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 355x180x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 3.835m3El peso de acero es el siguiente:P = 191.75kg
  65. 65. Estandarización de las cimentaciones de una subestación65E)E)E)E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 21212121. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de345x170x35 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 4.1m3El peso de acero es el siguiente:P = 205kg
  66. 66. Estandarización de las cimentaciones de una subestación66F)F)F)F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 22222222. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de355x180x35 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 4.47m3El peso de acero es el siguiente:P = 223.5kg
  67. 67. Estandarización de las cimentaciones de una subestación67G)G)G)G) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 132kV. En este supuesto se ha considerado diseñar una sola cimentación para los tresescenarios, que cumpla los requisitos del escenario más crítico, el número 3.FiguraFiguraFiguraFigura 23232323. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 215x215x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.618m3El peso de acero es el siguiente:P = 81kg
  68. 68. Estandarización de las cimentaciones de una subestación68H)H)H)H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 24242424. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 125x125x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.47m3El peso de acero es el siguiente:P = 23.5kg
  69. 69. Estandarización de las cimentaciones de una subestación69I)I)I)I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 25252525. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 145x145x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.63m3El peso de acero es el siguiente:P = 31.5kg
  70. 70. Estandarización de las cimentaciones de una subestación70J)J)J)J) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 26262626. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 145x145x30cm, en este caso también coincide con la del escenario 2.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.63m3El peso de acero es el siguiente:P = 31.5kg
  71. 71. Estandarización de las cimentaciones de una subestación71K)K)K)K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 27272727. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 160x160x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.77m3El peso de acero es el siguiente:P = 38.5kg
  72. 72. Estandarización de las cimentaciones de una subestación72L)L)L)L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 28282828. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 160x160x30cm. Estos dos primeros escenarios comparten cimentación.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.77m3El peso de acero es el siguiente:P = 38.5kg
  73. 73. Estandarización de las cimentaciones de una subestación73M)M)M)M) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 3. (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 29292929. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 170x170x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1m3El peso de acero es el siguiente:P = 50kg
  74. 74. Estandarización de las cimentaciones de una subestación74N)N)N)N) INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 132 kV.En este caso se diseña sólo una cimentación puesto que este elementosuele suministrarse siempre por el fabricante con una misma estructura.La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitaciones másdesfavorables.FiguraFiguraFiguraFigura 30303030. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.68m3El peso de acero es el siguiente:P = 84kg
  75. 75. Estandarización de las cimentaciones de una subestación754.3.3. Subestación convencional intemperie 66 kVA) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 66 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 31313131. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de115x115x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 0.8m3El peso de acero es el siguiente:P = 40kg
  76. 76. Estandarización de las cimentaciones de una subestación76B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 66 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 32323232. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de115x115x30 cm. Cimentación válida para estos dos primeros escenarios.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V= 0.8m3El peso de acero es el siguiente:P = 40kg
  77. 77. Estandarización de las cimentaciones de una subestación77C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 66 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 33333333. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de95x95x65 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 1.17m3El peso de acero es el siguiente:P = 58.5kg
  78. 78. Estandarización de las cimentaciones de una subestación78D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 34343434. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 250x130x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 1.95m3El peso de acero es el siguiente:P = 97.5kg
  79. 79. Estandarización de las cimentaciones de una subestación79E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 35353535. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 250x140x30 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 2.1m3El peso de acero es el siguiente:P = 105kg
  80. 80. Estandarización de las cimentaciones de una subestación80F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 36363636. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladasde 250x120x40 cm.El volumen de hormigón de las zapatas es de:V = 2.4m3El peso de acero es el siguiente:P = 120kg
  81. 81. Estandarización de las cimentaciones de una subestación81G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 37373737. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 175x175x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.92m3El peso de acero es el siguiente:P = 46kg
  82. 82. Estandarización de las cimentaciones de una subestación82H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 38383838. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 175x175x30cm. En este caso la cimentación también es válida para los dos primerosescenarios.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.92m3El peso de acero es el siguiente:P = 46kg
  83. 83. Estandarización de las cimentaciones de una subestación83I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de unasubestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 39393939. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 180x180x35cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.135m3El peso de acero es el siguiente:P = 56.75kg
  84. 84. Estandarización de las cimentaciones de una subestación84J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 1 (España).FiguraFiguraFiguraFigura 40404040. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.675m3El peso de acero es el siguiente:P = 33.75kg
  85. 85. Estandarización de las cimentaciones de una subestación85K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 41414141. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30cm.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.675m3El peso de acero es el siguiente:P = 33.75kg
  86. 86. Estandarización de las cimentaciones de una subestación86L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo einductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. Enel supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).FiguraFiguraFiguraFigura 42424242. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30cm. Para este aparato la cimentación no varía en los tres escenarios.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 0.675m3El peso de acero es el siguiente:P = 33.75kg
  87. 87. Estandarización de las cimentaciones de una subestación87M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 66 kV. Estacimentación ha sido diseñada para todos los escenarios, como en el resto deinterruptores.FiguraFiguraFiguraFigura 43434343. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapataLa cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 190x190x40cm. Para este aparato la cimentación no varía en los tres escenarios.El volumen de hormigón de la zapata es de:V = 1.44 m3El peso de acero es el siguiente:P = 72kg
  88. 88. Estandarización de las cimentaciones de una subestación88Como se ha podido observar, las cimentaciones diseñadas para cadaelemento, en los diferentes escenarios, son de diferentes tamaños. Enalgunos de los casos una zapata puede ser válida para varios o inclusotodos los escenarios, pero no ha sido lo habitual.Esto demuestra que los escenarios fueron bien elegidos, con suficientesdiferencias entre unos y otros como para que sea justificable un nuevodiseño.Sin la elección de los escenarios, la solución habría podido ser lautilización de la zapata más grande de los tres escenarios para todos losproyectos. Esto habría desembocado en un diseño menos optimizado,aunque también habría sido válido.Para la utilización de estas zapatas fuera de las condiciones queanteriormente se han descrito en los escenarios, se deberán realizarpreviamente las comprobaciones necesarias.4.4. Estandarización de Bancada para transformadorCuando se trata de un elemento como el transformador de potencia de unasubestación, el concepto de cimentación cambia sensiblemente. Lo normalno es utilizar una zapata, sino que se utilizan losas o bancadas dehormigón.
  89. 89. Estandarización de las cimentaciones de una subestación89El transformador de potencia de una subestación es un elementoextremadamente pesado y voluminoso en comparación con el resto de laaparamenta utilizada en estos centros.El tamaño del transformador de potencia de una subestación dependefundamentalmente de la potencia de éste. Por tanto las subestaciones tipodivididas por niveles de tensión no van a ser válidas para este elemento.Las cargas que este elemento sufre tampoco son las mismas que el restode la aparamenta. En este caso el aparato está descansando sobre labancada, por tanto no precisa de una estructura que lo sujete. Losesfuerzos laterales son pequeños en comparación con el peso de éste.En cambio, este elemento tiene otras peculiaridades. Es un aparatorefrigerado por aceite, que se eleva a grandes temperaturas. Esto le haceun elemento peligroso en cuanto a accidentes se refiere. El transformadorpuede explotar y provocar un incendio en la subestación con su propioaceite.Por tanto, en este diseño no importan tanto las solicitaciones físicas de laestructura como los elementos de seguridad en el caso de accidente.
  90. 90. Estandarización de las cimentaciones de una subestación904.4.1. Diseño de bancada para transformador de potenciaUna bancada para transformador de potencia de una subestación, estáformada básicamente por una losa de hormigón que sirve de base paraapoyar el transformador. Encima de esta losa, se levanta generalmente unmuro llamado muro cortafuegos. Este muro es una protección deaislamiento con respecto a otros aparatos, en caso de explosión y portanto del esparcimiento del aceite por las proximidades.Para evitar que el aceite provoque un incendio en el centro eléctrico, labancada está dotada en su superficie de una estructura metálica llamadatramex. El tramex es una rejilla de metal sobre la que se deposita gravagruesa, haciendo las veces de “colador” de aceite en caso de accidente(véase el esquema de la Bancada en el aparatado de Planos). En el caso deexplosión del transformador, gran cantidad de aceite ardiendo esesparcido por las proximidades del transformador, este aceite escurre através de la grava y el tramex, apagándose y recogiéndose por unascanalizaciones hasta el depósito de aceite.El depósito de aceite de una bancada es el encargado de almacenar elaceite de un transformador en caso de accidente. El depósito suele estarenterrado cerca de la bancada y consta de unas losas de hormigón armadoque forman un cubo de las dimensiones necesarias para almacenar elvolumen de aceite. Las canalizaciones que transportan el aceite ardiendosuelen ser construidas en hormigón.
  91. 91. Estandarización de las cimentaciones de una subestación91Para la estandarización de este tipo de cimentación, nos hemosencontrado con varios problemas. El transformador de potencia es unelemento que se ha de solicitar al fabricante bajo pedido, por tantomedidas y pesos son datos extremadamente variables. El diseño de labancada depende mayoritariamente de las características técnicas deltransformador, no dependiendo apenas del escenario donde se instala odel nivel de tensión de la subestación.Por tanto, se ha pensado que la mejor solución es hacer un diseño abiertoy adaptable a cualquier tipo de transformador que se necesite. Este tipo dediseño dificulta la estimación en una pequeña medida, pero aumenta elcampo de aplicación. En resumen, en este apartado nos limitamos a darunas pautas de diseño para la posterior estimación de los costes, es undiseño que debe de ser adaptado a cada caso antes de cualquierestimación.4.4.2. Pautas para la estimación de una bancadaPara el diseño de la bancada de transformador se ha utilizado unabancada tipo, que será adaptada en dimensiones a cada uno de los casosque sean necesarios en el futuro. Para la explicación de este método, se vaa utilizar un croquis simplificado de la bancada (véase Figura 44) queservirá para describir las variables que existen en el diseño y cómo seutilizan. La bancada tipo viene detallada y acotada en el plano de Bancadade Transformador en la sección Planos.
  92. 92. Estandarización de las cimentaciones de una subestación92FiguraFiguraFiguraFigura 44444444. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.Para comenzar con la estimación, lo primero que se debe de saber son lasdimensiones y las características técnicas del transformador. Es necesariotener un plano detallado del transformador de potencia para empezar adiseñar la bancada.Como se puede ver en el croquis, la base de la bancada ha sido dividida endos zonas: Zona A y Zona B. La Zona A corresponde al área de la base deltransformador. Es en esta zona donde la bancada estará asentada. Seinstalarán unos raíles adecuados para el transporte del transformador, enel caso de tratarse de un transformador con ruedas. En esta zona tambiénse instalará el tramex o rejilla metálica encima de la cual irá una capa degrava gruesa. Entre el tramex y la base de hormigón de la bancadaquedará un espacio suficiente para el escurrido del aceite. Ambas zonas
  93. 93. Estandarización de las cimentaciones de una subestación93tienen una ligera pendiente (en torno al 2%) hacia su propia frontera con elfin de canalizar el aceite hasta su salida por el tubo de hormigón (véase elplano detallado de la bancada en la sección Planos).La Zona B es una distancia de separación entre el muro y eltransformador. Esta distancia es una distancia de seguridad para evitar elesparcimiento de aceite. Su superficie está formada por una solera dehormigón con cierta pendiente hacia la Zona A con el fin de recoger elaceite.El muro cortafuegos se levanta sobre la Zona B a cierta distancia deltransformador. Este muro es un muro protector en el caso de incendio.Suele tratarse de una pared de hormigón armado, no demasiado grueso.La canalización del aceite se trazará por la frontera entre las dos zonas,hacia uno de los dos lateralesPara el cálculo de las variables que determinan el tamaño final de labancada, se utilizarán las medidas de la planta del transformador, sualtura y el volumen de aceite que alberga en su interior.Las dos primeras variables que vamos a calcular son las que determinanel área base de la Zona A. Estas medidas se deben ser iguales a lasmedidas de la planta del transformador:- Largo de la bancada (‘A’) = Largo de la planta del transformador
  94. 94. Estandarización de las cimentaciones de una subestación94- Ancho de la bancada (‘B’)= Ancho de la planta del transformadorEsta zona abarca estrictamente la planta del transformador. No esnecesario el diseño de márgenes a los laterales de la bancada.Si el transformador que se va a utilizar incorpora ruedas para sutransporte, deberán diseñarse unos raíles a las distancias correctas segúnel plano del transformador. Este dato no tiene mucho peso en cuanto a laestimación que nos ocupa.Para el cálculo de la variable ‘C’ que determina el área de la Zona B, seconsiderará como válido estimar la longitud de esta zona como el 30% dela longitud de la Zona A.- Longitud de la Zona B (‘C’) = 0.3 Longitud de la Zona A (‘A’)El muro de la bancada tendrá una altura mínima por encima del aparatode entre el 10% y el 12% de la altura máxima del transformador. Con estoqueda configurada la bancada sobre la que se asentará el transformadorde potencia.Para terminar, el depósito de aceite tendrá una profundidad de entre 80 y100 centímetros. Este depósito será de base cuadrada, de lado (’L’),suficiente para cubrir el volumen de aceite que incorpora el transformadorde potencia de la subestación (véase plano de Depósito de Aceite en lasección Planos)
  95. 95. Estandarización de las cimentaciones de una subestación95- Volumen de aceite = 0.8 L2Con este método y con los planos en los que se detalla el diseño completo,se pretende que la estimación del volumen de material necesario para laconstrucción de una bancada, sea una tarea rápida y económica, quepueda ser desarrollada por el usuario de este documento sin demasiadasdificultades.Para facilitar la labor, en el plano detallado de bancada y depósito deaceite del transformador se ha desarrollado un ejemplo con untransformador real de la marca ABB, en el que se detallan los valores quetomarían las variables de diseño. Se aporta el plano detallado deltransformador.

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