Universidad Fermín Toro

Vice – Rectorado Académico

Facultad de Ingeniería

Cabudare – Lara

DISEÑO DE UN SISTEMA PUESTA A TIERRA PARA LA ARTERIA VIAL BIG DIG UBICADA EN BOSTON MASSACHUSETTS - USA

AUTORES:

Valmore Gutiérrez

Fátima Dos Santos

Zamir Tovar

Yineth Fernández

Prof. Ing. Juan Molina

SPAT

SAIA

Febrero – 2011

SISTEMA DE PROTECCION ELECTRICA A TIERRA DE LA ARTERIA VIAL BIG DIG

Tras la revolución del urbanismo, las ciudades más emblemáticas de los Estados Unidos empezaron a convertirse en urbes, lo que trajo como consecuencia una población elevada. La necesidad de desplazarse de un lugar a otro sobre la misma ciudad y la fuerte economía del país trajo consigo la adquisición de vehículos automotores para un elevado porcentaje de la población Bostoniana, la cual es las más poblada e importante cuidad de el estado de Massachusetts, lo denominado comúnmente New England.

Uno de los principales problemas que tenia la ciudad de Boston para la década de los 80, era su pesado tráfico vehicular, sobre todo la gran congestión en la I-93 la cual son las siglas de la Interestatal 93, la cual es nada más y nada menos la avenida principal de la ciudad en ingles Central Avenue, lo cual traía consigo contaminación ambiental (sónica), molestia para los conductores, transeúntes, y vecinos en general, amenazas en la economía general de New England y falta de aéreas verdes que se estaba perdiendo con la expansión urbana de la ciudad. Esto llevo a la tarea de realizar una mega construcción subterránea, la cual pudiera combatir el tráfico ensanchado la interestatal así como también dotar de más áreas verdes y sitios de recreación lo cual le diera una mejor cara a la Ciudad de Boston.

Fue así como surgió el Big Dig, una obra estimada en su versión original en los 2600 millones de dólares pero al momento de su culminación se gasto alrededor de los 14000 millones de dólares, dándole cabida a enterrar la antigua y muy congestionada I-93 por una autopista en su mayoría enterrada de 12.4 Kilómetros de autopista, la cual estará constituida por 8 carriles y un sistema de vigilancia por circuito cerrado para evitar el detenimiento del trafico, también cuenta con sensores para lograr una rápida asistencia en caso de fuego y accidentes. Añadido a esto la arteria vial cuenta con un sistema de ventilación de 7 estructuras y 150 ventiladores que acondicionan los trayectos subterráneos.

El Big Dig está constituido por lo siguiente, una sección subterránea que cruza el canal Fort Point por debajo, una sección que pasa por encima de la línea del metro de la ciudad, el túnel Ted Williams que cruza la bahía lo cual da una ruta directa hacia el Logan Airport.

La majestuosa construcción se basa en 7500 toneladas de tubos de acero, colocados en lugares específicos para darle cabida a la arteria vial, torres pre-fabricadas para los sectores aéreos y los subacuáticos, para la trama subterránea se revistió las paredes con laminas de un acero resistente que amortiguara en impacto de vehículos, si lograse ocurrir un accidente; de resto los materiales comunes para construir carretera como la subba de asfalto el manto para evitar aquaplanning, luminarias, entre otros.

INDICE DE RIESGO

El índice de riesgo es un factor estadístico que se determinaba en protección de la estructura contra descargas atmosféricas, este nos determinara el grado de protección que tendría la misma.

Al momento de hacer un diseño de spat, se tiene que tomar en cuenta muchas variables, la composición de las estructuras cercanas a la construcción a proteger así como también lo que se requiere es por eso que se realiza lo siguiente:

IR = A + B + C + D + E +F +G

Dependiendo a los resultados del mismo se puede interpretar de la siguiente manera

• Si el índice de riesgo de encuentra entre 0 y 30 se requiere una protección opcional a la ya predispuesta.

• Si el índice de riesgo se encuentra entre 31 y 60 se recomienda una protección para la estructura.

• Si el índice de riesgo se sobrepasa el valor de 60 la protección de la estructura ya es indispensable.

INDICE DE RIESGO “A”

USO AL QUE SE LE DESTINA LA ESTRUCTURA VALOR DEL INDICE A

Casas y otras construcciones de tamaño similar. 2

Casas y otras construcciones de tamaño similar con antenas exteriores.

4

Industrias, talleres y laboratorios. 6

Edificios de oficina, hoteles, edificios de apartamentos. 7

Lugares de reunión, como iglesias, auditorios, teatros, museos, salas de exposición, tiendas por departamentos, oficinas de correo, estaciones, aeropuertos y estadios.

8

Escuelas, hospitales, guarderías infantiles y orfanatos. 10

Porque se llega a la conclusión de esta variable ya que en ciertos sectores del Big Dig por encima del mismo fueron construidas áreas verdes y de recreación, lo que es exactamente lugares de reunión, los sectores los cuales no tienen áreas verdes, se encuentran o sumergidos o suspendidos y no podrían ser considerado en ninguna de las otras categorías.

INDICE DE RIESGO “B”

TIPO DE CONSTRUCCION VALOR DEL INDICE B

Estructura de acero con techo no metálico 1

Concreto forzado con techo no metálico 2

Ladrillo, concreto liso o albañilería, con techo no metálico con material incombustible.

4

Estructura de acero o concreto armado con techo metálico.

5

Estructura de madera o con revestimiento de madera con techo no metálico de material incombustible

7

Ladrillo, concreto liso, albañilería, estructura de madera con techo metálico.

8

Cualquier construcción con techo de material combustible 10

El Big Dig está diseñado con 7500 tubos de acero, en los sectores subacuáticos y subterráneos el techo del mismo está realizado con el manto de asfalto tanto de las áreas verdes, como de las torres prefabricadas que sostiene el sector submarino, las parte que se encuentra elevada no presenta ningún techo de ningún tipo ya que son puentes colgantes.

INDICE DE RIESGO “C”

CONTENIDO O TIPO DE INMUEBLE VALOR DEL INDICE C

Inmuebles residenciales oficinas, industrias y talleres con contenido de poco valor, no vulnerable al fuego.

2

Construcciones industriales o agrícolas que contienen material vulnerable al fuego.

5

Plantas y subestaciones eléctricas y de gas, centrales telefónicas y estaciones de radio y televisión.

6

Plantas industriales importantes, monumentos y edificios históricos, museos, galerías de arte y construcciones que contengan objetos de especial valor.

8

Escuelas, hospitales, guarderías y lugares de reunión. 10 El Big Dig es considerado tanto en Massachusetts como en Estados Unidos una construcción de gran envergadura, tanto para el Department of Transportation Highway Division (Departamento de Transporte Division de Autopistas), como para la infraestructura en general, por el valor total de la inversión que fue de casi los 14000 millones de dólares, así como también por la solución que le dio a la ciudad de Boston dándole una nueva cara, dotándola de áreas recreativas y

de una ciudad como menos tráfico automotor sobre sus principales avenidas.

INDICE DE RIESGO “D”

GRADO DE AISLAMIENTO VALOR DEL INDICE D

Inmuebles localizados en un área de inmuebles o árboles de la misma altura, en una gran ciudad o bosque.

2

Inmuebles localizados en un área con pocos inmuebles de la misma altura.

5

Inmueble completamente aislado que excede al menos dos veces la altura de las estructuras o árboles vecinos.

10

El mapa nos da una idea del porque de la escogencia de dicha categoría, ya que la mayoría del Big Dig se encuentra subterráneo y algunas partes debajo del agua, mas sin embargo, algunas partes se encuentra expuesta y como se encuentran en un área urbana, se descarta automáticamente la zona aislada, y existen muy pocos inmuebles de la misma altura de el sector aéreo del Big Dig.

INDICE DE RIESGO “E”

TIPO DE TERRENO VALOR DEL INDICE D

Llanura a cualquier altura sobre el nivel del mar. 2

Zona de colinas. 6

Zona montañosa entre 300 y 1000 m. 8

Zona montañosa por encima de 1000 m. 10

La altura oficial de Boston medida en el Aeropuerto Internacional Logan es de 5.8 metros sobre el nivel del mar, el punto más alto es en Bellevue Hill el cual es de 101 metros, y el más bajo se encuentra al nivel del mar.

INDICE DE RIESGO “F”

ALTURA DE LA ESTRUCTURAVALOR DEL

INDICE F

Hasta 9 m. 2

de 9 m a 15 m. 4

de 15 m a 18 m. 5

de 18 m a 24 m. 8

de 24 m a 30 m. 11

de 30 m a 38 m. 16

de 38 m a 46 m. 22

de 46 m a 53 m. 30

La mayoría del Big Dig se encuentra totalmente subterráneo, pero en algunos sectores donde la arteria vial esta elevado tiene la altura estandarizada a 12 metros lo cual permite el libre tránsito por debajo de esta vía.

INDICE DE RIESGO “G”

NUMERO DE DIAS DE TORMENTAS POR AÑO VALOR DEL INDICE G

Hasta 3. 2

De 3 a 6. 5

De 6 a 9. 8

De 9 a 12. 11

De 12 a 15. 14

De 15 a 18. 17

De 18 a 21. 20

Más de 21. 21

El estado de Massachusetts no frecuenta muchas tormentas tropicales, por ser un estado ubica al norte de los Estados Unidos a diferencia del estado de Louissiana el cual es uno de los más afectados junto con Florida de la acometida de las tormentas, lo que si frecuenta, son tormentas de nieve, pero estas no produces descargas atmosféricas.

SISTEMA PUESTA A TIERRA EN EL BIG DIG

Para diseñar el sistema puesta a tierra del Big Dig tenemos que tener en cuenta lo siguiente, existen básicamente 3 sectores importantes de la construcción, el sector subterráneo, el sector colgante o aereo, y el sector que va debajo del agua. Entonces para cada uno de ellos se tienen condiciones diferentes de aterramiento. La condición que difiere en estos 3 sectores será la tierra misma, porque del resto todo serán los mismos elementos.

Utilizaremos Barras de Distribución de Aterramiento con las siguientes especificaciones 10x4x1/4, las cuales se componen de una plancha perforada de cobre de 25 Cm x 10 Cm. Nuestra línea de tierra estará compuestas por cables de acero inoxidable. Para las áreas subterráneas utilizaremos cables de cobre recubiertos, es decir barras tipo copperweld SM 5/8” X 2.4M 250M.

La diferencia de los otros 2 sectores con respecto al subterráneo, es que en el sector aéreo llevaremos a tierra los elementos uniendo la barra de distribución con la estructura metálica de las bases del puente, y con respecto al sector subacuático llevaremos utilizaremos una barra enterrada o

sumergida que haga contacto directamente con el agua, ya que el agua salada es uno de los mejores conductores de electricidad y nos servirá de sumidero.

Nuestra Barra de Distribución de Aterramiento o MGB, tanto para el sector subterráneo como submarino, va instalado tras las paredes de los túneles dando un nivel de aislamiento de la misma, y en qué consiste su instalación en utilizar todas las líneas de tierra que van a ser drenadas a tierra, y colocarlas en las perforaciones de la barra y sellarlas con sujetadores del tipo de lengüeta de dos pernos.

EQUIPOS DE TELECOMUNICACIONES A PROTEGER EN LA ESTRUCTURA

Esta mega construcción en lo que se refiere a sistemas de telecomunicaciones cuenta con un circuito cerrado de vigilancia lo cual permite el constante monitoreo del tráfico para evitar accidentes y embotellamientos, dicho circuito se encuentra en todo el Big Dig.

No es el único sistema electrónico ubicado en la estructura ya que en las áreas subterráneas, se encuentran sensores para evitar incendios en los túneles así como también un sistema de ventilación el cual acondiciona el área por la falta de oxigeno que pueda haber, por ser una estructura subterránea y por la emisión constante de CO2 de los vehículos automotores, de resto no cuenta con grandes emplazamientos de telecomunicaciones lo que significa que no amerita a utilización de UPS o reguladores de voltaje.

FOTOS SATELITALES PARA LA UBICACIÓN DEL BIG DIG

Parte Submarina del Big Dig, esta denominada en la imagen Satelital como Massachusetts Turnpike

El Big Dig esta representado por la Interestatal I – 93 como se puede evidenciar en la imagen anterior.

La ubicación del Big Dig en las imágenes obtenidas por Google Earth, no indica que el mismo es la carretera simbolizada por el 93, ya que es la interestatal I – 93.

SISTEMA DE DESCARGA ATMOSFERICA IMPLEMENTADA

Muy a pesar de que la ciudad de Boston no tiene una gran frecuencia de tormentas eléctricas es muy importante proteger las infraestructuras contra estas, y de esto no escapa el Big Dig.

Por ser la estructura una arteria vial, se implementara utilizar los postes de distribución de energía como sistema de puesta a tierra para descargas atmosféricas en las partes que no tiene altura pronunciada, considerando que si se lleva a tierra las descargas atmosféricas ocurridas en la superficie del Big Dig no correrá ningún tipo de problema los sectores subterráneos.

Debe presentar una ruta directa a tierra, con el propósito de evitar la conformación de pequeñas inductancias, que ante la presencia de altas corrientes o altas frecuencias, generen cargas de retorno (flashover) y la corriente fluya atierra por otros caminos diferentes de la ruta diseñada. El electrodo debe estar libre de pintura o grasa y la tierra compactada firmemente.

El diseño propuesto contempla utilizar los postes soportes de líneas de distribución en tensiones desde 8,3 KV hasta 34,5 KV, como sistema de puesta a tierra. Para ello, se plantea galvanizar por inmersión en caliente la base o parte inferior del poste, el cual deberá tener un espesor mínimo de200 micras, con el fin de garantizar contacto eléctrico entre el suelo y el poste, además de ofrecer una protección ante la corrosión.

En el sector aéreo se toma la previsión de llevar a tierra la base del postal para seguir con su funcionamiento, es decir se lleva a la estructura metálica.

CONCLUSIONES DEL PROYECTO

Una de las grandes razones para el diseño de un sistema puesta a tierra en esta estructura es por la gran inversión que se hizo para construirla así como también el valor que tiene para la ciudad de Boston ya que es la mayor arteria vial subterránea de los EEUU.

Por ende amerita un gran cuidado y el spat es un pequeño aporte al mismo, ya que construyendo sumideros de corriente se evita el daño de equipos eléctricos y electrónicos que generen gastos extras así como también la perdida, daño y deterioro de estructuras del Big Dig, que tendrían que ser sacados del tesoro municipal, los cuales podrían ser destinados a otros fines.

Se recomienda dejar canales para bajantes extras en las Barras MGB, ya que esto prevé la escalabilidad en instalaciones eléctricas y electrónicas en la estructura, porque de existir ya tendrían su correcto espacio para la puesta a tierra y no tendría que hacer nuevas instalaciones.