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3. MARCO TEÓRICO Y DESARROLLO DEL DISEÑO

3.11 FALLAS MÁS COMUNES EN LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

De acuerdo a las hipótesis evaluadas y la acción de las cargas se ve como la torre de energía puede fallar por volcamiento en función de estas cargas, ocasionando que dos patas de la estructuras estén trabajando a flexocompresión y las otras dos estén trabajando a tensión.

Las torres de energía pueden fallar por: “consideraciones incorrectas en el diseño, escasos detalles, defectos de materiales, errores de fabricación, forzado en la colocación de elementos durante la construcción, diferentes grados de atornillado,

entre otros”39. Las fallas estructurales que se presentan en las torres de energía son:

1) Falla de elementos sin desplome de la estructura 2) Falla de elementos con total desplome de la estructura

Habitualmente las fallas en las torres de energía de trasmisión se dan en la base de la torre, precisamente en el punto donde se une la cimentación y el cuerpo principal de la torre, para que este nudo se rígido en conjunto con la cimentación deberá prestarse atención al tipo de suelo donde se cimentara, al grado de compactación en el proceso de relleno y a la profundidad de empotramiento 40

FALLA EN LA CIMENTACIÓN

Se presentan por compresión y flexocompresión de los elementos verticales de la pata de gallo. Otro tipo de falla, que se presenta con frecuencia, es por tensión debido a la escasa profundidad de empotramiento y compactación deficiente del relleno sobre el cimiento.

FALLA POR CAPACIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

Este tipo de daños se deben principalmente a cambios focalizados, como flujo turbulento del viento, cambio de relación de solidez o falta de rigidez y principalmente por velocidades de viento superiores a las de diseño.

39 ARAGÓN Indira Inzunza. CÁLCULO DEL RIESGO EÓLICO EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA. Sociedad mexicana de Ingeniería Civil. [consultado 03 de mayo 2019]. Disponible en Internet: http://www.smie.org.mx/SMIE_Articulos/co/co_18/te_05/ar_06.pdf.

FALLA POR RUPTURA DE CABLES

Ya sea conductor o de guarda, las diagonales debajo de la cruceta donde se soportan dichos elementos se sobreesfuerzan y generan el colapso del panel en el que se localizan.

a) Falla por mala diagonalización. Muchas torres de transmisión han fallado debido que poseen una estructuración de diagonales en forma de “K” o “X”

b) o no poseen un patrón completamente triangular. Esto ocasiona inestabilidad geométrica e insuficiente arriostramiento del elemento principal ocasionando fallas prematuras 41

FALLA DE ELEMENTOS SIN DESPLOME DE LA

ESTRUCTURA:

1) Dos elementos secundarios sobreesforzados en uno o dos lados del panel.

2) Sobreesfuerzo de uno o dos montantes en uno de los lados de los paneles inferiores o en uno de los lados de dos paneles antes o después del panel de las crucetas.

3) Sobreesfuerzo de una sección o de toda la longitud de una o dos piernas en algún panel 42

41 ARAGÓN Indira Inzunza. CÁLCULO DEL RIESGO EÓLICO EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA. Sociedad mexicana de Ingeniería Civil. [consultado 03 de mayo 2019]. Disponible en Internet: http://www.smie.org.mx/SMIE_Articulos/co/co_18/te_05/ar_06.pdf.

42 ARAGÓN Indira Inzunza. CÁLCULO DEL RIESGO EÓLICO EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA. Sociedad mexicana de Ingeniería Civil. [consultado 03 de mayo 2019]. Disponible en Internet: http://www.smie.org.mx/SMIE_Articulos/co/co_18/te_05/ar_06.pdf.

FALLA DE ELEMENTOS CON DESPLOME TOTAL DE LA ESTRUCTURA:

1) Fallan todos los elementos secundarios en dos o más lados de dos paneles consecutivos.

2) Fallan las cuatro piernas de dos paneles consecutivos. 3) Fallan todos los elementos secundarios del panel inferior a la

cruceta en dos o más lados del panel.

4) Fallan dos piernas y los elementos secundarios entre ellas y elementos secundarios en la parte lateral del panel.

5) Falla cualquiera de las vigas en las crucetas.

6) Fallan todos los elementos de dos o más paneles consecutivos. 7) Fallan hasta tres piernas y hasta dos diagonales entre ellas o en el

mismo panel en 3 paneles consecutivos

8) Fallan las columnas y hasta dos montantes de un panel43

43 ARAGÓN Indira Inzunza. CÁLCULO DEL RIESGO EÓLICO EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA. Sociedad mexicana de Ingeniería Civil. [consultado 03 de mayo 2019]. Disponible en Internet: http://www.smie.org.mx/SMIE_Articulos/co/co_18/te_05/ar_06.pdf.

Ilustración 20. Falla por volcamiento en la base de la estructura originada por la

acción de cargas transversales.

Fuente: EMSA. Diseño línea de transmisión a 115 kv entre las subestaciones Ocoa y Guamal. [En línea].

Ilustración 21. Falla por volcamiento en el cuerpo de la estructura por el

desbalance de cargas.

Fuente: EMSA. Diseño línea de transmisión a 115 kv entre las subestaciones Ocoa y Guamal. [En línea].

Ilustración 22. Falla en la estructura con desplome de los elementos

independientes por desbalance longitudinal de los cables.

Fuente: EMSA. Diseño línea de transmisión a 115 kv entre las subestaciones Ocoa y Guamal. [En línea].

Ilustración 23. Falla en la estructura con desplome de los elementos

independientes por desbalance longitudinal de los cables de guarda

Ilustración 24. Falla en elementos independientes durante el montaje.

Fuente: EMSA. Diseño línea de transmisión a 115 kv entre las subestaciones Ocoa y Guamal. [En línea].

Ilustración 25. Falla en las conexiones durante el montaje.

Fuente: EMSA. Diseño línea de transmisión a 115 kv entre las subestaciones Ocoa y Guamal. [En línea].

4. RECOMENDACIONES

Debe incluirse dentro de la guía de diseño un análisis adicional que detalle las cargas de montaje y mantenimiento en las torres de transmisión para considerar estas hipótesis adicionales a las combinaciones de carga presentadas.

Para complementar la presente propuesta de guía básica de diseño es necesario establecer parámetros que permitían abordar el diseño de la estructura en celosía así como el cálculo de cimentaciones para torres de transmisión y en general proyectos de esta índole.

Es imprescindible la comparación de la presente propuesta de guía de diseño con normativas reconocidas internacionalmente y por otros países del hemisferio, de tal manera que se evalúen los conceptos planteados y se complementados con otros encontrados.

5. CONCLUSIONES

- Los diseños existentes actualmente para Colombia realizados bajo los

lineamientos de diseño del Libro de Normalización de Estructuras Metálicas Para Líneas de Transmisión a 230 kV Doble Circuito. Primera Edición, 1989 están basados en la norma IEC-60826. International standard. Overhead transmission lines – Design criteria. 2017. Fourth edition. 2017-02. y el ASCE American Society of Civil Engineers, ASCE 74 Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading, Third Edition. 2009, lo que permite validar la información existente con normas actualizadas.

- Adicionalmente a los parámetros de diseño establecidos en el libro de

normalización de estructuras de Isa, no es suficiente considerar un código eléctrico que limita el diseño civil en las hipótesis de carga relacionadas al excluir las de montaje y mantenimiento, siendo clara la falta de un proceso estandarizado para el cálculo de cargas que evite la pluralización de conceptos. por tanto el presente documento expone lineamientos teóricos que fundamentan el diseño de líneas y torres para transmisión de energía.

- Con base a los requisitos se estipula una guía que contempla combinaciones

automáticas de carga que simplifican los cálculos y optimizan el prediseño de torres de energía reduciendo de esta manera el tiempo de cálculo hasta en un 50% al operar adecuadamente la hoja y teniendo los datos de entrada necesarios, lo que convierte al producto entregado en un valioso proyecto para la comunidad interesada en diseños de esta indole.

- Parte de la propuesta de guía básica de diseño es una descripción detallada de

dedicado el tiempo suficiente al estudio de dicha guía se podrá hacer uso eficiente de las hojas simplificando el cálculo de las estructuras con el empleo de 5 torres de transmisión en celosía, se incluyen 4 diferentes categorías de exposición de terreno..

- Se estableció que la acción de las cargas que afectan las torres de transmisión

son ocasionadas por las condiciones climáticas y principalmente por el efecto del viento en los cables y la estructura como tal, de allí la importancia de una definición adecuada de condiciones iniciales y la categoría de exposición, para establecer un adecuado análisis estático y cálculo de reacciones a cada torre de energía.

- Las fallas en las torres de energía son ocasionadas por la acción de las cargas

transversales y longitudinales en la parte superior de la estructura, estas afectan la base de la misma ocasionando el volcamiento y falla del sistema, de allí el cálculo de reacciones necesarias para evitar dicha acción.

- Dada la importancia y el impacto que tienen los proyectos de líneas de transmisión

de energía se hace importante la instrucción de parámetros básicos de diseño a ingenieros civiles en proceso de formación ya que el análisis estático de las cargas y demás metodologías de diseño expuestas permiten identificar la importancia de dichos cálculos y la poca información de referencia en el país.

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ANEXO 1. INFORMACIÓN DE REFERENCIA NORMALIZACIÓN DE

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