Conferencia 20032003 POSTES DE CONCRETO ARMADO · 2016-11-03 · concreto armado cuya finalidad es soportar las líneas de distribución eléctrica, mismos que son ... • Un punto

2003III Conferencia Internacional de Diseño e Ingeniería por Computadora

22, 23 y 24 de Octubre 2003

ConferenciaConferencia

20032003

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•Diseño•Diseño

•Ingeniería•Ingeniería

•Colaboración•Colaboración

ANALISIS DE FALLA EN POSTES DE CONCRETO

ARMADO


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MI. Francisco Vital FloresIng. José Manuel Gamero ArroyoLaboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales (LAPEM)Av. Apaseo Ote. s/n, Cd. Industrial C.P. 36541 Irapuato Gto. México.

MI. Raúl Lesso ArroyoIng. José Silver Aguete Teniente Instituto Tecnológico de Celaya Av. Tecnológico esq. A. Garcia Cubas s/n C.P. 38010 Celaya Gto. México.


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INDICEIMPORTANCIA DEL TRABAJO.RESUMEN.INTRODUCCION.ANALISIS DEL PROBLEMA.ESPECIFICACIONES Y FORMULACIÓN.PROCESO DE MODELACION.SOLUCION Y RESULTADOSVALIDACION DE RESULTADOS.CONCLUSIONES


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IMPORTANCIALas líneas de distribución eléctrica son parte medular para la distribución de energía en las diferentes parte del país. CFE preocupada por satisfacer la demanda de energía en toda la república avanza día con día en la investigación y análisis de sus equipos de distribución eléctrica, parte esencial de estos equipos lo son los postes de concreto armado cuya finalidad es soportar las líneas de distribución eléctrica, mismos que son materia de nuestro análisis, debido a las fallas que puedan presentar y en su caso de como se dan estas fallas.


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RESUMEN• Debido a la caída de varias líneas de distribución

eléctrica, en la península de Yucatán, se solicito a la gerencia de LAPEM, el realizar la investigación correspondiente. Esto con la finalidad de determinar las condiciones de falla, de acuerdo con la información recabada durante la investigación, la cual consto de fotografías, manual de obras civiles e informe general de daños provocados a las líneas de distribución, ya que las condiciones a las que fueron expuestos sobrepasan las condiciones de diseño.


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• Un punto importante para esta trabajo, fue el tomar las cargas del viento como estáticas, es decir, analizar el momento en que el poste se encuentra en su condición más crítica, que es cuando el viento lo golpea directamente en un lado de sus caras, ya que no se puede analizar de manera cíclica o a fatiga, debido a que los ciclos que tiene el poste de concreto son muy pocos.

• De acuerdo con en análisis efectuado, se concluyo que los postes de concreto reforzado, sobrepasan por poco los límites de resistencia, por lo cual fallan al estar expuestos a un viento de 200Km/h. Además, de encontrar que varias de las cepas están mal realizadas lo cual ayuda a disminuir la resistencia del poste.

RESUMEN......


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INTRODUCCION

•Fenómenos naturales y sus drásticos efectos, como el reciente paso del huracán Isidorepor la Península de Yucatán el cual registróvientos de hasta 200km/h dentro de la categoría de ciclón, revelan con crudeza el impacto social que genera el carecer de servicios indispensables.


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• El siniestrado mencionado anteriormente, ocasionó perdidas monetarias muy elevadas en lo que concierne a C.F.E. ya que las fuerzas generadas por el viento fueron lo suficientemente grandes como para provocar la fractura de los postes de concreto reforzado.


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• Por consiguiente, la perdida total de sus elementos que lo componen, como son, mampostería, aisladores, líneas de distribución, crucetas, remaches, tornillería etc.


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•Por medio de la modelación en elemento finito, se da a conocer los esfuerzos generados en la base del mismo ya que en esta parte se encuentra la zona más esforzada tanto a tensión como a compresión, llevándonos esto a suponer que algunas de las cepas, en donde se encuentran enclaustrados los postes, están mal realizadas lo cual origina una rigidez pobre en todo el poste.


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ANALISIS DEL PROBLEMA• Para la difinicion del problema es necesario

conocer las propiedades mecánicas de cada uno de los materiales, que componen el poste de concreto reforzado, estos elementos se consideran comocomo un material compuesto, debido a su combinacion de acero estructural y concreto.

• Para el análisis del poste de concreto, se determinaran todas las fuerzas generadas por el viento, que actúan en los diferentes elementos, que conforman la línea de distribución, para observar el comportamiento del poste, ante las condiciones climatológicas.


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ESPECIFICACIONESDe acuerdo con toda la información recabada es posible observar cada una de las componentes que conforman las líneas de distribución y sus características, a continuación se darán a conocer las especificaciones de cada componente que se analizaran.

a)Foto de archivo: MCV-026Sb)Línea de distribución: PGR-4030c)Conductor de la instalación: en estructura “T” CU 3/0d)Aislamiento circuito: 13 PCe)Claro interpostal: 50mf)Altura del poste: 11mg) Resistencia:700Kgh)Empotramiento. 1.60m


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FORMULACIONCon la siguiente formula (ecuación 1) calculamos la fuerza del viento para los diferentes tipos de elementos.

Ecuación 1.

CD = Coeficiente de arrastre ρ = 1.23 Κg/m3 (densidad del viento)V = 200Km./h = 55 m/s (Velocidad mayor registrada en el acontecimiento atmosférico)P = Perímetro de contacto.

PVCDF .2

2ρ=


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• Elementos que conforman una línea de distribución.

Tensión en conductores Peso de conductores y

accesorios

Carga transversal sobre conductores debida al viento

Carga transversal sobre aislador y estructura debida al viento

Carga transversal sobre el poste debida al viento


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• Una vez obtenidas todas las fuerzas que actúan en la línea de distribución, se trasladan a sus centroides correspondientes.

F = 11,080.80NF = 1,777.70N

F = 21,087.10NF = 9319.50N

Empotrado 1.6mNo permitiendo desplazamientos en esta sección


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PROCESO DE MODELACION• Uno de los primeros pasos que se siguen al

momento de analizar un elemento mecánico en elemento finito es el proporcionar todas las dimensiones adecuadas del cuerpo. Así como las propiedades mecánicas de cada material, un punto importante dentro de este aspecto es, el considerar al concreto como un material inelástico, comportamiento no lineal, material frágil y solamente soporta las cargas a compresión. Además, de que posee otras características que se le deben administrar al programa, como se ilustra a continuación.


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• Propiedades del concreto. Modulo de Elasticidad: 30Mpa (compresión)Modulo de Poisson: 0.15Densidad:2500 kg/m3


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• Para el acero estructural, material del que esta constituido la varilla corrugada se le proporcionan las siguientes propiedades. Propiedades del Acero

Modulo de Elasticidad: 400 – 480 MpaModulo de Poisson: 0.292Densidad: 7400 kg/m3

• Se procede a realizar la geometría.


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• El paso siguiente en este análisis, es discretizar la parte inferior del poste, con ello creamos los elementos que lo conformaran es decir el concreto y las varillas. Posteriormente, se realiza la extrusión del área.

Varilla corrugada

Concreto


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• La extrusión es la operación que permite obtener elementos en 3D a partir de elementos planos. La forma de la malla mapeda que tiene la base del poste dan como resultado la estructura del poste de concreto reforzado mostrada en la figura siguiente.


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• El paso final antes de resolver el análisis es aplicar las condiciones de frontera. Estas ubican perfectamente como y en que dirección actúan las fuerzas y restricciones. En este caso, la cepa representa un empotramiento, el cual no le permitirá moverse, es decir los desplazamientos son iguales a cero en esta sección. Además, de aplicar las fuerzas resultantes del aire y componentes que intervienen.

Empotramiento (cepa) 1.6 m.

Fuerzas del viento actuando en el poste

Fuerzas debido al peso de cada una de las componentes


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SOLUCION y RESULTADOS• Una vez que el modelo cuenta con todas variables de entrada,

se procede a solucionar el modelo de elemento finito, obteniendo los siguientes resultados.

Esfuerzos equivalentes


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• A continuación se muestran los esfuerzos principales (Pa) en la varilla, localizados también en el empotramiento


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ANALISIS DE RESULTADOS• En forma de resumen, los cálculos realizados se

presentan en la tabla siguiente, en la cual se muestran los esfuerzos principales máximo y mínimo encontrados en el material de concreto y la varilla corrugada.

Material Esfuerzos Principales Máx. Esfuerzo permisibleConcreto 0.0474 x 109 Pa 0.03 x 109 PaVarilla Corrugada 0.2370 x 109 Pa 0.48 x 109 Pa


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VALIDACION DE RESULTADOS• Para verificar los resultados obtenidos en ANSYS se

recurrió a comparar estos con varias pruebas realizadas en el laboratorio. Estas pruebas consistieron en aplicar las fuerzas debidas al viento y peso de componentes, al poste de concreto. Las cuales se muestran tanto en el poste como el análisis por elemento finito.

F = 1,373.4 N

1.1m

0.30m.

Localización de fuerzas para la prueba

Localización de fuerzas para el análisis


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• Resultados de los desplazamientos (m).


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VALIDACION DE RESULTADOS....• Tomando como base la prueba:

Proveedor: Centrifugados MexicanosLugar: Tuxtla Gutiérrez Chis.P. No. : 5482Fecha de prueba: 17 de Octubre del 2002 Muestra No: 28544Característica : 11-700

• Resultados de las corridas anteriores en comparación con la prueba de laboratorio

Carga Empotramiento Desplazamientos max. (m)

Prueba en Lab. 1,373.4N 1.10m 0.380

Simulación en ANSYS 1,373.4N 1.10m 0.332


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CONCLUSIONESLa importancia de simular las diferentes condiciones climáticas, dentro de los elementos de una línea de transmisión, nos permite no recurrir a campo ni esperar tales condiciones para poder aplicarlas.

Es cierto que cuando las condiciones climáticas son altamente críticas (ciclones, huracanes y tormentas), no habrá teoría ni paquete de computo que puedan salvar la estabilidad de los postes de concreto. Pero estas herramientas sí, nos permitirán aumentar la rigidez o flexibilidad de los mimos para que soporten más carga.

Respecto a la validación de resultados por desplazamiento se tuvieron resultados de alrededor del 12% entre FEA y Pruebas físicas.

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