Introducción

Brasil tiene un sistema de generación y transmisión de electricidad a gran escala, con predominio de las centrales hidroeléctricas. El Sistema Interconectado Nacional (SIN) es responsable de la interconexión de los sistemas eléctricos a través de una red de transmisión. Las torres de transmisión son componentes fundamentales de este sistema, soportando los cables de alta tensión que llevan la electricidad a las subestaciones de distribución en los centros urbanos e industriales.

Estas torres de transmisión están diseñadas para soportar cables de alta tensión, así como cables de rayos (en largas distancias) y están dimensionadas para resistir cargas como su propio peso, el viento y los cables, en caso de rotura.

Uno de nuestros clientes solicitó una evaluación estructural de cinco torres de transmisión eléctrica porque presentaban manifestaciones patológicas. Cabe señalar que las líneas de transmisión soportadas por estas torres son cruciales para el proceso de producción del cliente, ya que transportan energía a la subestación de su planta industrial. La figura 1 muestra la disposición general de uno de los activos en cuestión.

Figura 1: Disposición de la torre de transmisión. FUENTE: Colección Kot.

Teniendo esto en cuenta, Kot propuso realizar una evaluación completa de Structural Integrity de las estructuras metálicas, desde el estudio de campo inicial hasta la evaluación estructural, con propuesta de refuerzos estructurales. A continuación se indican algunas de las etapas seguidas en el estudio.

Encuesta sobre el terreno

Inicialmente, se llevó a cabo una inspección sobre el terreno para evaluar el estado estructural real de las torres. Este servicio tenía por objeto identificar no conformidades y manifestaciones patológicas en estas estructuras de celosía. Durante la inspección, fue posible cartografiar puntos de corrosión y oxidación, así como deformaciones plásticas en algunas zonas de los perfiles metálicos. Algunas de las manifestaciones patológicas identificadas pueden verse en la Figura 2.

Figura 2: Corrosión (izquierda) y deformación plástica (derecha). FUENTE: Colección Kot.

Además, Kot realizó comprobaciones dimensionales de las estructuras para verificar las posibles discrepancias entre las condiciones de diseño y las realmente encontradas sobre el terreno. Al final del trabajo de campo, los datos recogidos permitieron elaborar el informe de inspección visual, que incluía un mapa de las manifestaciones patológicas y las no conformidades observadas, así como una evaluación de sus riesgos y de las acciones necesarias para restaurar las torres.

Método de los elementos finitos (MEF) para el análisis estructural

El estudio avanzó con el análisis estructural de las torres mediante el método de los elementos finitos (MEF). Para aplicar esta metodología, fue necesario evaluar la documentación del proyecto, así como la recogida sobre el terreno. En este sentido, el modelo generado tuvo en cuenta las manifestaciones patológicas identificadas, como puede verse en la Figura 3.

Figura 3: Representación de la deformación plástica identificada sobre el terreno en el modelo informático. FUENTE: Colección Kot.

Análisis estructural

El análisis estático fue la primera de las comprobaciones realizadas, de acuerdo con las normas aplicables. Durante este estudio, los índices de utilización (UI) más elevados se encontraron en elementos que ya estaban comprometidos, bien por corrosión o incluso por alabeo. Los resultados obtenidos se presentaron visualmente mediante una escala de colores. Como puede observarse en la Figura 4, se comprobó que los elementos de las barras estaban sometidos a tensiones superiores a las admisibles (elementos en rojo), lo que demuestra la necesidad de refuerzos estructurales.

Figura 4: Índices de utilización en elementos de barra de torre. FUENTE: Colección Kot.

Los análisis de elementos de barra se realizaron con el software propio de Kot, Procal 3D. Procal 3D. Visite LinkedIn o Instagram para ver un vídeo sobre la principal herramienta de ingeniería utilizada aquí en Kot, en palabras de Frederico Mol, Director Técnico y responsable de Procal.

Las conexiones se analizaron con arreglo a los criterios normativos vigentes, utilizando un método analítico y teniendo en cuenta los diversos tipos de conexión presentes en el activo. Se comprobó que, en condiciones de viento de tormenta (VT), las conexiones de la torre son susceptibles de sufrir tensiones excepcionalmente elevadas, lo que da lugar a la posibilidad de cizallamiento de los pernos. En el caso de vientos de funcionamiento normal (V0), la torre cumple las normas de ingeniería. La figura 5 muestra los elementos en los que fallaron las conexiones.

Figura 5: Elementos con conexiones fallidas. FUENTE: Colección Kot.

Durante el análisis modal se evaluaron los modos naturales de vibración de la estructura, comprobando posibles acoplamientos y resonancias de las torres con el viento. Los resultados mostraron que no había riesgo de acoplamiento para los vientos longitudinales y transversales. La figura 6 muestra uno de los modos naturales de vibración identificados.

Figura 6: Modo natural de vibración identificado. FUENTE: Colección Kot.

Soluciones propuestas

Kot propuso cambios en la parte superior de la torre para cumplir los criterios reglamentarios y mitigar los riesgos estructurales, ya que se observaron disconformidades durante el transcurso de los trabajos. Tras definir los refuerzos que se propondrían, se realizó una comprobación estructural para validar las modificaciones recomendadas. La figura 7 muestra algunas de las soluciones sugeridas.

Figura 7: Cambios propuestos. FUENTE: Colección Kot.

Conclusión

Durante el estudio, fue posible identificar varios componentes críticos en los activos, con corrosión acentuada y deformaciones plásticas, para los que se recomendó la sustitución inmediata. Además, en el análisis estático fallaron elementos de barras debido a las UI obtenidas, lo que motivó la propuesta de refuerzos estructurales. Por último, Kot también propuso modificaciones para adaptar el resto de las estructuras al escenario de vientos tormentosos.

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