Nota

Universidad Nacional del Nordeste - Facultad de Ingeniería

14 de Octubre de 2013 | 6 ′ 14 ′′

Estudian cómo mejorar diseños y estructuras de torres de alta tensión

Algunas estructuras civiles flexibles como las chimeneas, los puentes y las torres de líneas de transmisión de energía eléctrica, son susceptibles de sufrir inestabilidad dinámica por la acción de fuerzas generadas por el viento. Al momento de su construcción, estas estructuras son diseñadas teniendo en cuenta distintos coeficientes que consideran los efectos que producen determinados fenómenos climáticos. Investigadores realizan diversos ensayos para optimizar y actualizar la información que aportan los coeficientes.

En la actualidad, los valores de los coeficientes que estiman los efectos de los fenómenos climáticos están compilados en códigos, pero no contemplan cierto tipo de tormentas que pueden hacer colapsar las estructuras flexibles. Estos eventos son conocidos como tormentas verticales descendentes y los vientos que producen son de difícil detección y registro, debido a la brevedad de su duración y a su localización espacial aleatoria. De esta manera se vuelven un fenómeno de extrema dificultad para su codificación.

Con el objeto de enriquecer la información existente que incluya los efectos no tenidos en cuenta en los reglamentos, un equipo de investigación del laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Nordeste, dirigido por el ingeniero Mario de Bórtoli, trabaja en comprobar valores registrados y códigos vigentes, con los obtenidos en forma experimental.

Según indicaron los investigadores a Argentina Investiga, la idea del equipo, integrado también por los ingenieros Jorge Marighetti; Sandra Udrízar Lezcano; Federico Solari y Jorge Raicevich, es aportar información actualizada a los proyectistas para el diseño de estructuras sometidas a fenómenos originados por el viento.

Etapas

En el proyecto se analiza la forma en que se obtuvieron los códigos vigentes para continuar luego con simulaciones y ensayos, cuyos resultados serán contrastados para sacar una conclusión general. Sin dudas, la simulación de las diferentes estructuras es el ensayo que mayor información brindará al trabajo. El laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería dispone de un túnel de viento que reproduce la capa límite de la atmósfera, destinado al estudio estructural con modelos reducidos. En el túnel se generan los efectos de los vientos sinópticos, es decir, aquellos vientos que normalmente afectan a las estructuras, de los cuales ya hay registros.

Ante la necesidad de conocer las características de las tormentas verticales de carácter transitorio, el equipo de investigadores trabaja en el diseño de un nuevo túnel que reproduzca este fenómeno, que en un escenario real se asemeja a una columna de aire que desciende e impacta en el suelo, expandiéndose y produciendo vórtices. Mediante un dispositivo provisto de ventiladores y álabes directrices, las columnas de aire que circulen en el túnel simularán el efecto superpuesto de tormentas regulares y descendentes.

Esta otra etapa, con la construcción del nuevo túnel, permitirá la reproducción de eventos transitorios y el estudio a escala reducida de torres y líneas de transmisión de energía eléctrica expuestas a la acción de aquéllos. Los resultados obtenidos se compararán con los aportados por reglamentos y códigos de viento y los obtenidos en el ensayo en túnel de viento de escurrimiento horizontal, para comparar el grado de influencia que provoca la modificación de la configuración de las cargas de viento.

Importancia

El impacto de esta investigación en el desarrollo tecnológico es concreto: dará una mayor confiabilidad al diseño estructural y un gran ahorro en costos ante eventuales debacles.

La optimización de métodos de cálculo y la utilización de materiales cada vez más sofisticados llevó a un diseño y construcción de estructuras cada vez más livianas, de baja rigidez y menor amortiguamiento, convirtiéndolas en elementos muy sensibles a los efectos dinámicos inducidos por el viento.

Se aplicará este conocimiento al diseño de estructuras civiles consideradas livianas, las más comunes: puentes y torres de líneas de transmisión de energía eléctrica. Las líneas de transmisión de energía eléctrica, generalmente del tipo de torres tensadas o autoportantes, son estructuras de perfiles metálicos en forma reticulada. Desde el punto de vista aerodinámico, torres y conductores se consideran estructuras esbeltas, pero por su peso son consideradas livianas.

Debido a la extensión de las líneas de transmisión de energía eléctrica, es alta la probabilidad de ser sometidas a cargas de viento provenientes de eventos muy localizados: tormentas eléctricas, corrientes descendentes y tornados, lo que las sitúa como una estructura civil con características muy particulares, desde el punto de vista de la confiabilidad estructural. Claro ejemplo de lo expuesto son los colapsos imprevistos de torres, que aun siendo apropiadamente diseñadas bajo criterios de los códigos de viento más actualizados, fallan con vientos fuertes, algunas veces de velocidades menores que la velocidad básica del sitio del proyecto o de diseño.

En menos de cuatro años, entre 1991 y 1995, la línea de 132 kV (LAT), Monte Caseros - Curuzú Cuatiá, fue impactada por dos tornados que pusieron en serio riesgo el abastecimiento del SE de la provincia de Corrientes. El primer evento derribó siete estructuras de hormigón pretensado simple terna y el segundo hizo colapsar siete torres doble terna. La segunda tormenta, en octubre de 1995, resultó de severa intensidad, con vientos estimados en 130-160 km/h y una extensión de 3km de ancho por 40 km de largo.

De igual manera, la tendencia en la construcción de puentes suspendidos (stiffened suspension bridges) y de obenques (cable-stayed girder bridges) es el aumento en la longitud de los tableros con tramos libres entre apoyos, que generó una mayor sensibilidad a los efectos dinámicos inducidos por el viento en el comportamiento estructural. Por ello, en la actualidad, los esfuerzos en la etapa de diseño de puentes están orientados principalmente al estudio de las respuestas dinámicas provocadas por fuerzas aeroelásticas y el análisis de su estabilidad estructural.

Juan Monzón Gramajo
José Goretta
Laura Duarte Galarza
Universidad Nacional del Nordeste

Departamento de Comunicación Institucional
monzongramajo@hotmail.com
www.unne.edu.ar


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