OPTIMIZACIÓN DE POSTES DE HORMIGÓN ARMADO PARA TENDIDO ELÉCTRICO

Arredondo, Javier Agustín; Gutiérrez, Sergio Eduardo

Ingenieros Civiles Instituto de Estructuras “Ing. Arturo M. Guzmán”

Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán javiarredondo@gmail.com, sgutierrez@herrera.unt.edu.ar

RESUMEN

La Norma IRAM 1603 establece las características de los postes de hormigón armado, de sección anular y forma troncocónica, que se emplean como soporte de líneas aéreas destinadas a la transmisión de energía eléctrica y de telecomunicaciones. La norma fija los métodos de ensayo a los cuales se someten los postes para determinar su resistencia y caracterizar su comportamiento. Se destaca el ensayo a flexión en su fase elástica y fase de carga hasta la rotura, mediante el cual se obtiene el valor de la carga última característica a flexión (R).

En este trabajo, se estudian los requerimientos de diseño y resistencia establecidos por norma para un poste de 9 metros de largo y 600 daN de resistencia última nominal, por ser estos de uso masivo. Se analiza numéricamente el comportamiento estructural en base de un estudio paramétrico para diferentes hormigones y armaduras. A partir de este análisis y teniendo en cuenta distintas alternativas de diseño se determina la carga de inicio de fisuración, la curva fuerza-desplazamiento y la carga de rotura con vista a lograr una optimación de material que satisfaga las exigencias normativas.

ABSTRACT

Argentinian National Standard IRAM 1603 establishes the characteristics of reinforced concrete poles with an annular section and frustoconical shape, which are used as support for overhead lines for the transmission of electrical energy and telecommunications. The standard specifies the test methods to which poles are subjected to determine their strength and characterize their behavior. The bending test is highlighted in its elastic phase and load phase until failure, so the value of the characteristic ultimate bending load (R) is obtained.

In this assay, the design and resistance requirements established by the standard are studied for a 9 meters long pole and 600 daN nominal strength. The structural behavior is numerically analyzed based on a parametric study for different concretes and reinforcements. From this analysis and taking into account different design alternatives, the cracking initiation load, the force-displacement curve and the failure load are determined in order to achieve an optimization of the material that satisfies the regulatory requirements.

1. INTRODUCCIÓN

A partir del constante crecimiento de la red eléctrica en nuevos emprendimientos de infraestructura para barrios e industria, sean urbanos o rurales, la producción de postes de hormigón armado (H°A°) para tendidos eléctricos se ha incrementado de manera importante. Actualmente es el tipo de poste más utilizado para instalaciones eléctricas de baja, media y alta tensión. Presentan varias ventajas frente a los tradicionales postes de madera, entre las cuales se destaca su larga vida útil, mayor capacidad de carga, y baja necesidad de mantenimiento. El uso del hormigón en la fabricación de postes significa el aprovechamiento de todas las ventajas de la prefabricación, la gran durabilidad que se obtiene con un hormigón bien ejecutado y su absoluta incombustibilidad. A su vez, el desarrollo de nuevas técnicas para la fabricación de este tipo de estructuras ha permitido la elaboración de distintos tipos de postes de acuerdo con las necesidades y solicitaciones requeridas, siendo los más utilizados en el país los postes troncocónicos de sección anular. En Argentina los métodos para la fabricación de postes son mediante vibrado o centrifugado, permitiendo una mejor compactación y distribución del hormigón, brindando una mayor capacidad de carga y mejores propiedades de adherencia. La Norma IRAM 1603 establece las características de los postes de hormigón armado, de sección anular y forma troncocónica, que se emplean como soporte de líneas aéreas destinadas a la transmisión de energía eléctrica y de telecomunicaciones. La norma fija los métodos de ensayo a los cuales se someten los postes para determinar su resistencia y caracterizar su comportamiento. Se destaca el ensayo a flexión en su fase elástica y fase de carga hasta la rotura, mediante el cual se obtiene el valor de la carga última característica a flexión (R). Los objetivos de este proyecto son analizar los requerimientos de diseño y resistencia para los postes de H°A° según la normativa vigente, estudiar diferentes alternativas de diseño y dimensionado, analizar numéricamente el comportamiento estructural de los mismos, en base a un estudio paramétrico para diferentes hormigones y armaduras. Finalmente, evaluar los resultados obtenidos con vista a una optimización del material. Mediante el uso de la herramienta computacional ANSYS Workbench se busca establecer un modelo de elementos finitos capaz de capturar el comportamiento de los postes sometidos al ensayo a flexión, permitiendo así evaluar cómo afectan distintas modificaciones en el diseño. Se determinará a partir del modelo la carga de inicio de fisuración, la curva fuerza-desplazamiento y se estudiará el tipo de falla más probable a través del análisis de los resultados que provee el programa.

2. ESTADO DEL ARTE

Respecto al tema estudiado, se destacan las siguientes investigaciones, citadas en la bibliografía. Guijjaro y Subía (2009) realizaron un estudio comparativo de la capacidad a corte de postes circulares de hormigón variando la ubicación del armado transversal y sometiendo a los especímenes a un ensayo a flexión. En el mismo se ensayaron 4 postes de 12 metros de largo total, dos de los cuales llevaban estribos por fuera de la armadura longitudinal, mientras que los 2 restantes llevaban el estribo por dentro. Se utilizaron los datos de ensayos de campo provistos en su trabajo para realizar una validación de los resultados obtenidos mediante ANSYS. Un artículo, escrito por Shalaby (2015), examina el comportamiento a flexión de postes utilizando análisis de elementos finitos (EF) con el software ANSYS. Se modelaron dos postes de igual geometría, pero distinta cantidad de barras de refuerzo, compuestas de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV), y se compararon los resultados con datos experimentales. Como los postes analizados en este trabajo, los postes examinados por Shalaby son de sección troncocónica anular. Angeling (2017) realizó un estudio de optimización de postes de hormigón pretensado utilizados en Suecia, donde el objetivo fue reducir el peso de los mismos modificando la geometría y usando modelos de elementos finitos para verificar los requerimientos de carga. El software utilizado fue BRIGADE/Plus, que guarda similitudes con ANSYS. Frediani (2020) trabajó con ANSYS para el cálculo de refuerzo de vigas de H°A° con hormigón de altas prestaciones reforzado con fibras. En su investigación, se realizó un análisis no lineal para el cual se adoptó el modelo geomecánico de Menetrey-Willam (1995) para el hormigón simple y el hormigón reforzado con fibras, y una curva de endurecimiento isotrópico multilineal para la armadura. Su trabajo fue tenido en cuenta a la hora de adoptar parámetros para los materiales utilizados en la simulación de los postes. 3. POSTES CIRCULARES DE HORMIGON ARMADO

Los postes circulares de sección anular de hormigón armado son elementos estructurales ubicados de forma vertical, con armadura longitudinal y transversal, que trabajan de forma simultánea para resistir cargas o fuerzas. La Norma IRAM 1603 establece requisitos generales en cuanto a materiales, agregados, agua, aditivos, cemento y tipo de acero a utilizar en la fabricación de los postes de hormigón armado para soporte de instalaciones aéreas, con referencia a las Normas IRAM correspondientes.

La resistencia característica a compresión del hormigón (f’c) debe ser igual o mayor a 30 MPa. La sección de los postes debe ser anular y forma troncocónica regular, y su conicidad exterior debe estar entre 1,5 cm y 2,0 cm por metro como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Perfil longitudinal.

La altura de los postes varía según las necesidades prácticas del uso que requieran, desde 7,50 m y 8,50 m para postes de baja tensión hasta longitudes mayores a 17 m en postes de alta tensión. La longitud de empotramiento mínima considerada debe ser igual a L/10, siendo L el largo total del poste y con este largo de empotramiento debe diseñarse la armadura. La longitud de empotramiento puede ser mayor y debe tenerse en cuenta en el ensayo. En cuanto al recubrimiento de la armadura, debe ser como mínimo 1,5 cm y se debe tener en consideración las condiciones ambientales a las cuales va a estar expuesto, como también la presencia de suelos agresivos.

Figura 2. Sección transversal.

La norma distingue entre las siguientes cargas: La carga de rotura es la que aplicada al poste a 20 cm de la punta produce el colapso estructural del mismo; causado por la fluencia del acero, aplastamiento del hormigón o un efecto simultáneo de ambos. La misma se aplica perpendicular al eje longitudinal del poste. La carga nominal de rotura es la definida por el cálculo estructural de la sección y debe estar especificada por el fabricante. Los postes circulares de hormigón armado ensayados a flexión deben soportar una carga mayor o igual a la carga última mínima a la flexión presentada en la tabla 1 según el largo del poste.

Largo del poste

L

Carga última mínima

a la flexión

(m) (daN)

L ≤ 8 300

8 < L ≤ 10 400

10 < L ≤ 12 500

12 < L ≤ 13 600

13 < L ≤ 14 900

14 < L ≤ 16 1200

16 < L ≤ 17 1500

17 < L ≤ 18 1800

18 < L ≤ 19 2100

Tabla 1 – Carga última mínima a flexión.

En cuanto a la fisuración los postes de media tensión deben cumplir con los siguientes valores mínimos:

• carga de inicio de fisuración: 25% de la carga última a flexión;

• carga límite de abertura de fisuras: 35% de la carga última a flexión.

La tabla 2 indica cargas de inicio de fisuración y carga límite de abertura de fisuras para los postes utilizados para soporte de líneas de transmisión de energía eléctrica de media tensión, según su largo, carga última a flexión y diámetro. La norma recomienda el uso preferencial de los postes encerrados por líneas gruesas, particularmente los marcados por una cruz por ser estos de uso masivo.

Bajo la carga de inicio de fisuración E no se debe producir descascaramientos del H° en la zona comprimida ni fisuras mayores que 0,1 mm de ancho en la parte traccionada.

Bajo la carga límite de abertura de fisuras F no se deben producir descascaramientos de los agregados gruesos del H° en la zona comprimida, ni fisuras mayores que 0,2 mm en la parte traccionada, para condiciones y solicitaciones normales de trabajo.

Tabla 2 – Cargas y diámetros de los postes.

4. ENSAYO A FLEXIÓN EN POSICIÓN HORIZONTAL

Para la realización del ensayo, se empotra el poste en posición horizontal adoptando las precauciones necesarias para anular los efectos del peso propio, sin que esto impida la deformación del poste debido a la carga del ensayo. La carga se aplica a 20 cm de la cima del poste, mediante algún sistema que permita abrazar al poste en dicha sección, como ser una eslinga o una camisa metálica (figura 3).

Figura 3: Ensayo a flexión en posición horizontal.

La lectura de las flechas se debe realizar entre un plazo mínimo de un minuto y dos como máximo después de aplicada la carga.

Antes de comenzar el ensayo, se debe verificar que el o los elementos de apoyo que contrarrestan el peso propio del poste, puedan deslizarse libremente. Al descargar el poste, las mediciones de flecha residual deben realizarse luego de someter al poste a una serie de oscilaciones alternadas para vencer los esfuerzos de rozamiento en los apoyos. El ensayo cuenta con una fase elástica y una fase de rotura. En la fase elástica la carga se incrementa de forma gradual hasta llegar al 55% de la carga última a flexión. Una vez alcanzada se debe descargar gradualmente. Luego de completado el procedimiento de carga en fase elástica, se eleva la carga al 70% de la carga última a flexión y sin descargar y, de forma moderadamente creciente, se eleva la carga en incrementos sucesivos del 10% de la carga última a flexión, registrando la flecha alcanzada en cada escalón de carga. El colapso debe producirse con una carga mayor o igual al 95% de la carga última a flexión del poste. El poste se designa según su largo nominal en metros (L), seguido de la letra R y el valor de la carga última a flexión en decanewton (daN). Al comenzar la investigación se contaba con datos de un ensayo a flexión realizado en planta en el año 2012 a un poste 9 R 600 del cual se desconocían las armaduras. Recientemente este año 2021 se realizó un nuevo ensayo sobre un modelo del Poste 1 descripto más adelante en el presente trabajo, y se obtuvieron los siguientes resultados.

Datos Experimentales

Carga [daN]

Flecha [mm] Año

2012 2021

0 0 0

120 70 80

240 170 240

360 265 412

480 380 563

540 450 -

600 550 770

665 - 1000

Tabla 3 – Ensayo a flexión.

Figura 4 – Curva fuerza-desplazamiento de ensayos experimentales.

5. MODELADO NUMÉRICO

Para el modelado de los postes se utilizó el software Ansys Workbench 2020 R2, utilizando la nueva función que permite dar a los elementos tipo biela (Line Bodies) la cualidad de “refuerzo” (Reinforcement) simplificando de gran manera el modelado de estructuras de hormigón armado. Para los modelos constitutivos de los materiales se tuvieron en cuenta los modelos utilizados en el proyecto del Ing. Frediani al haber dado una buena correlación con datos experimentales. Para el acero de las barras se utilizó una curva de endurecimiento isotrópico multilineal obtenida de ensayos realizados en el Instituto de Estructuras de la Universidad Nacional de Tucumán. Para el hormigón se utilizó un modelo elastoplástico de Menetrey-Willam al cuál se le agregó una curva de endurecimiento/ablandamiento introduciendo parámetros que permiten describir el comportamiento que tendrá el hormigón en el modelo, una vez superada su resistencia.

Figura 5 – Mallado de elementos finitos en el sentido longitudinal del poste.

Los postes se modelaron a partir de la sección de empotramiento, ubicada a un décimo de la altura total del poste desde la base. Para el mallado se tuvo en cuenta el modelo generado en la investigación de Shalaby adoptándose una discretización similar, dividiendo longitudinalmente el poste cada aproximadamente 70 mm, y en la sección transversal como se muestra en la Figura 5, con 3 elementos en el espesor y dividiendo radialmente cada 18° (resultando en 20 elementos por anillo).

En cuanto a las condiciones de borde, se restringieron los desplazamientos de la sección de la base del modelo y se aplicaron desplazamientos a la sección a 200 mm de la cima del poste en pasos controlados de carga, obteniendo los valores de fuerza (“Force Reaction”) correspondiente a cada desplazamiento.

6. ANÁLISIS DE UN POSTE 9 R 600

El poste de 9 metros tomado como objeto de estudio en este proyecto, presenta las siguientes características físicas:

• Longitud total del poste: 𝐿 = 9,00 𝑚

• Diámetro de la base del poste: 𝐷𝑏 = 30,50 𝑐𝑚

• Diámetro de la punta del poste: 𝐷𝑝 = 17,00 𝑐𝑚

• Espesor de las paredes constante a lo largo de la altura del poste: e = 6,00

𝑐𝑚

• Conicidad: C = 1,50 𝑐𝑚/𝑚

La geometría descripta se mantuvo en todos los modelos de poste propuestos, ya que la misma cumple con lo estipulado en la Norma IRAM 1603. La armadura de la que se partió el análisis consiste en 18 barras de 8 mm de diámetro, de las cuáles 6 van desde la base hasta la punta del poste, otras 6 hasta 7 metros de alto y las 6 restantes hasta los 5 metros desde la base. Se denominó a este poste “Poste 1” por ser el modelo inicial de la investigación. (ver Figura 6)

Figura 6 – Esquema de la distribución de armadura longitudinal en el Poste 1.

En cuanto a la resistencia, el diseño del poste está realizado para una carga nominal, o carga última a flexión (R) de 600 daN.

Se aplicó un desplazamiento controlado a la sección a 200 mm de la punta, llegándose hasta 800 mm, y se obtuvo la fuerza de reacción en la sección, permitiendo obtener la siguiente curva Fuerza vs Desplazamiento:

Figura 7: Fuerza vs Desplazamiento obtenido en ANSYS (Poste 1) y datos experimentales.

El quiebre de la curva corresponde a la carga de inicio de fisuración, que ocurre en el modelo para un desplazamiento aproximado de 60 mm, con una carga de 145 daN. La máxima carga alcanzada en la simulación fue de 564,20 daN correspondiente a los 800 mm de desplazamiento.

Del programa se obtienen los mapas de colores correspondiente a la tensión equivalente en el hormigón y en la armadura, como también el correspondiente a la deformación plástica equivalente, con la cual se obtiene una idea de la fisuración en el H°. También se observa la deformación direccional del poste producto del desplazamiento aplicado.

Figura 8: Tensión equivalente en el hormigón en MPa (lado comprimido).

Figura 9: Deformación plástica equivalente para una flecha de 10 cm (lado traccionado).

Figura 10: Tensiones normales en la armadura (MPa) para una flecha de 37 cm (vista lateral).

A primera vista pueden observarse concentraciones de tensiones en las secciones de transición de armaduras longitudinales (a los 5 y 7 metros desde la base) y cerca del empotramiento, que aumentan a medida que crece el desplazamiento aplicado. También a partir de estas secciones se concentran las deformaciones plásticas en el hormigón, las cuáles indican fisuración en el lado traccionado. Estos resultados se tuvieron en cuenta a la hora de plantear variaciones en la armadura.

Una vez modelado el Poste 1 con H-30, resistencia mínima del hormigón según norma IRAM 1603, se realizó una nueva corrida del programa modificando solamente los parámetros de resistencia del hormigón llevándolo a un H-25. Esto se hizo para analizar como varía el comportamiento estructural del poste en función de la resistencia característica del hormigón.

Se obtuvo así del programa la curva Fuerza-Desplazamiento para ambos modelos, a partir del desplazamiento aplicado y la fuerza de reacción.

Figura 11: Relación fuerza-desplazamiento para el Poste 1 variando el hormigón.

Se observa una leve traslación de la curva, siendo la principal diferencia la carga que inicia la fisuración del poste. A partir de ese momento, los postes presentan un comportamiento casi idéntico, el cual depende del tipo y distribución de la armadura adoptada, y del modelo constitutivo del acero ingresado en el programa.

Tras observar en los primeros resultados obtenidos en el programa que la carga no alcanzaba los 600 daN, y que el comportamiento a flexión del poste depende en gran medida de la armadura, se procedió a plantear variaciones del diseño de armadura buscando mejorar el comportamiento.

En el Poste 1 se observó una gran concentración de tensiones en el hormigón y la armadura en el último tramo de 2 metros, con solo 6 barras de 8 mm de diámetro (Ø8) distribuidas uniformemente en la sección. Como primera variante se probó un escalonamiento de la armadura en dos tramos, en lugar de en tres, contando con 9 barras de 8 mm de diámetro hasta los 6 metros de altura y otras 9 barras en toda la longitud. Esto representa un 7% de incremento en la armadura longitudinal del poste. Este modelo de poste se denominó Poste 2.

Para el Poste 3, se agregaron dos barras de 8 mm de diámetro, una hasta los 6 metros desde la base y otra hasta los 9, resultando en dos grupos de 10 barras. En este caso el incremento porcentual de armadura en peso respecto al Poste 1, es de 19%.

En el Poste 4 y el Poste 5 se introdujo el uso de barras de 10 mm de diámetro (Ø10), el diámetro comercial que le sigue a las barras de 8. En el Poste 4 se combinaron 9 barras Ø8 en la longitud total del poste con 6 barras Ø10 hasta los 6 metros desde la base. Para el Poste 5 se probó con 12 barras Ø10 en toda la longitud del poste distribuidas uniformemente. Ambos representan un aumento similar en la armadura con respecto al Poste 1, mayor que en los modelos anteriores.

La siguiente tabla resume los modelos de postes analizados:

Ø8 Ø10 Peso A°

[kg] Incremento

%

Nb° L [m] Nb° L [m]

Poste 1

6 5 - -

49.8 - 6 7 - -

6 9 - -

Σ 18 126 - -

Poste 2 9 6 - -

53.3 7.14 9 9 - -

Σ 18 135 - -

Poste 3 10 6 - -

59.3 19.05 10 9 - -

Σ 20 150 - -

Poste 4 9 9 9 6 65.3 31.23

Σ 9 81 9 54

Poste 5 - - 12 9 66.6 33.89

Σ - - 12 108

Tabla 4 – Armadura de los modelos de postes estudiados.

Figura 12 – Esquema de la armadura longitudinal de las variaciones estudiadas.

El gráfico de la figura 16 ilustra las relaciones fuerza-desplazamiento para los Postes 2-5, junto al Poste 1 y el resultado del ensayo experimental. Tanto carga como desplazamiento corresponden a la sección a 20 cm de la punta, donde se aplica el desplazamiento.

Figura 13: Relación fuerza-desplazamiento para los modelos de EF 1-6.

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

En el Poste 1 analizado con ANSYS, no se pudo alcanzar la carga última a flexión de diseño aún para un desplazamiento aplicado de 800 mm. La respuesta en el programa es más rígida al principio y luego más flexible que en el ensayo experimental del año 2012. Es muy probable que los datos de ensayo sean de un poste distinto al modelado, ya que no se poseen datos sobre su armadura. El mismo se tuvo en cuenta al comenzar la investigación por ser el único dato experimental disponible. También un mal posicionamiento de la armadura puede afectar los resultados, la cual es susceptible a corrimientos en caso de una colocación inadecuada o falta de precaución durante el llenado y vibrado.

En los resultados obtenidos del modelo computacional se observa un mayor rigidez del primer tramo puede se debe a las condiciones de borde empotrado de la malla de elementos finitos, lo cual no se reproduce completamente durante el ensayo experimental. También influye en esta etapa el módulo de elasticidad, que fue adoptado en base a fórmulas empíricas a partir de una resistencia característica nominal.

En cuanto a la curva del poste ensayado este año 2021, en el cual se dispuso la

armadura en función del poste 1 estudiado, se observa una mayor similitud con los resultados obtenidos en el modelo. La pendiente de la segunda rama de la curva coincide en ambas curvas, siendo la principal diferencia una mayor rigidez en el modelo computacional y el hecho de que en el caso experimental se alcanzó la carga de diseño de 600 daN para un desplazamiento de 770 mm mientras que en el modelo la carga máxima a la que se llegó fue de 564 daN, lo cual puede explicarse a partir de la sobrerresistencia existente en las barras de acero.

Como se menciona anteriormente, en función del comportamiento del poste 1 observado en la simulación numérica se procedió a los cambios en búsqueda de una mejor respuesta, lo cual resultó en incrementar y variar la armadura, sin considerar ya el resultado del ensayo experimental.

De los resultados se determinó que la armadura del último tramo de 2 metros del poste original (6 barras Ø8) genera concentraciones de tensiones en la sección donde cambia la cantidad de barras. Las máximas tensiones del acero se obtuvieron en este tramo, junto a las máximas deformaciones plásticas en el hormigón y un consecuente quiebre en la deformada incrementando los desplazamientos en la punta como se observa en la Figura 14 Se ocultó el sólido del hormigón para que se observe el cambio en la armadura.

Figura 14: Desplazamientos en la punta del poste en milímetros.

Figura 15: Deformación plástica equivalente, con máximos en las secciones donde se reduce la armadura.

Estos resultados coinciden con lo que se observó en el ensayo experimental, en el cuál la mayor fisuración del poste se dio en la sección correspondiente al cambio en la armadura.

Figura 16: Fisuración del poste en el ensayo experimental.

En todas las curvas obtenidas de las distintas simulaciones se observa un comportamiento general muy similar, siendo posible dividir la curva en tres tramos bien diferenciados.

El primer tramo, recto y de mayor pendiente corresponde a la acción conjunta del hormigón y el acero para resistir la deformación aplicada, dentro del rango elástico. El mismo depende de la rigidez del conjunto, y es afectado por las propiedades elásticas ingresadas en el programa. Este tramo finaliza con la fisuración del hormigón, causando una disminución en la rigidez de la respuesta. De los mapas de deformación plástica equivalente, se intuye que la fisuración inicial se forma del lado traccionado cerca del empotramiento, seguido de las secciones donde cambia la armadura, a medida que avanza la deformación.

En el segundo tramo se obtiene una reacción aproximadamente lineal de la estructura dependiente ahora de las propiedades del acero, la cantidad de barras y su distribución en la sección y a lo largo del poste.

El tercer tramo tiene un inicio menos marcado que el anterior, en el cual la pendiente de la curva comienza a disminuir gradualmente. Esto coincide con el inicio de la deformación plástica en el acero, según la curva de endurecimiento considerada en el modelo. Se observa que esto sucede para los modelos de Poste 1 al 4 en las secciones donde se cortan las barras, disminuyendo la cuantía de armadura de la sección abruptamente. Luego a medida que avanza el ensayo, plastifica también la armadura en el empotramiento. En el Poste 5 se produce inicialmente en la base, ya que la armadura se mantiene constante en toda la longitud del poste resultando esta sección en la base la más solicitada.

El programa presenta problemas de convergencia al llevarse el ensayo a deformaciones mayores, lo máximo que se alcanzó de desplazamiento aplicado fue 800 mm, por lo que se buscó llegar hasta este punto por lo menos para todos los modelos de postes. Al trabajar con deformación controlada, la carga es variable y diferentes los valores para cada caso, con máximos valores de carga distintos como se ve en la tabla 5.

Modelo de poste Carga para una flecha de 800 mm (daN)

Poste 1 564,20

Poste 2 575,05

Poste 3 627,42

Poste 4 613,99

Poste 5 621,76

Tabla 5 – Carga última para Modelo a flexión.

Si bien no se llegó al colapso estructural en ningún modelo, en todos los casos la armadura alcanzó la tensión de fluencia, y el hormigón su resistencia a compresión adoptada en el modelo con el valor de la resistencia característica. La curva obtenida del programa es una buena indicación del comportamiento de la estructura.

En la curva fuerza-desplazamiento del Poste 2 se observa un comportamiento muy similar al del Poste 1, presentando una leve mejora alcanzando una carga de 575 daN para el máximo desplazamiento aplicado de 800 mm. Tanto el Poste 1 como el Poste 2 presentan un buen comportamiento en el ensayo a flexión..

Al incrementar dos barras de Ø8 para el Poste 3 se observa un incremento en la capacidad de carga, y mayor rigidez en la segunda parte de la curva, alcanzando la mayor carga de todos los modelos para el desplazamiento aplicado. También se observa que llega a los 800 mm con una mayor pendiente que en los otros casos, lo que indica que aún tiene capacidad para más carga.

En el Poste 4 se reemplazan las 9 barras de Ø8 que van desde la base hasta los 6 m en el Poste 2, por 9 barras de Ø10. Esta modificación mejora notablemente el comportamiento del poste, pero representa un aumento en la armadura del 31% sobre el poste original, y un 22% sobre la armadura del Poste 2. La carga de inicio de fisuración no cambia con respecto de la del Poste 2, sin embargo, a partir del quiebre en las curvas, el comportamiento es más rígido traducido en una mayor pendiente de la segunda rama, alcanzando una carga de 613,99 daN para los 800 mm de desplazamiento.

Se observa que a medida que avanza la simulación del ensayo la pendiente es menor que en la curva del Poste 3 a pesar de estar más armado, esto es debido a la gran concentración de tensiones que se produce en la sección a los 6 metros donde se cortan las barras Ø10, cambiando bruscamente la rigidez del poste. Si bien en los otros modelos, las secciones donde se cortan barras también son secciones críticas, en este se produce el mayor cambio de cuantía, generando una rótula plástica a partir de la cual gira el poste a medida que aumenta la carga.

8. CONCLUSIONES

El modelo numérico realizado reproduce el comportamiento de los postes de H°A° ensayados a flexión permitiendo identificar posibles zonas de falla y de fisuración. La curva carga-desplazamiento obtenida de los resultados del programa representa adecuadamente el ensayo establecido por la Norma IRAM 1603, y de su análisis puede obtenerse información para verificar requerimientos que la misma establece frente a cargas y deformaciones. El H° utilizado tiene poca incidencia en cuanto a la carga última a flexión del ensayo, siendo el comportamiento dependiente en mayor medida de la armadura utilizada, y su distribución a lo largo del poste. En cuanto a los modelos constitutivos elastoplásticos de los materiales, se concluye que los mismos permiten identificar zonas críticas. Se puede obtener una evolución del cuadro de fisuración a partir del mapa de deformaciones plásticas, y se determinó que la zona de cambio de armadura genera la mayor fisuración y concentración de tensiones. El tipo de falla de ocurrencia más probable en el ensayo es por compresión en el H° y se presenta de manera dúctil. Un estudio de este tipo permite identificar fallas en el diseño geométrico y probar variaciones para encontrar una solución óptima al problema que se identifique. Por último, este procedimiento de investigación permite verificar postes con otros tipos de secciones, ménsulas, vínculos y otros elementos de H°A°. 9. AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la Empresa TENTO S.R.L. ubicada en El Manantial, provincia de Tucumán, por los datos experimentales de los postes que fueron ensayados en fábrica. 10. BIBLIOGRAFÍA

IRAM 1603 (2009). Postes de hormigón armado, de sección anular y forma troncocónica, para soporte de instalaciones aéreas. Norma Argentina.

Guijarro, D. N., Subía, A. D. (2019). Estudio comparativo de la capacidad a corte de postes circulares de hormigón con distinta ubicación del armado transversal sometidos a flexión. Escuela Politécnica Nacional (Quito). Ecuador.

Shalaby, A. M. (2015). Finite Element Analysis of Spun Concrete Poles Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) Bars. Current Science International. 4(4), 658-667.

Angeling, J. B. (2017). Weight reduction of concrete poles for the Swedish power line grid. Linnaeus University, Faculty of Technology.Suecia.

Frediani, M. R. (2020). Refuerzo de vigas de hormigón armado con hormigón de altas prestaciones reforzado con fibras. Universisad Nacional de Tucumán. Argentina

Ansys v20 Documentation (2020). Workbench. User’s Guide.