sociedad mexicana de ingeniería estructural metálicas · pdf fileen...

19
1 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural IMPACTO DEL CÓDIGO DE DISEÑO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS DE SUBESTACIONES DE TRANSMISION Jorge Iván Vilar Rojas 1 , Jesús Salvador García Carrera 1 y Fernando de Artola Noble 2 RESUMEN El diseño de estructuras metálicas mayores de subestaciones de transmisión se debe llevar a cabo empleando un método de resistencia última, de acuerdo con la especificación CFE 100-57. Los códigos más utilizados para este tipo de estructuras en México y Estados Unidos son el de ANSI/AISC 360-05 y ASCE 10-97. Ambos códigos se desarrollaron para otros tipos de estructuras, y existen diferencias entre las expresiones para el cálculo de las resistencias de los elementos. Con el fin de analizar la influencia de estas diferencias, en este artículo se realiza un análisis comparativo del impacto que tiene el empleo de estos dos códigos en el diseño de una subestación típica de 400 kV en México. ABSTRACT The design of major steel substation structures must be carried out using a method for ultimate strength design, as specified by CFE´s specification JA100-57. The most commonly used codes for this type of structures in Mexico and USA are ANSI/AISC 360-05 and ASCE 10-97. These codes are originally intended for other types of structures. The element strengths obtained in both codes have differences. In order to analyse the influence of these differences, this paper presents a comparison of the design of a typical 400 kV transmission electrical substation in Mexico using both codes. INTRODUCCIÓN Debido a sus grandes dimensiones y a su comportamiento estructural ante acciones externas de sismo y viento y tensiones en los cables, en las estructuras mayores de subestaciones de transmisión generalmente se emplean marcos con trabes y columnas de celosía, por su alta rigidez y eficiencia estructural. Para el diseño de estructuras de celosía de subestaciones y líneas, en los Estados Unidos de América normalmente se emplea el código ASCE 10-97, Standard 10 (ASCE, 1997). Este código fue desarrollado específicamente para torres de transmisión de energía, que son estructuras reticulares formadas por elementos ángulo unidos con tornillería. Alternativamente, se puede recurrir al código ANSI/AISC 360-05, desarrollado para edificios. En México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien en este documento no se especifica directamente el código de diseño por emplear, en las especificaciones particulares de cada proyecto se puede estipular; en la práctica común es emplear el código AISC. Dada la importancia de las subestaciones en el proceso de Generación-Transmisión-Distribución, se consideró importante analizar el impacto que tiene el código de diseño, ya que tiene repercusiones tanto de seguridad como económicas. En particular, ambos códigos proponen el empleo de factores de corrección de la longitud efectiva de pandeo para tomar en cuenta las excentricidades por conexión de los elementos ángulo empleados en las subestaciones. Sin embargo, la experiencia en este tipo de elementos es mayor en el código ASCE. Se analizan los resultados comparativos en marcos típicos de subestaciones empleando ambos códigos con sus 1 Investigadores, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Ingeniería Civil,Calle Reforma No. 113, Col. Palmira, Cuernavaca, Morelos, México, C.P. 62490, Tel/Fax: (777) 362 – 38 -11, [email protected] , [email protected] 2 Jefe de Estructuras del Departamento de Ingeniería civil, Comisión Federal de Electricidad, Coordinación de Proyectos de Transmisión y Transformación, Mississipi #71, 7o piso, Col. Cuauhtémoc, México D.F., CP 06500, Tel: (55)5229-4400 ext. 63071; [email protected]

Upload: trinhque

Post on 07-Feb-2018

225 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

1

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

IMPACTO DEL CÓDIGO DE DISEÑO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS DE SUBESTACIONES DE TRANSMISION

Jorge Iván Vilar Rojas 1, Jesús Salvador García Carrera 1 y Fernando de Artola Noble 2

RESUMEN El diseño de estructuras metálicas mayores de subestaciones de transmisión se debe llevar a cabo empleando un método de resistencia última, de acuerdo con la especificación CFE 100-57. Los códigos más utilizados para este tipo de estructuras en México y Estados Unidos son el de ANSI/AISC 360-05 y ASCE 10-97. Ambos códigos se desarrollaron para otros tipos de estructuras, y existen diferencias entre las expresiones para el cálculo de las resistencias de los elementos. Con el fin de analizar la influencia de estas diferencias, en este artículo se realiza un análisis comparativo del impacto que tiene el empleo de estos dos códigos en el diseño de una subestación típica de 400 kV en México.

ABSTRACT The design of major steel substation structures must be carried out using a method for ultimate strength design, as specified by CFE´s specification JA100-57. The most commonly used codes for this type of structures in Mexico and USA are ANSI/AISC 360-05 and ASCE 10-97. These codes are originally intended for other types of structures. The element strengths obtained in both codes have differences. In order to analyse the influence of these differences, this paper presents a comparison of the design of a typical 400 kV transmission electrical substation in Mexico using both codes.

INTRODUCCIÓN Debido a sus grandes dimensiones y a su comportamiento estructural ante acciones externas de sismo y viento y tensiones en los cables, en las estructuras mayores de subestaciones de transmisión generalmente se emplean marcos con trabes y columnas de celosía, por su alta rigidez y eficiencia estructural. Para el diseño de estructuras de celosía de subestaciones y líneas, en los Estados Unidos de América normalmente se emplea el código ASCE 10-97, Standard 10 (ASCE, 1997). Este código fue desarrollado específicamente para torres de transmisión de energía, que son estructuras reticulares formadas por elementos ángulo unidos con tornillería. Alternativamente, se puede recurrir al código ANSI/AISC 360-05, desarrollado para edificios. En México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien en este documento no se especifica directamente el código de diseño por emplear, en las especificaciones particulares de cada proyecto se puede estipular; en la práctica común es emplear el código AISC. Dada la importancia de las subestaciones en el proceso de Generación-Transmisión-Distribución, se consideró importante analizar el impacto que tiene el código de diseño, ya que tiene repercusiones tanto de seguridad como económicas. En particular, ambos códigos proponen el empleo de factores de corrección de la longitud efectiva de pandeo para tomar en cuenta las excentricidades por conexión de los elementos ángulo empleados en las subestaciones. Sin embargo, la experiencia en este tipo de elementos es mayor en el código ASCE. Se analizan los resultados comparativos en marcos típicos de subestaciones empleando ambos códigos con sus

1 Investigadores, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Ingeniería Civil,Calle Reforma No. 113,

Col. Palmira, Cuernavaca, Morelos, México, C.P. 62490, Tel/Fax: (777) 362 – 38 -11, [email protected], [email protected]

2 Jefe de Estructuras del Departamento de Ingeniería civil, Comisión Federal de Electricidad, Coordinación de Proyectos de Transmisión y Transformación, Mississipi #71, 7o piso, Col. Cuauhtémoc, México D.F., CP 06500, Tel: (55)5229-4400 ext. 63071; [email protected]

Page 2: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

2

respectivos factores de corrección y se comentan los resultados. Finalmente se comentan las conclusiones y recomendaciones del estudio.

FUNCIÓN DE LAS SUBESTACIONES Las subestaciones de transmisión son la liga entre la generación y la transmisión y entre la transmisión y la distribución. La forma más económica de llevar a cabo la transmisión de energía eléctrica es por medio de líneas aéreas de conductores sin recubrimiento aislante. Debido a los grandes voltajes que se manejan, es necesario reducir las secciones transversales de los cables, asimismo, éstos deben mantener separaciones mínimas entre conductores y cables de guarda, entre los cables y la estructura y ubicarse a alturas mínimas sobre el nivel del terreno; también se deben mantener ángulos mínimos de protección entre los cables de guarda y los conductores. Los cables de la línea de transmisión son recibidos en las subestaciones, debiéndose mantener la posición relativa entre ellos. En cada subestación se recibe la energía eléctrica, y se realizan diversos procesos de medición, protección y control de calidad de la energía, reduciéndose los voltajes a los valores necesarios para la sub-transmisión o distribución. La función de las estructuras mayores de las subestaciones de transmisión de energía eléctrica es dar soporte a los cables que conforman el arreglo eléctrico y mantener su disposición geométrica. Asimismo, dentro de la subestación se emplean diferentes equipos para el control eléctrico, que son colocados sobre estructuras menores dentro de la misma subestación. El diseño eléctrico de la subestación y las distancias mínimas de aislamiento determinan la ubicación relativa de los cables y la altura sobre el terreno. La separación entre cables y altura sobre el nivel del terreno se incrementa conforme el voltaje que se maneja va aumentando. Los extremos de los cables generalmente se sujetan de las trabes de los marcos empleando cadenas de aisladores, que mantienen el aislamiento entre los conductores energizados y la estructura. Esto resulta en estructuras de soporte de grandes dimensiones, sujetas a cargas de peso relativamente pequeñas, pero sujetas a altas tensiones de los cables, para mantener las flechas mínimas necesarias.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS MAYORES El arreglo físico de una subestación está dictado por el diseño eléctrico y las distancias mínimas de aislamiento (distancias dieléctricas) requeridas por las condiciones climáticas y de contaminación ambiental del sitio. En general, se trata de estructuras de grandes dimensiones, expuestas abiertamente a la acción del viento. La figura 1 muestra el arreglo físico de la subestación empleada en este estudio, que es típico de subestaciones de transmisión. Como puede apreciarse, se emplean marcos de diferente configuración, la cual depende de los arreglos de cables y equipos dentro de la subestación. Las trabes de los marcos dan soporte a los cables conductores y mantienen su posición. Las columnas dan soporte a las trabes para conformar el marco. Las columnas de mayor altura cuentan con una extensión en su parte superior para recibir a los cables de guarda, los cuales sirven para brindar blindaje a los cables y equipos de posibles descargas eléctricas. En la subestación que se analiza en este trabajo se emplean dos tipos de marcos: el primero es un marco plano de dos claros que sirve para soportar los cables transversales de la subestación, con trabes a una altura de 23.5 metros. El segundo es un marco con planta en forma de C con trabes en dos direcciones, las trabes longitudinales se encuentran a una altura de 23.5 metros y reciben las llegadas de la línea de transmisión. Las trabes transversales se ubican a una altura de 15 metros y soportan cables que corren en el sentido longitudinal. La geometría de los marcos se aprecia mejor en el isométrico que se muestra en la figura 2.

Page 3: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

3

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Figura 1 Arreglo físico de la subestación

Figura 2 Arreglo físico de la subestación

Page 4: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

4

Las flechas de los cables correspondientes a la máxima temperatura esperada en el sitio, se limitan a un valor máximo, generalmente igual al 4% del claro libre entre los apoyos. Dichas flechas son muy sensibles a los cambios de temperatura y a las deformaciones de las estructuras. En consecuencia, es necesario emplear estructuras de gran rigidez y resistencia. Por esta razón, la estructuración más práctica para los marcos, desde el punto de vista estructural y económico es empleando columnas y trabes de celosía. En la figura 3 se puede apreciar un marco típico de una subestación de transmisión. Por cuestiones de rigidez, resistencia y economía, las columnas de mayor altura son de sección variable. Por cuestiones prácticas se emplean generalmente elementos ángulo de lados iguales, interconectados por tornillería. Los elementos principales de trabes y columnas de los marcos son elementos continuos, modulados generalmente para aprovechar las dimensiones de fabricación de los perfiles. Los elementos diagonales y transversales son de sección menor y se conectan con los elementos principales usualmente con uno o dos tornillos.

Figura 3 Marco típico de una subestación

La práctica común es emplear trabes de sección cuadrada, arriostrada por elementos diagonales y ransversales en las cuatro caras. Las columnas más elevadas generalmente emplean sección transversal variable, incrementando el peralte en la dirección en que se colocan los cables de mayor claro. Debido a las áreas requeridas y a las necesidades de interconexión entre cuerdas, diagonales y elementos transversales, los perfiles más prácticos son los elementos ángulo. En virtud de que las estructuras se encuentran directamente expuestas al ambiente y sujetas a la turbulencia del viento, se restringe el empleo de conexiones soldadas. Por ello, la interconexión es por medio de uniones atornilladas.

Page 5: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

5

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

REQUISITOS DE DISEÑO El diseño de los marcos se lleva a cabo siguiendo las recomendaciones de la especificación de CFE JA100-57, para estructuras mayores y menores de subestaciones. En dicha especificación se definen las condiciones y combinaciones de carga que se deben emplear en el diseño, así como los procedimientos de análisis y diseño a seguir. Se estipulan dos estados límite, de resistencia y de servicio. En este artículo nos referiremos exclusivamente a los resultados correspondientes a los estados límite de resistencia. ACCIONES Las acciones sobre la estructura se pueden dividir en cuatro categorías: acciones de peso de estructuras, cables y accesorios, tensiones en los cables, efectos producidos por la acción del viento y efectos sísmicos. Las condiciones básicas de acuerdo con la especificación, descritas en forma simplificada, son las siguientes:

PP = Peso propio de la estructura PEC = Peso de equipo y cables apoyados en la estructura TTCCN = Tensiones de trabajo de cables en condiciones normales TMCCN = Tensiones máximas de cables en condiciones normales (con temperatura mínima) PVMPE = Presión de viento máximo paralelo a la estructura PVMNE = Presión de viento máximo normal a la estructura PVM45 = Presión de viento máximo actuando a 45° PvmPE = Presión de viento medio paralelo a la estructura (coincidente con temperatura mínima) PvmNE = Presión de viento medio normal a la estructura (coincidente con temperatura mínima) CSNE = Carga de sismo normal a la estructura (incluye 30% del sismo en dir. perpendicular) CSPE = Carga de sismo paralelo a la estructura (incluye 30% del sismo en dir. perpendicular) Las combinaciones de carga correspondientes a los estados límite de resistencia empleados en este estudio fueron las siguientes; dichas combinaciones se presentan también en forma resumida:

• 1.4 (PP+PEC+TTCCN) • 1.4 (PP+PEC+TMCCN) • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) + 1.3 PVMPE • 1.2 (PP+PEC + TTCCN) + 1.3 PVMNE • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) + 1.3 PVM45 • 1.2 (PP+PEC+TMCCN) + 1.3 PvmPE • 1.2 (PP+PEC+TMCCN) + 1.3 PvmNE • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) + 1.5 CSNE • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) - 1.5 CSNE • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) + 1.5 CSPE • 1.2 (PP+PEC+TTCCN) - 1.5 CSPE

Es importante mencionar que las tensiones en los cables se incrementan por efecto de la presión de viento actuando sobre ellos. Esta diferencia se incluye normalmente en la condición de viento sobre los cables, de modo que al realizar la superposición de condiciones de viento y tensiones en los cables se obtiene la tensión total, cada fracción afectada por el correspondiente factor de carga.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Y ELEMENTOS MECÁNICOS Las estructuras mayores son marcos con trabes y columnas de celosía, los cuales son virtualmente armaduras tridimensionales con barras sujetas predominantemente a fuerzas axiales de tensión y compresión. Originalmente, debido a las limitaciones de análisis antes del auge de computadoras y métodos matriciales, las estructuras mayores se analizaban como marcos equivalentes y las fuerzas en cuerdas y diagonales se obtenían a partir de las fuerzas axiales, momentos y cortantes en las trabes y columnas de estos modelos. En la actualidad, se emplean modelos tridimensionales que incluyen todas las barras que constituyen los marcos.

Page 6: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

6

Sin embargo, existen todavía aspectos que no son posibles de tomar en cuenta en forma directa, desde el punto de vista práctico. Por cuestiones prácticas y constructivas, se emplean elementos ángulo, generalmente de lados iguales. Al emplearse conexiones atornilladas, las barras que constituyen las trabes y columnas se unen empleando uno o varios tornillos en las alas de los ángulos. El centroide de la sección transversal de los ángulos no coincide con el plano de conexión, particularmente cuando los elementos se conectan con uniones en una sola ala; por ello, se generan momentos debido a esta excentricidad. Este es el caso de los elementos diagonales y transversales de las trabes y columnas de los marcos. Los ángulos que constituyen las cuerdas normalmente se unen con tornillos conectados en ambas alas, por lo que no existe este tipo de excentricidad. Sin embargo, se emplean elementos continuos que incluyen tramos hasta de 12 metros de longitud, que tienen rigidez a flexión por lo que aparecen pequeños momentos en ellos. RESISTENCIA DE PERFILES Desde el punto de vista de diseño, la especificación CFE JA100-57 establece que se debe emplear un método de resistencia última para el cálculo de la capacidad de los elementos. En virtud de que la especificación no proporciona las expresiones por emplear en el diseño estructural, los diseñadores tienen libertad para seleccionar el código a utilizar. Sin embargo, al establecer las especificaciones particulares de un proyecto específico, CFE tiene la posibilidad de especificar el código que se debe emplear para el diseño de las estructuras mayores. Los códigos más comúnmente utilizados en el sector eléctrico son el del (AISC, 2005) y (ASCE, 1997). A pesar de que ambos códigos tienen principios similares para la evaluación de resistencias, las capacidades de los elementos obtenidas con ambos códigos no son iguales. Por ello, se consideró importante analizar la influencia que estas diferencias pueden representar en el diseño de las estructuras metálicas mayores de subestaciones. Resistencia a compresión Con respecto a la resistencia a la compresión axial, ambos códigos presentan expresiones para pandeo elástico e inelástico. En el pandeo elástico, la expresión de AISC propone una reducción de 0.877 respecto a la fórmula de pandeo elástico de Euler. Adicionalmente, AISC propone el empleo de un factor de reducción de resistencia, φ=0.9, mientras que ASCE, no especifica el empleo de ningún factor de reducción. La figura 4 muestra la resistencia de un elemento principal, normalizada con respecto al producto del área por el esfuerzo de fluencia, en función de la relación l/r. En la figura 5 se muestra la relación entre las resistencias obtenidas con ambos códigos. Como puede apreciarse, Las resistencias factorizadas, calculadas con AISC varían entre 77% y 90% de los valores calculados con ASCE. Es importante hacer notar que esta comparación no toma en cuenta el efecto de los momentos generados por continuidad del elemento.

Figura 4 Resistencia de elementos principales sin excentricidad de conexión

Page 7: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

7

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Figura 5 Relación entre resistencia AISC/ASCE en el ementos sin excentricidad de conexión

Figura 6 Factor de longitud efectiva para elementos con excentricidad de conexión

En los elementos diagonales y transversales de trabes y columnas de subestaciones se tiene excentricidad de conexión en ambos extremos de las barras. Al respecto, AISC estipula que para elementos ángulo cargados axialmente, se deben tomar en cuenta los momentos generados por la excentricidad de la conexión. Esto puede llevarse a cabo en forma directa, aplicando los momentos (fuerza axial por excentricidad) y revisar la resistencia como elementos flexocomprimidos o calcular la resistencia por medio de la expresión de resistencia axial empleando un valor modificado del factor de longitud efectiva de pandeo. ASCE propone expresiones para el factor de longitud efectiva para diversas combinaciones de conexión en los extremos. La figura 6 muestra los valores de K propuestos por ambos códigos para barras con excentricidad en ambos extremos, cuando se conectan en la misma ala. Esta consideración incrementa la diferencia de resistencia en compresión entre los códigos; la figura 7 muestra los valores obtenidos en cada caso. Como puede apreciarse, la resistencia de los elementos obtenida con las expresiones de ASCE de resistencia y factor de longitud efectiva es notablemente mayor que con el AISC, particularmente para valores de l/r alrededor de 120. La relación entre las resistencias obtenidas se muestra en la figura 8; se observa que la resistencia con AISC

Page 8: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

8

puede resultar menor que la mitad de la obtenida con ASCE. Es importante tomar en cuenta que en el caso de torres de transmisión, la utilización de elementos ángulo conectados en una sola ala es una práctica común, lo cual proporciona confianza en las recomendaciones de este código. Esto hace suponer que los valores de longitud efectiva de pandeo recomendados por AISC pudiesen ser muy conservadores. Sin embargo, las diferencias presentadas corresponden a elementos diagonales y transversales, cuya sección transversal es menor que en los elementos principales, y su contribución al peso total de la estructura es menor. Asimismo, los diseños de estos elementos frecuentemente están limitados por cuestiones constructivas, relación de esbeltez máxima y disponibilidad de los perfiles. Por ello, el impacto en el diseño final de los marcos podría no ser tan importante.

Figura 7 Resistencia de elementos con excentricidad de conexión

Figura 8 Relación entre resistencia AISC/ASCE en el ementos con excentricidad de conexión

Page 9: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

9

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Resistencia a tensión Con respecto a la resistencia a tensión en los elementos, AISC estipula revisar la fluencia en la sección total con Fy y ruptura en la sección neta empleando Fu. Para el caso de fluencia en la sección bruta, propone un factor de reducción de resistencia φ=0.9 y para la ruptura en la sección neta, estipula un factor de φ=0.75. ASCE especifica que la resistencia de elementos cargados concéntricamente es igual al área neta por el esfuerzo de fluencia y 0.9 Fy por el área neta en ángulos conectados en una sola cara. En elementos conectados en una sola cara, la resistencia a tensión resulta mayor con AISC que con ASCE, tanto para acero A-36 como para A-572. En elementos cargados concéntricamente la resistencia calculada con ASCE solamente será mayor que la del AISC para reducciones muy pequeñas de área neta (<10%).

ANÁLISIS COMPARATIVO EN UNA SUBESTACIÓN Con el propósito de analizar la influencia que tiene emplear (AISC, 2005) o (ASCE, 1997) en el diseño de las estructuras mayores de subestaciones de celosía se analizan los resultados de aplicar estos códigos en los marcos de una subestación de 400 kV, Arreglo Interruptor y Medio en ”I”. La subestación en cuestión es la mostrada en las figuras 1 y 2; consta de dos marcos, como se describió anteriormente. La especificación CFE JA100-57 establece lineamientos para la modelación y diseño estructural. Con respecto al análisis, especifica que se debe emplear un modelo de análisis tridimensional, que tome en cuenta todos los elementos que constituyen los marcos y que se debe considerar la continuidad de los elementos en la modelación. Con ello pretende incluir los momentos internos en las cuerdas de trabes y columnas. La especificación también estipula que el análisis debe tomar en cuenta los efectos de segundo orden ocasionados por las deformaciones de la estructura. Modelación de los marcos El análisis y revisión de capacidad de las estructuras se llevó a cabo empleando el programa de diseño STAAD.Pro 2008, de Research Engineers, de Bentley Systems. Se generaron modelos de análisis independientes de los marcos que conforman la subestación. Las dimensiones de los marcos empleadas en los modelos correspondieron con los centroides de los elementos, considerando el tamaño promedio de los perfiles. En las figuras 9 y 10 se muestra en forma esquemática la geometría general de los modelos generados. Como puede apreciarse, en el modelo del marco 2, se incluyó una ampliación de la subestación, para tomar en cuenta el incremento en los elementos mecánicos de los elementos comunes del marco original y de la ampliación. La identificación de trabes y columnas en ambos modelos es independiente.

Para tomar en cuenta la continuidad de las cuerdas de trabes y columnas y de los elementos transversales de las trabes, se emplearon elementos viga para modelar dichos elementos. Para el resto de las barras que integran los modelos se emplearon elementos armadura. En las figuras 11 y 12 se resaltan los elementos tipo viga de cada uno de los modelos. Para facilitar la visualización, en el marco 2 sólo se muestra la parte del arreglo original de la subestación, sin incluir la ampliación.

En los casos de carga de peso propio, peso de equipo y cables, tensiones en cables y fuerzas de viento se llevó a cabo análisis estático. Para tomar en cuenta los efectos de grandes deformaciones, se realizó análisis de segundo orden (P-delta). En los casos de efectos sísmicos se recurrió al análisis modal espectral, considerando los primeros 30 modos de vibrar tridimensionales de cada modelo. Para obtener los valores y vectores característicos, además de la masa de la estructura, se incluyeron las masas de cables y cadenas de aisladores. Estas se tomaron como las correspondientes a las cargas de peso incluidas en las condiciones básicas PP y PEC en todos los puntos de apoyo de cables. Las masas se introdujeron en las tres direcciones globales de análisis.

Page 10: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

10

Figura 9. Modelo de análisis y diseño del marco 1

Figura 10. Modelo de análisis y diseño del marco 2

Page 11: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

11

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Figura 11. Elementos viga del modelo del marco 1

Figura 12. Elementos viga del modelo del marco 1

Page 12: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

12

Impacto en el porcentaje de trabajo Con el propósito de analizar la influencia del código de diseño se llevó a cabo un análisis comparativo de la resistencia de los elementos de un diseño de referencia empleando ambos códigos. La revisión del diseño de las cuerdas de trabes y columnas en ambos códigos se llevó a cabo empleando un factor de longitud efectiva unitario, debido a que estos elementos se conectan en ambas alas en los extremos, por lo que no hay excentricidad de conexión. Como se mencionó antes, estos elementos se modelaron como elementos viga, por lo que su resistencia se calculó empleando las ecuaciones de flexocompresión de ambos códigos. Los elementos transversales y diagonales se modelaron como elementos armadura, por lo que su resistencia se calculó empleando las expresiones de tensión y compresión pura que vienen en cada código. Para tomar en cuenta los momentos internos debidos a las excentricidades de conexión en los extremos, se aplicaron los factores de longitud efectiva propuestos en ambos códigos.

El diseño original de referencia se llevó a cabo empleando las expresiones de AISC. Sin embargo, para el cálculo de resistencia a tensión de los miembros diagonales y transversales se utilizó el factor de longitud efectiva de ASCE. Se utilizó un catálogo de perfiles completamente comercial, evitando el uso de perfiles que requieren una cantidad de colada mínima para su fabricación. El dimensionamiento se realizó por grupos de elementos, manteniendo el mayor porcentaje de trabajo posible en cada grupo para tener una mayor eficiencia de los perfiles. En este diseño se permitió una tolerancia de 5% en la capacidad máxima de los elementos.

Los resultados obtenidos para el marco 1 de los tres análisis (Referencia, AISC y ASCE) se muestran en la tabla 1. Los grupos de elementos se identifican con la siguiente nomenclatura: _A_B_C_D; A se refiere a la trabe o columna a que pertenece; B es el tipo de elemento: (C=cuerda, D=diagonal, T=transversal); C es la sección en que se encuentra (los números menores en columnas son en la parte inferior y altos en la parte superior, en trabes es extrema y central); D es la cara en que se encuentran (X o Y en columnas y Horizontal o Vertical en trabes). La propiedad se expresa en pulgadas y dieciseisavos de pulgada (L606010 es un ángulo de 6.0” x 6.0” x 5/8”).

Se muestran primero los resultados para el diseño de referencia (AISC con KASCE), después se revisan las capacidades del mismo diseño de referencia con las expresiones de AISC y del ASCE. Puede apreciarse que en los tres casos los perfiles son los mismos.

Los resultados se expresan en función del porcentaje de trabajo, definido como la relación de la carga entre la resistencia, para los elementos diagonales y transversales, sujetos a fuerza axial. En los elementos tipo viga, la relación de trabajo es el valor obtenido en la ecuación de interacción carga axial-momentos (flexocompresión o flexotensión) de cada código. Se indica también la condición que rigió el diseño del grupo (FC=flexocompresión, FT=flexotensión, C=compresión y T=tensión). Como puede apreciarse, en el diseño de referencia existen algunos elementos diagonales y transversales con porcentajes de trabajo relativamente bajos. Esto se debe, en algunos casos, a que existe la limitación de relación de esbeltez máxima y, en otros a que los perfiles más pequeños que podrían trabajar a porcentajes mayores no son comerciales.

Puede apreciarse que en las cuerdas la resistencia calculada con AISC con el factor de longitud efectiva del ASCE y con AISC es la misma. Esto es debido a que en ambos casos se considera K=1. En ellos, algunos elementos están regidos por flexocompresión y otros por flexotensión. En algunos casos, el porcentaje de trabajo obtenido con ASCE resulta mayor, a pesar de que la resistencia a compresión del ASCE es más elevada. Esto se debe a que el diseño resultó regido por tensión, el cual es más conservador en ASCE que en AISC porque se revisa la fluencia en la sección neta.

En los elementos diagonales del marco el diseño resultó regido por compresión. Puede apreciarse que en el diseño de referencia los elementos trabajan en porcentajes de trabajo aceptables. Los porcentajes de trabajo obtenidos con AISC resultan notoriamente mayores, excediendo la capacidad del elemento y los porcentajes con el ASCE resultan menores. La diferencia entre el ASCE y el ASCE en este tipo de elementos es muy amplia. Esto se debe a que la relación de esbeltez de las diagonales se encuentra en el rango en que se tiene la mayor diferencia entre los códigos. Puede apreciarse que dicha diferencia es menor en los elementos más robustos. Se puede ver que el peso de los elementos diagonales puede variar significativamente al diseñar con uno u otro código. Sin embargo, el porcentaje del peso de diagonales es más bajo que el de los elementos principales.

Page 13: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

13

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Tabla 1 Porcentajes de trabajo en el marco 1

AISC (K ASCE) AISC ASCE Grupo

Prop. % Cond. Prop. % Cond. Prop. % Cond.

_C1_C_S1 L606012 94% FC L606012 94% FC L606012 94% FT

_C1_C_S2 L50508 82% FT L50508 82% FT L50508 96% FT

_C1_D_S2_X L25253 89% C L25253 143% C L25253 68% C

_C1_D_S2_Z L25252.5 94% C L25252.5 148% C L25252.5 75% C

_C1_D_S4_X L40408 92% C L40408 110% C L40408 73% C

_C1_D_S4_Z L17172.5 91% C L17172.5 160% C L17172.5 72% C

_C1_T1 L35354 103% C L35354 131% C L35354 81% C

_T1_C L50508 94% FC L50508 94% FC L50508 102% FT

_T1_D_S1_H L20203 90% C L20203 156% C L20203 69% C

_T1_D_S1_V L20202.5 94% C L20202.5 161% C L20202.5 72% C

_T1_D_S2_H L20202.5 74% C L20202.5 127% C L20202.5 57% C

_T1_D_S2_V L17172.5 98% C L17172.5 175% C L17172.5 76% C

_T1_T L35354 85% FC L35354 85% FC L35354 111% FT

La tabla 2 muestra los resultados del marco 2. Como puede apreciarse, se tienen las mismas tendencias observadas en el marco 1. En las cuerdas de trabes y columnas el porcentaje de trabajo con ASCE resulta un poco mayor. Esto se debe a que, por las características de los marcos analizados, el diseño que en AISC era regido por flexocompresión con ASCE resulta regido por flexotensión. De la misma manera que en el marco 1, en los elementos diagonales se aprecia la mayor diferencia entre los códigos. Esta diferencia se debe a que el diseño de los elementos diagonales está regido por compresión y a que su relación de esbeltez se encuentra en el rango de mayor diferencia entre los códigos. Puede apreciarse de nuevo que para los perfiles de sección transversal mayor la diferencia se reduce. Sin embargo, es evidente que el diseño puede mostrar una variación importante de un código a otro. En resumen, el diseño de los elementos principales (cuerdas) de las trabes y columnas podría resultar mayor al diseñar con ASCE. Esto resulta así porque la relación de esbeltez de las cuerdas es baja, y no existe una gran diferencia entre la resistencia a tensión y compresión. Esto resulta importante porque los efectos de cargas verticales en los marcos de las subestaciones son pequeños, en comparación son el resto de las acciones debidas a tensiones en los cables, sismo y viento, y las envolventes de cargas de los grupos de elementos presentan tensiones y compresiones de magnitudes similares. Mientras que el diseño de los elementos diagonales, más esbeltos, resulta regido por compresión, porque la resistencia a compresión de elementos esbeltos es notoriamente menor que la resistencia a tensión.

Page 14: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

14

Tabla 2 Porcentajes de trabajo en el marco 2

AISC (K ASCE) AISC ASCE Grupo

Prop. % Cond. Prop. % Cond. Prop. % Cond.

_C1_C_S1 L808012 96% FT L808012 96% FT L808012 99% FT

_C1_C_S2 L606010 103% FT L606010 103% FT L606010 119% FT

_C1_D_S2_X L25254 89% C L25254 144% C L25254 68% C

_C1_D_S4_X L404010 103% C L404010 123% C L404010 81% C

_C1_D_S1_Z L30303 72% C L30303 133% C L30303 57% C

_C1_D_S2_Z L30304 83% C L30304 116% C L30304 64% C

_C1_D_S5 L15152.5 19% C L15152.5 132% C L15152.5 14% C

_C1_T1 L40405 88% C L40405 108% C L40405 69% C

_C2_C_S1 L606012 94% FC L606012 94% FC L606012 88% FT

_C2_C_S2 L606012 97% FC L606012 97% FC L606012 99% FT

_C2_D_S3_X L25254 83% C L25254 125% C L25254 64% C

_C2_D_S4_X L404010 101% C L404010 120% C L404010 79% C

_C2_D_S1_Z L30303 85% C L30303 120% C L30303 69% C

_C2_D_S3_Z L40406 81% C L40406 97% C L40406 65% C

_C2_D_S4_Z L25252.5 94% C L25252.5 134% C L25252.5 76% C

_C2_T1 L40406 76% C L40406 93% C L40406 60% C

_C2_T3 L40406 94% C L40406 116% C L40406 74% C

_C3_C_S1 L606010 96% FC L606010 96% FC L606010 97% FT

_C3_C_S2 L50508 91% FC L50508 91% FC L50508 87% FC

_C3_D_S1_X L25252.5 96% C L25252.5 141% C L25252.5 76% C

_C3_D_S2_X L15152.5 100% C L15152.5 100% C L15152.5 80% C

_C3_D_S1_Z L30303 83% C L30303 109% C L30303 67% C

_C3_D_S2_Z L40405 86% C L40405 103% C L40405 69% C

_C3_T1 L35355 82% C L35355 106% C L35355 64% C

_T2_C L60608 102% FC L60608 102% FC L60608 86% FC

_T2_T L35355 86% FC L35355 86% FC L35355 111% FC

_T2_D_S1_V L20204 70% C L20204 122% C L20204 54% C

_T2_D_S2_V L17173 96% C L17173 169% C L17173 75% C

_T2_D_S1_H L25253 79% C L25253 112% C L25253 61% C

_T2_D_S2_H L20202.5 78% C L20202.5 134% C L20202.5 60% C

_T3_C L60608 94% FC L60608 94% FC L60608 81% FC

_T3_T L30304 85% FC L30304 84% FC L30304 107% FT

_T3_D_S1_V L20203 83% C L20203 145% C L20203 64% C

_T3_D_S2_V L17172.5 96% C L17172.5 172% C L17172.5 74% C

_T3_D_S1_H L20204 79% C L20204 138% C L20204 61% C

_T3_D_S2_H L17172.5 86% C L17172.5 155% C L17172.5 67% C

Page 15: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

15

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Impacto en el diseño En el análisis anterior se advirtió la posibilidad de que el diseño de las cuerdas se llegase a incrementar al pasar de un diseño con AISC a un diseño con ASCE. Por otro lado, es evidente que el diseño de los elementos diagonales requerirá mayor área con AISC. Por un lado, ASCE podría arrojar cuerdas levemente más robustas, pero diagonales más livianas y, por el otro, AISC proporcionaría cuerdas similares, pero diagonales notoriamente más robustas. El primer efecto que preocupa a los diseñadores, particularmente cuando se someten a concursos de obra es el económico. El incremento en el peso de las estructuras metálicas afecta de manera directa el costo de los marcos. Por otro lado, la seguridad se incrementa al emplear elementos más robustos, pero el área expuesta al viento se puede incrementar. Con el propósito de evaluar el impacto de las diferencias mencionadas, los marcos se rediseñaron de acuerdo con las recomendaciones completas de ASCE y AISC, y se comparan con el diseño de referencia. En los diseños se permitió una tolerancia de 5% por encima de la capacidad del perfil, con fines comparativos. La tabla 3 muestra los diseños obtenidos para el marco 1 de la subestación, con las tres opciones. Como puede apreciarse, las cuerdas del marco se mantuvieron iguales en los tres diseños y las diagonales resultaron notoriamente más ligeras con ASCE que con AISC; en el diseño de AISC con KASCE se tienen valores intermedios entre ambos códigos. La diferencia entre el peso de cada grupo de diagonales y transversales obtenido con ambos códigos es elevada; en algunos casos la diferencia es mayor de 30%, con respecto al peso menor. La diferencia en el peso total del marco entre los diseños del AISC y del ASCE es de 13.3 %, ya que las diagonales representan un porcentaje menor del total de la estructura. Aún así, esta diferencia es de consideración.

Tabla 3 Diseño del marco 1 con ASIC/K asce, AISC y ASCE

AISC (K ASCE) AISC ASCE Grupo

Prop. % Cond. Prop. % Cond. Prop. % Cond.

_C1_C_S1 L606012 94% FC L606012 95% FC L606012 94% FT

_C1_C_S2 L50508 82% FT L50508 78% FT L50508 97% FT

_C1_D_S2_X L25253 89% C L30304 69% C L25252.5 86% C

_C1_D_S2_Z L25252.5 94% C L30303 81% C L25252.5 75% C

_C1_D_S4_X L40408 92% C L404010 95% C L40406 90% C

_C1_D_S4_Z L17172.5 91% C L20203 90% C L17172.5 73% C

_C1_T1 L35354 103% C L40405 81% C L35354 81% C

_T1_C L50508 94% FC L50508 91% FC L50508 104% FT

_T1_D_S1_H L20203 90% C L25253 82% C L20202.5 81% C

_T1_D_S1_V L20202.5 94% C L25253 79% C L17172.5 101% C

_T1_D_S2_H L20202.5 74% C L25252.5 67% C L17172.5 83% C

_T1_D_S2_V L17172.5 98% C L25252.5 69% C L17172.5 74% C

_T1_T L35354 85% FC L35354 84% FC L35355 88% FT

PESO 221.44 kN 246.57 kN 217.55 kN

Page 16: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

16

Tabla 4 Diseño del marco 2 con ASIC/K asce, AISC y ASCE

AISC (K ASCE) AISC ASCE Grupo

Prop. % Cond. Prop. % Cond. Prop. % Cond.

_C1_C_S1 L808012 96% FT L808012 95% FT L808012 101% FT

_C1_C_S2 L606010 103% FT L606010 103% FT L606012 104% FT

_C1_D_S3_X L25254 75% C L30304 73% C L25252.5 85% C

_C1_D_S4_X L404010 103% C L50508 96% C L40408 100% C

_C1_D_S1_Z L30303 72% C L30305 91% C L25253 99% C

_C1_D_S2_Z L30304 83% C L30305 98% C L30303 90% C

_C1_T1 L40405 88% C L40406 97% C L40404 98% C

_C2_C_S1 L606012 94% FC L606012 93% FC L606012 89% FT

_C2_C_S2 L606012 97% FC L606012 96% FC L606012 97% FT

_C2_D_S1_X L30304 80% C L30305 91% C L30303 84% C

_C2_D_S3_X L25254 83% C L30304 79% C L25253 72% C

_C2_D_S4_X L404010 101% C L50508 91% C L40408 93% C

_C2_D_S3_Z L40406 81% C L40406 99% C L40404 93% C

_C2_D_S4_Z L25252.5 94% C L30303 79% C L25252.5 75% C

_C2_T1 L40406 76% C L40406 92% C L40404 85% C

_C2_T3 L40406 94% C L40408 96% C L40405 83% C

_C3_C_S1 L606010 96% FC L606010 99% FC L606010 95% FT

_C3_C_S2 L50508 91% FC L50508 91% FC L50508 87% FC

_C3_D_S1_X L25252.5 96% C L25254 103% C L25252.5 77% C

_C3_D_S1_Z L30303 83% C L30304 92% C L25253 88% C

_C3_D_S2_Z L40405 86% C L40406 94% C L40404 88% C

_C3_T1 L35355 82% C L40405 83% C L35354 74% C

_T2_C L60608 102% FC L60608 102% FC L60608 93% FC

_T2_T L35355 86% FC L35355 86% FC L40405 96% FC

_T2_D L17172.5 89% C L20202.5 99% C L15152.5 96% C

_T2_D_S1_V L20204 70% C L25254 66% C L20203 63% C

_T2_D_S2_V L17173 96% C L25253 62% C L17172.5 83% C

_T2_D_S1_H L25253 79% C L25254 91% C L25252.5 77% C

_T2_D_S2_H L20202.5 78% C L25252.5 76% C L17172.5 84% C

_T3_C L60608 94% FC L60608 95% FC L60608 82% FC

_T3_T L30304 85% FC L30304 85% FC L30305 88% FT

_T3_D L15152.5 97% C L20202.5 81% C L15152.5 75% C

_T3_D_S1_V L20203 83% C L25253 80% C L17173 89% C

_T3_D_S2_V L17172.5 96% C L25252.5 64% C L17172.5 70% C

_T3_D_S1_H L20204 79% C L25254 74% C L20203 74% C

_T3_D_S2_H L17172.5 86% C L25252.5 59% C L17172.5 66% C

PESO 764.61 kN 840.84 kN 732.29 kN

Page 17: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

17

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

En la tabla 4 se aprecian los resultados del marco 2. Como puede verse, solamente en las cuerdas de la parte superior de la columna 1 resulta mayor el diseño con ASCE. En contraste, en las diagonales se tiene la misma tendencia que para el marco 1. El peso obtenido de las diagonales y transversales presenta una gran diferencia entre AISC y ASCE, quedando intermedio el diseño de AISC con KASCE. La diferencia en el peso del marco entre AISC y ASCE es de 14.8 %. Finalmente, se aprecia que el diseño obtenido con ASCE resulta más ligero que el obtenido con AISC. Entre las fuentes de las diferencias se pueden comentar el empleo de factores de reducción de la resistencia, el empleo de diferentes expresiones de interacción para flexocompresión y flexotensión, y el empleo de factores de longitud efectiva. En las cuerdas, la menor resistencia en compresión del AISC se compensa por la revisión de la capacidad a tensión por fluencia en el área neta del ASCE. La diferencia entre los códigos estriba principalmente en la diferencia en capacidad a compresión de los elementos diagonales y transversales, por su relación de esbeltez y por estar conectados en una sola ala. Es importante tomar en cuenta que el código ASCE se desarrolló específicamente para estructuras de transmisión, en las cuales se emplea una gran cantidad de elementos esbeltos conectados en una sola ala. Debe mencionarse que las torres de transmisión son repetitivas, por lo que la economía es importante. El AISC se enfoca al diseño de estructuras de edificios, en las cuales la falla estructural se puede relacionar con pérdidas humanas, cuyo costo es difícil de valorar. En estructuras de subestaciones la posibilidad de pérdidas humanas en caso de falla es mucho menor que en el caso de edificios, pero la pérdida económica es elevada, dada la importancia de las subestaciones en el proceso de generación-transmisión-distribución de energía. Por otro lado, el buen comportamiento que han mostrado las subestaciones ante viento es un indicativo de que el diseño con AISC podría ser muy conservador, por lo que un diseño intermedio podría ser más racional. Para ello, sería conveniente analizar la confiabilidad de ambos diseños y calibrar el proceso de diseño a partir de análisis de estructuras existentes que han mostrado un adecuado comportamiento estructural.

CONCLUSIONES Las subestaciones son la liga entre la generación y la transmisión de energía eléctrica y entre la transmisión y la distribución. Por ello, tienen una gran importancia en el proceso de abastecimiento de energía. Si bien su falla no está relacionada con la pérdida de un número importante de vidas humanas, sí se relaciona con pérdidas económicas de importancia. En Norteamérica, el diseño de las estructuras mayores de subestaciones de transmisión se lleva a cabo empleando el Código (ASCE 10-97), enfocado primordialmente a estructuras de transmisión. En México, la especificación CFE 100-57 no especifica directamente el código de diseño por emplear, pero puede definirse en las especificaciones particulares de cada proyecto. Normalmente se emplea AISC, el cual se enfoca al diseño de edificios. Aunque los marcos de celosía de las subestaciones históricamente han tenido muy pocos problemas estructurales, es de interés estudiar el impacto del empleo de estos dos códigos de diseño en este tipo de estructuras. Al emplear ambos códigos en el diseño de los marcos de una subestación típica se observa que el diseño de las cuerdas de trabes y columnas tienden a ser similares, pudiendo ser ligeramente más robustos con el ASCE, mientras que los elementos diagonales tienden a ser notoriamente más livianos con este código, pero su contribución al peso total es menor. El resultado implica una reducción del peso de 14.5% en el caso estudiado. La mayor experiencia del ASCE en elementos ángulo con conexiones excéntricas es un indicativo que el diseño del AISC pudiese ser demasiado conservador y podría ser conveniente emplear un diseño intermedio. Para ello, sería recomendable analizar la confiabilidad de este tipo de elementos y calibrar con diseños existentes que hayan mostrado comportamiento adecuado.

Page 18: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural L eón, Guanajuato noviembre 2010.

18

REFERENCIAS

American Institute of Steel Construction (2005), “Specification for Structural Steel Buildings”, Specification AISC/AISC 360-05, March American Society of Civil Engineers (1997), “Design of Latticed Steel Transmission Structures”, 1997, Specification ASCE 10-97, Copyright 2003 Comisión Federal de Electricidad (2005), “Especificación CFE JA100-57, Estructuras Metálicas Mayores y Menores para Subestaciones”, Diciembre 2005 Comisión Federal de Electricidad-Instituto de Investigaciones Eléctricas (1993), “Diseño por Sismo”, Manual de Diseño de Obras Civiles, Sección C, Tema 1, Capítulo 3. Comisión Federal de Electricidad-Instituto de Investigaciones Eléctricas (1993), “Diseño por Viento”, Manual de Diseño de Obras Civiles, Sección C, Tema 1, Capítulo 4. Vilar R.J.I., López R.R., Reynoso F.M.A. Hernández J.G., García C.J.S., e Iturbe T.J.F. (2008), “Diseño de las estructuras metálicas mayores de la subestación de 400 kV, arreglo de interruptor y medio en I, opción celosía", VR=200 km/h”, Informe IIE/42/13611/I002/P/DC/A08, Diciembre 2008.

Page 19: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural METÁLICAS · PDF fileEn México, la especificación CFE JA100-57 rige el diseño de estructuras de subestaciones de transmisión. Si bien

1