NESC C2 Zonas de huracanes con alta carga de viento: control del espesor de la pared y la profundidad de la incrustación para postes de acero tubulares cónicos
El desafío estructural de las zonas de huracanes para las líneas de transmisión de EE.UU.
El sureste de los Estados Unidos, la costa del Golfo y las regiones costeras del Atlántico se enfrentan a amenazas directas de huracanes cada año.Las velocidades de viento extremas de los huracanes pueden causar daños catastróficos a los postes de acero de la transmisión:Las cargas del viento en conductores y cables de tierra se multiplican exponencialmente,el cuerpo del poste soporta momentos de flexión transversales masivos, yLas bases están sujetas a fuerzas de elevación y de derrocamiento.
Eventos de desastres importantes como el huracán Katrina (2005), el huracán Harvey (2017) y el huracán Ian (2022) han resultado en colapsos generalizados de torres de transmisión.los servicios públicos y los reguladores para fortalecer continuamente los estándares de diseño de líneas de transmisión en regiones propensas a huracanes.
Para postes de acero tubulares cónicos de 69 kV a 230 kV,espesor de la pared y profundidad de incrustaciónson los dos parámetros centrales que determinan la capacidad de resistencia al viento.basado en las normas NESC y las normas de diseño ASCE/SEI 48-19.
Cuadro de requisitos de carga para las zonas de huracanes del NESC
ElEl código nacional de seguridad eléctrica (NESC, ANSI C2)es el estándar fundamental obligatorio para el diseño de líneas de transmisión aéreas en los EE.UU. NESC divide el país en tres distritos de carga por condiciones meteorológicas:Es muy pesado.,Mediano, yLa luzPara las zonas de huracanes, el distrito de carga ligera se aplica principalmente:
Fuente: NESC Tabla 250-1
El estado entero de Florida se encuentra dentro del Distrito de Carga Ligera, lo que requiere que las instalaciones aéreas sean diseñadas paraViento de 60 mph (9 psif presión del viento) + temperatura de 30°FPor el contrario, Pensilvania está en el Distrito de Carga Pesada, requiriendo diseño para 0,5 pulgadas de hielo + viento de 40 mph.
Regla NESC 250C (cargas de viento extremo)El diseño de las zonas de huracán es otro requisito crítico: las estructuras que superan el límite de la zona de huracán.60 pies (18,3 m)en altura, junto con sus instalaciones de apoyo, deben estar diseñadas para cargas extremas de viento basadas en las velocidades de viento básicas de la figura 250-2 de la NESC (90 a 170 mph en tres segundos, dependiendo de la ubicación).
Factores de carga de las estructuras de acerobajo NESC Grado B Construcción se especifican como sigue::
El grado B representa el margen de seguridad más alto en el NESC, requerido cuando los postes soportan los tramos que cruzan carreteras de acceso limitado, ferrocarriles y vías navegables..
Norma ASCE/SEI 48-19 de diseño estructural y cálculo de la carga del viento
ASCE/SEI 48-19, Diseño de estructuras de postes de transmisión de acero, es el estándar de diseño especializado emitido por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, que proporciona una base técnica uniforme para el diseño, detalle, fabricación, ensayo, montaje,y construcción de estructuras tubulares de acero cónicas formadas en frío.
Para las aplicaciones en zonas de huracanes, la norma ASCE/SEI 48-19 exige que los diseñadores consideren las siguientes combinaciones de cargas NESC:
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Regla NESC 250B (carga en el distrito): 9 psf presión del viento (sin hielo) combinación estándar para el distrito LIGHT
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Regla NESC 250C (viento extremo): Cargas de viento extremas basadas en las velocidades de viento básicas de la figura 250-2, aplicables a estructuras de más de 60 pies de altura
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Regla NESC 250D (hielo extremo con viento concomitante): período de retorno de 100 años combinación extrema de hielo y viento
Manual 74 de la ASCE, Directrices para la carga estructural de las líneas de transmisión eléctrica.Además, proporciona metodologías de cálculo de la carga basadas en la fiabilidad y sirve como referencia autorizada para el análisis de la carga del viento en las zonas de huracanes..
Cálculo de ingeniería de la carga del viento: La regla NESC 250C especifica que la presión del viento extremo se calcula de la siguiente manera::
La presión del viento = 0,00256 × V2 × kz × GRF × I × Cd × Área proyectada
donde V es la velocidad del viento de 3 segundos de la figura 250-2 (90° 170 mph), kz es el coeficiente de exposición a la presión de velocidad (0,92 1,40), y GRF es el factor de respuesta a la ráfaga.
Control de parámetros de espesor de pared para zonas de huracanes
RUS Boletín 1724E-224 exige el grosor mínimo del metal base para los componentes de las torres de acero galvanizado:
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Miembros principales de la esquina: ≥3/16 de pulgada (4.76 mm)
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Otros miembros: ≥1/8 de pulgada (3,18 mm)
En las zonas de huracanes, los diseñadores suelen estar más lejosaumentar el grosor de la pared del glúteopara abordar el momento máximo de línea de tierra resultante de las combinaciones de cargas NESC. El espesor específico de la pared de la culata debe determinarse sobre la base del momento de línea de tierra calculado a partir de casos de carga NESC,asegurando que el coeficiente de tensión no exceda de 1.0.
Diseño del poste cónicoLas líneas de las zonas de huracanes están mejor servidas por:coníferasque varían el espesor de la pared y el diámetro de la sección a lo largo de la altura del poste, reforzando la sección de la culata manteniendo una rigidez superior adecuada.Se deberá prestar especial atención a la verificación local de la flexión en la zona de empalme (normalmente ≥ 24 pulgadas/610 mm de longitud de enganche).
Control de parámetros de profundidad de inserción para zonas de huracanes
La profundidad de incrustación de los postes de acero de incrustación directa es otro parámetro central en el diseño de la zona de huracanes.que requieren una profundidad de incrustación suficiente para proporcionar resistencia lateral a la tierra.
Principios de diseño de profundidad de incrustación:
1. Determine la profundidad de incrustación basado en el momento de la línea de fondo
La profundidad de incrustación debe ser suficiente para resistir el momento de la línea de tierra y el corte. Los diseñadores deben calcular las combinaciones de carga según la regla 250B de la NESC (9 psif de presión del viento) y la regla 250C (viento extremo),tomando elValor de la cubiertapara determinar la profundidad de inserción requerida.
2Rango típico de profundidad de incrustación
Para los postes de acero cónicos de 69 kV ≈ 230 kV, la profundidad típica de incrustación es10% ∼15%Para un poste de 70 pies, esto equivale a aproximadamente7 ̊ 10,5 piesde la incorporación.
3Consideraciones relativas a la condición del suelo
Los cálculos de profundidad de incrustación deben tener en cuenta el tipo de suelo y la capacidad de carga.una mayor profundidad de incrustación o la adición de placas de soporte de cimientospara proporcionar una resistencia lateral adecuada.
4Requisitos de línea de congelación
Aunque las zonas de huracanes son predominantemente climas tropicales, algunas regiones (como la costa del Atlántico medio) todavía experimentan penetración de heladas estacionales.por debajo de la línea de congelación, o se deben utilizar materiales de relleno no susceptibles a la helada (por ejemplo, piedra triturada, arena o grava).
Protección contra la corrosión por galvanizado y consideraciones de la zona de huracanes
Las zonas de huracanes a menudo coinciden conentornos costeros con alto contenido de sal, que impone requisitos estrictos de protección contra la corrosión para los postes de acero:
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Estándar de galvanizado:Las demás partidas de los productos, conGrado 100 (100 μm)espesor de revestimiento recomendado para entornos costeros
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Protección adicional de la sección incrustada:Revestimiento bituminoso o protector térmicose recomienda sobre la capa galvanizada
Resumen de los parámetros clave
Conclusión
El diseño estructural de los postes de acero tubulares cónicos de 69 kV/230 kV en zonas de huracanes debe cumplir estrictamenteNESC C2requisitos de carga ySe aplican los siguientes requisitos:Desde la presión del viento del distrito LIGHT de 9 psif hasta velocidades de viento extremas de hasta 170 mph en la Figura 250-2, desde un factor de carga del viento de 2.50 hasta un umbral mínimo de espesor de pared de 3/16 pulgadas, y desde el 10% ∼15% de los requisitos de profundidad de incrustación ∼ cada parámetro tiene un impacto directo en la seguridad estructural en condiciones de huracán.
Para los proveedores que planeen participar en licitaciones de proyectos de transporte en el sudeste de los EE.UU., en la costa del Golfo o en las regiones costeras del Atlántico, especificando explícitamente:Conforme con el distrito de carga ligera NESC,Diseño de los vientos extremos de la regla 250C de la NESC,El diseño ASCE/SEI 48-19, y una tabla completa de parámetros de espesor de pared y profundidad de inserción en las propuestas técnicas es la base para establecer la credibilidad técnica.
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