Efectos de la variabilidad de factores estructurales y sísmicos en la fragilidad sísmica de postes de concreto armado en subestaciones eléctricas peruanas
DOI:
https://doi.org/10.24039/rcv20251311938Palabras clave:
funciones de fragilidad, subestación eléctrica, incertidumbre estructural y sísmicaResumen
El presente estudio analiza la fragilidad sísmica de subestaciones eléctricas peruanas mediante la aplicación de funciones de fragilidad generadas con múltiples análisis dinámicos de tiempo-historia no lineales, respecto a la variabilidad estructural de la resistencia a la compresión del concreto (f’c) y el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo (fy), y la incertidumbre en un factor sísmico definido como la aceleración máxima del suelo (PGA). El estudio, de enfoque cuantitativo y diseño experimental, fue de tipo aplicado y alcance explicativo. Se consideró el método aleatorio para la generación de 2000 muestras de factores estructurales y 2000 acelerogramas artificiales de sismos espectro compatibles con señales reales peruanas. Los cálculos revelan desplazamientos máximos (Dmáx), distorsiones angulares máximas (Δmáx) y fuerzas cortantes en la base (Vb) más conservadoras que en estudios previos, atribuibles al modelamiento no lineal con rótulas plásticas de distinta tipología y al efecto cíclico del sismo. Para definir la fragilidad, se propusieron cuatro estados de daño (ED) donde ED1 y ED2 presentaron probabilidades de daño (PD) similares a estudios pasados. Por inspección, ED3 y ED4 representan fluencia y colapso, y se observó que el 50% de sus PD son excedidos para valores de PGA superiores a 0.24g y 0.53g, respectivamente. La metodología propuesta evidenció la influencia del concreto y del acero de refuerzo en la respuesta estructural, generando curvas de fragilidad coherentes que fortalecen la evaluación sísmica y la gestión del riesgo frente a terremotos.
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Citas
Arias, F. (2012). El proyecto de investigación: introducción a la metodología científica. Episteme.
Baghmisheh, A. G., & Mahsuli, M. (2021). Seismic performance and fragility analysis of power distribution concrete poles. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 150(106909), 15. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.106909
Bakalis, K., & Vamvatsikos, D. (2018). Seismic fragility functions via nonlinear response history analysis. Journal of Structural Engineering, 144(10). https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.106909
Bonett, R. (2003). Vulnerabilidad y riesgo sísmico de edificios. Aplicación a entornos urbanos en zonas de amenaza alta y moderada [Tesis de doctorado, Universidad Politécnica de Cataluña]. Repositorio Institucional de la Universidad Politécnica de Cataluña.
Faleiro, J., Oller, S., & Barbat, A. (2010). Plastic‐damage analysis of reinforced concrete frame. Engineering Computations, 27(1), 57-83. https://doi.org/10.1108/02644401011008522
Ferreira, F., Moutinho, C., Cunha, Á., & Caetano, E. (2020). An artificial accelerogram generator code written in Matlab. Engineering Reports, 2(3), 2:e12129. https://doi.org/10.1002/eng2.12129
Guevara, N., Osorio, S., & Vargas, E. (2006). Evaluación de la capacidad estructural del edificio de la Biblioteca de las Ingenierías y Arquitectura, utilizando análisis estático no lineal (Pushover) [Tesis de pregrado, Universidad de El Salvador]. Respositorio Institucional de la Universidad de El Salvador.
Haselton, C., Liel, A., Taylor-Lange, S., & Deierlein, G. (2016). Calibration of model to simulate response of reinforced concrete beam-columns to collapse. ACI Structural Journal, 113(6), 1141-1152. https://doi.org/10.14359/51689245
Hernández, R., Fernández, C., & Baptista, P. (2014). Metodología de la investigación. Mc Graw Hill Education.
Hinostroza, J. (2008). Elementos y esquemas para subestaciones de distribución [Tesis de pregrado, Universidad Nacional de Ingeniería]. Repositorio Institucional de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Ibarra, L., Medina, R., & Krawinkler, H. (2005). Hysteretic models that incorporate strength and stiffness deterioration. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 34(12), 1489-1511. https://doi.org/10.1002/eqe.495
Ibrahim, Q., & Olasehinde, A. (2016). Probability-based assessment of electric power distribution concrete poles in southwest of nigeria. International Journal of Advanced Scientific Research and Management, 1(7), 102-110. https://doi.org/10.36282/IJASRM/1.8.2016.104
Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (INDECOPI). (2008). NTP 339.027: Hormigón (concreto). Postes de hormigón (concreto) armado para líneas aéreas.
Kristiawan, S., Hapsari, I., Purwanto, E., & Marwahyudi, M. (2022). Evaluation of damage limit state for RC frame based on FE modeling. Buildings, 12(1), 21. https://doi.org/10.3390/buildings12010021
Le, T., & Pham, N. (2024). Effects of plastic hinge properties on nonlinear static analysis of reinforced concrete frames. Advances in Transdisciplinary Engineering, 62, 622-628. https://doi.org/10.3233/ATDE241041
Luz del Sur (1987). TE-7-542: Palomilla doble de concreto armado (250), 400 y 630 kVA
Luz del Sur (2005). LE-7-015: Ménsula de concreto armado – 10 kV
Luz del Sur (2010). DNC-098: Postes de concreto para líneas aéreas hasta 22.9 kV (13 m)
Luz del Sur (2011). TE-7-543: Plataforma soporte para equipos de peso hasta 2600 kg
Luz del Sur (2012). TE-7-112: Transformadores trifásicos convencionales de 50 hasta 630 kVA para 10 kV
Marie-Victorie, E., Cailleux, E., & Texier, A. (2006). Carbonation and historical buildings made of concrete. Journal de Physique Archives, 136, 305-318. https://doi.org/10.1051/jp4:2006136031
Marston, T. (2018). The US electric power system infrastructure and its vulnerabilities. The Bridge, 48(2), 31-34.
McKenna, F., Scott, M., & Fenves, G. (2010). Nonlinear finite-element analysis software architecture using object composition. Journal of Computing in Civil Engineering, 24(1), 95-107. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000002
Office of Technology Assessment (OTA). (1990). Physical vulnerability of electric power systems to natural disasters and sabotage. U.S. Congress. https://ota.fas.org/reports/9034.pdf
Organización Panamericana de Salud (OMS). (2010). Terremoto de Pisco - Perú: A dos años del sismo, crónica y lecciones aprendidas en el sector salud. Biblioteca Digital de la Organización Panamericana de Salud. https://iris.paho.org/handle/10665.2/34954
Park, Y., Lee, C., & Jeon, J. (2024). Hysteretic model parameters for seismic performance assessment of cyclically degraded reinforced concrete columns. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 179, 108519. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2024.108519
Preston, B., Backhaus, S., Ewers, M., Phillips, J., Silva-Monroy, C., Dagle, J., Tarditi, A., Looney, J., & King, T. (2016). Resilience of the U.S. electricity system: a multi-hazard perspective. Department of Energy's Office of Energy Policy and Systems Analysis. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/01/f34/Resilience%20of%20the%20U.S.%20Electricity%20System%20A%20MultiHazard%20Perspective.pdf
Pujades, L.G., Vargas-Alzate, Y.F., Lantada, N., & González-Drigo, R. (2025). Probabilistic parametric analysis of capacity, fragility and expected seismic damage of framed reinforced concrete buildings. Bulletin of Earthquake Engineering, 23, 1591-1637. https://doi.org/10.1007/s10518-024-02066-w
Rojas, M. (2019). Plataforma SIG para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de las subestaciones eléctricas aéreas de distribución [Tesis de pregrado, Universidad Nacional de Ingeniería]. Repositorio Institucional de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Sayed, S., El-Assaly, M., & EL-Kholy, A. (2024). Review for plastic hinge types used for modeling reinforced concrete elements. Journal of Engineering Science and Sustainable Industrial Technology, 2(1), 21–25. https://doi.org/10.21608/jessit.2023.241723.1004
Supo, F., & Cavero, H. (2014). Fundamentos teóricos y procedimentales de la investigación científica en ciencias sociales. Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Altiplano.
Takada, S., Bastami, M., Kuwata, Y., & Javanbarg, M. (2004). Performance of electric power systems during the Bam earthquake and Its Fragility Analyses. Memoirs of Construction Engineering Research Institute, 46, 141-152.
Zareei, S., Hosseini, M., & Ghafory-Ashtiany, M. (2017). Evaluation of power substation equipment seismic vulnerability by multivariate fragility analysis: A case study on a 420kV circuit breaker. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 92, 79-94. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2016.09.026
Zeynalian, M., & Khorasgani, M. Z. (2018). Structural performance of concrete poles used in electric power distribution network. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 18(3), 863-876. https://doi.org/10.1016/j.acme.2018.01.005
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