Análisis de transferencia de cargas y peso de torres de perfil angular y tubular en líneas de transmisión para cruces de 1000 m

Abstract

El presente trabajo desarrolla un análisis estructural comparativo de torres de transmisión eléctrica empleadas en cruces de gran vano, definidos como aquellos con longitudes iguales o superiores a 1000 metros, en líneas de alta tensión de 500 kV y configuración de doble circuito. La motivación surge ante la creciente necesidad de expandir la infraestructura energética en Colombia, y los retos técnicos que implica su desarrollo en zonas de difícil acceso, restricciones ambientales, o cruces de cuerpos de agua significativos. Tradicionalmente, en Colombia se han construido torres con perfiles angulares, debido a su disponibilidad y familiaridad en la industria nacional. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que las torres con perfiles tubulares ofrecen mejoras importantes en capacidad estructural, reducen la deformación de la torre bajo carga y presentan una menor resistencia al viento, lo que puede traducirse en diseños más eficientes para cruces de gran longitud. El desarrollo del trabajo se enmarca en una fase de ingeniería conceptual, basada en información secundaria sobre condiciones topográficas y ambientales, orientada a generar un diseño técnico con el nivel de detalle necesario para evaluar la viabilidad estructural del proyecto y aportar insumos relevantes para fases posteriores de ingeniería. Se plantea una comparación técnica entre torres con perfiles angulares y tubulares, analizando parámetros clave como el peso estimado de la estructura, las deformaciones bajo carga, y las reacciones transmitidas a nivel de cimentación. Para ello, se implementó una metodología de modelación avanzada, utilizando herramientas especializadas como PLS-CADD y TOWER, que permiten realizar simulaciones estructurales mediante elementos finitos y un diseño basado en la capacidad. Estas herramientas son ampliamente aceptadas por operadores de transmisión en Colombia y permiten modelar condiciones operativas reales. El estudio se realizó bajo cumplimiento de normativas internacionales (ASCE 10-15, ASCE 74-2020, TIA-222) y nacionales (RETIE), incorporando escenarios normales y extremos, como rotura de conductores y cargas por viento, así como las características geométricas y ambientales del cruce evaluado. Los resultados muestran que las torres con perfiles tubulares permiten una reducción significativa del peso total de la estructura y una mejor distribución de cargas hacia la cimentación, sin comprometer el desempeño estructural. No obstante, se evidencian desafíos en su implementación en Colombia, principalmente relacionados con la falta de estandarización, métodos de conexión apropiados y capacidad de producción local, debido a la limitada experiencia en diseño, fabricación y montaje de torres con este tipo de perfil. Este trabajo, además de aportar una comparación técnica relevante, representa una experiencia integral de formación en investigación, análisis técnico, búsqueda de información especializada y consulta de experiencias internacionales que sustentan las soluciones propuestas. Finalmente, se plantea la viabilidad de adoptar torres tubulares como una alternativa estructuralmente eficiente para cruces de gran vano, y se recomienda continuar con investigaciones orientadas a su implementación práctica en el contexto colombiano. (Tomado de la fuente)

This study presents a structural analysis of transmission towers designed for long-span crossings, specifically those exceeding 1000 meters, in 500 kV double-circuit transmission lines. The motivation stems from the growing need to expand Colombia’s power infrastructure and the technical challenges associated with such projects particularly in remote areas, environmentally restricted zones, or large river crossings. Traditionally, transmission towers in Colombia have been built using angular steel profiles due to their widespread availability and long-standing use. However, recent studies have shown that tubular profiles can significantly enhance structural performance, increasing load-bearing capacity, reducing tower deformation, and minimizing wind resistance features especially beneficial in long-span applications. This work was developed within a conceptual engineering framework, using secondary sources for terrain and environmental data, and aims to produce a technically sound structural model capable of supporting early-stage feasibility analysis and informing subsequent design phases. A comparative evaluation is conducted between towers built with angular and tubular profiles, focusing on key aspects such as estimated tower weight, structural deformations, and foundation-level load reactions. An advanced modeling methodology was applied using PLS-CADD and TOWER, industry-standard software tools that perform finite element analysis and capacity-based design simulations. These tools, widely validated by transmission system operators in Colombia, enable realistic simulations under operational conditions. The study adheres to international standards (ASCE 10-15, ASCE 74-2020, TIA-222) and Colombian regulations (RETIE), and incorporates both typical and extreme loading scenarios, including wind loads and conductor breakage, as well as geometric and environmental characteristics specific to the studied crossing. The results demonstrate that tubular towers offer clear advantages in reducing overall structural weight and optimizing load distribution toward foundations, all while maintaining structural integrity. Nonetheless, the implementation of such towers in Colombia faces challenges, including a lack of standardization, insufficient connection systems, and limited local manufacturing capabilities mainly due to the industry's lack of experience in the design, fabrication, and assembly of tubular-profile towers. Beyond the technical contribution, this work reflects the comprehensive academic training gained during the master’s program, which encompassed research methodologies, advanced information sourcing, and the analysis of global best practices to support technically sound engineering solutions. Ultimately, the study concludes that tubular towers represent a structurally efficient alternative for long-span 500 kV transmission lines and recommends further research to address the practical barriers to their adoption in the Colombian context.