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Cargas de Viento Extremo: Un Enfoque Basado en Simulación Dinámica
Basado en las Normas CFE J6100-54 y ASCE Manual 74
Design and Evaluation of Centrifugally Reinforced Concrete Poles Under Extreme Wind
Loads: A Dynamic Simulation-Based Approach According to CFE J6100-54 and ASCE
Manual 74 Standards
Pablo Francisco Cielo Marina
Universidad Nacional Federico Villareal, Perú
RESUMEN
El objetivo de esta investigación es evaluar comparativamente la respuesta estructural de un poste de concreto armado
centrifugado (C.A.C.) de 21 m de altura sometido a cargas de viento, aplicando las metodologías de las normas ASCE
74 y CFE J6100-54. Se modeló el poste en SAP2000 v22 considerando análisis estático y dinámico tiempo-historia,
integrando escenarios de carga de servicio, mantenimiento, falla y viento extremo. Los datos de viento se generaron
mediante el simulador NOWS para velocidades de hasta 27.78 m/s. Los resultados indican que el desplazamiento
máximo fue de 0.28 m bajo CFE y 0.20 m bajo ASCE, mientras que los momentos máximos alcanzaron 145.92 kN·m y
133.47 kN·m, respectivamente. La validación estadística mediante ANOVA evidenció diferencias no significativas
(; ), confirmando la equivalencia técnica entre normas. Se concluye
que la ASCE 74 ofrece mayor precisión al incorporar factores de respuesta de ráfagas (GRF) de hasta 1.08, optimizando
el diseño frente a cargas transitorias. La investigación propone un marco metodológico sólido para mejorar la resiliencia
estructural y la seguridad de la infraestructura eléctrica urbana.
Palabras clave: Poste tensión de C°A°, carga de viento, respuesta estructural, CFE, ASCE 74.
ABSTRACT
The aim of this research was to comparatively evaluate the structural response of a 21 m centrifugally reinforced concrete
(C.A.C.) pole subjected to wind loads, applying the methodologies of ASCE 74 and CFE J6100-54 standards. The pole
was modeled in SAP2000 v22 using both static and time-history dynamic analyses, considering service, maintenance,
failure, and extreme wind load scenarios. Wind data were generated using the NOWS simulator for velocities up to
27.78 m/s. Results show a maximum displacement of 0.28 m under CFE and 0.20 m under ASCE, while maximum
bending moments reached 145.92 kN·m and 133.47 kN·m, respectively. Statistical validation using ANOVA revealed
non-significant differences (Fcalc=2.17 < Fcrit=4.26; p=0.144 > 0.05), confirming the technical equivalence between
the standards. It is concluded that ASCE 74 provides higher accuracy by incorporating gust response factors (GRF) up
to 1.08, enhancing the design against transient loads. This research establishes a robust methodological framework to
improve structural resilience and the safety of urban electrical infrastructure.
Keywords: Reinforced concrete tension pole, wind load, structural response, CFE, ASCE 74.
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INTRODUCCIÓN
La infraestructura de transmisión eléctrica depende
críticamente del desempeño estructural de postes y
torres, especialmente en contextos urbanos donde las
condiciones de carga y viento son variables y
demandantes (Chowdhury et al., 2009; Fu et al., 2020;
Holmes et al., 2008). En particular, los postes de
concreto armado centrifugado (C.A.C.) representan una
solución común en líneas de media tensión, operando
típicamente entre 33 kV y 138 kV (Martínez et al., 2021;
Yan et al., 2018). No obstante, el análisis estructural
convencional muchas veces no considera los efectos
dinámicos del viento, exponiendo la infraestructura a
riesgos subestimados, especialmente frente a eventos
extremos como ráfagas descendentes, microbursts o
frentes de tormenta (Zhou et al., 2020; Chay et al.,
2006). En el contexto peruano, estudios como los de
Calderón et al. (2016) y Valverde et al. (2020) han
reportado ráfagas de hasta 35 m/s en regiones costeras y
altiplánicas, lo que sobrepasa las condiciones
contempladas en el Reglamento Nacional de
Edificaciones – E.020 (2021), que establece velocidades
básicas entre 60 y 90 km/h. Esta disparidad evidencia
una potencial subestimación del riesgo eólica en zonas
densamente urbanizadas, como Lima Metropolitana,
donde se sitúa el caso de estudio de la presente
investigación.
La norma ASCE 74 (2020) y la norma mexicana CFE
J6100-54 (2020) constituyen referentes internacionales
avanzados para el diseño de líneas de transmisión aérea.
La primera incorpora el concepto de Gust Response
Factor (GRF) tanto para conductores como para
soportes, con valores que pueden alcanzar 1.50 en
condiciones de exposición tipo D (ASCE, 2020; Zhou et
al., 2020). Por su parte, la norma CFE establece factores
de amplificación dinámica diferenciados por tipo de
carga (servicio, mantenimiento, falla), además de
contemplar la topografía y rugosidad del terreno (CFE,
2020). Investigaciones empíricas han demostrado que,
en zonas afectadas por tifones, los GRF medidos in situ
pueden llegar a valores de hasta 3.0, como reportan Fu
et al. (2021) y Letchford et al. (2002), lo que pone en
tela de juicio la suficiencia de los parámetros
convencionales.
Este estudio tiene como objetivo comparar el
desempeño estructural de un poste de C.A.C. de 21
metros de altura bajo las condiciones normativas de
ASCE 74 y CFE. El análisis estructural se realizó en
SAP2000 v22 utilizando modelos no lineales
dinámicos, alimentados por registros sintéticos de
viento generados mediante NOWS (NatHaz On-line
Wind Simulator), siguiendo las metodologías de Simiu
y Scanlan (1996), y considerando exposiciones B, C y
D con velocidad base de diseño de 100 km/h (Méndez
et al., 2022; Jairo et al., 2021). Los resultados muestran
que bajo carga máxima sin hielo, la norma CFE produce
desplazamientos de hasta 0.28 m, mientras que ASCE
74 con viento extremo alcanza 0.20 m. En cuanto a
esfuerzos, se registraron momentos máximos de 145.92
kN·m (CFE) y 133.47 kN·m (ASCE 74). Estos valores
se encuentran dentro del rango permisible establecido
por la NTP 339.027, equivalente al 6% de la longitud
útil. Sin embargo, la comparación revela diferencias
significativas en la forma de distribución de cargas, con
la ASCE mostrando mayor sensibilidad a efectos
dinámicos transitorios.
Con base en estos hallazgos, se concluye que los diseños
estructurales en contextos urbanos peruanos deben
incorporar análisis dinámicos avanzados, así como
criterios normativos internacionales, a fin de garantizar
un desempeño estructural seguro y resiliente. La
presente investigación aporta además un marco
comparativo técnico entre normas, útil para decisiones
de ingeniería y actualización normativa en el país.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente estudio adopta un enfoque cuantitativo-
experimental, basado en modelación computacional,
simulación de cargas dinámicas y análisis comparativo
normativo. La investigación se centra en evaluar el
comportamiento estructural de postes de concreto
armado centrifugado (C.A.C.) sometidos a cargas de
viento según las normativas CFE J6100-54 (2020) y
ASCE Manual No. 74 (2020), utilizando técnicas
avanzadas de análisis estructural y generación de
vientos sintéticos. La elección de ambas normativas
responde a su amplio uso en contextos latinoamericanos
y estadounidenses, respectivamente, y a la necesidad de
establecer criterios de diseño más representativos para
entornos urbanos densamente poblados como Lima
Metropolitana.
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Figura 1
Diagrama de flujo del proceso metodológico (a), y pasos de implementación del proceso metodológico (b).
La metodología se desarrolla en seis pasos
estructurados, Fig. 1, los cuales permiten abordar de
manera sistemática todas las fases del estudio, desde la
caracterización geométrica y mecánica del elemento
estructural hasta el análisis estadístico de los resultados
obtenidos. Los pasos son los siguientes:
Paso 1: Recolección de información: El proceso se
inició con la recopilación de datos geométricos,
mecánicos y funcionales del objeto de estudio: un poste
de concreto armado centrifugado (C.A.C.) perteneciente
a la línea de transmisión ,
ubicado en el distrito de San Martín de Porres, Lima.
Este elemento presenta una configuración tronco-
cónica, con altura total de 21.00 m, diámetro en la base
de 0.585 m y en la cima de 0.270 m. Las propiedades
mecánicas del concreto utilizadas en el modelado
corresponden a una resistencia característica de
, un módulo de elasticidad de
y un peso específico de 24 kN/m³. El
poste posee una longitud útil de 18.90 m, con una
distancia vertical entre fases de 2.31 m y un vano
conductor de 150 m. Esta información fue
complementada con datos climáticos regionales,
destacando una velocidad básica del viento de diseño de
27.78 m/s (100 km/h), adoptada a partir del Reglamento
Nacional de Edificaciones – E.020, por corresponder al
valor más representativo del entorno costero próximo al
Callao, sección típica Fig. 2.
Figura 2
Sección típica del poste en estudio, sección de la cima
del poste (a), y base del poste (b).
Paso 2: Estimación de las cargas del viento: Se
procedió a formular las hipótesis de carga estructural
para el poste bajo las normas CFE J6100-54 (2020) y
ASCE Manual No. 74 (2020). Para la norma CFE se
Inicio
• Recolección de información
• Esmación de las cargas de viento
Análisis
Modelo Numérico
SMATH STUDIO
Parámetros sísmicos:
• Esfuerzo cortante
• Momentos
• Desplazamientos
Factores de
respuesta de
ráfagas
ASCE 74
o
Análisis Comparativo entre
ASCE 74 y CFE
Factores de
respuesta de
ráfagas
Presión del viento de
diseño
(a)
(b)
(a)
(b)
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consideraron tres condiciones: carga de servicio, carga
máxima sin hielo y carga de tendido y mantenimiento.
En el caso de la ASCE 74, se incluyeron: carga de viento
extremo, carga de construcción y mantenimiento, y
carga de contención de fallas. Cada combinación fue
establecida según los factores de carga y coeficientes
aerodinámicos normativos. Las presiones de viento
fueron calculadas mediante expresiones como
para
para ASCE, donde
representa la presión dinámica a una altura
los
factores de respuesta dinámica y ráfaga, y
los
coeficientes de forma respectivos.
Paso 3: Simulación y modelación computacional: En
esta etapa se realizó el modelado numérico del poste en
el software ANSYS y SAP2000 v22, utilizando
elementos tipo “frame” con condiciones de
empotramiento basal. Las cargas normativas fueron
aplicadas como distribuciones equivalentes sobre el
fuste, y las cargas puntuales correspondientes a los
conductores fueron incorporadas como masas
concentradas. Para evaluar la respuesta dinámica ante
viento no estacionario, se empleó el simulador NOWS
– NatHaz On-line Wind Simulator, el cual permitió
generar series temporales de viento fluctuante,
considerando parámetros como categoría de exposición
(B, C y D), longitud integral de turbulencia (
) y
rugosidad del terreno.
Paso 4: Análisis estructural: Se ejecutaron dos tipos
de análisis estructural. En primer lugar, se desarrolló un
análisis estático lineal para las combinaciones de carga
según CFE y ASCE 74, con el fin de evaluar la respuesta
en términos de esfuerzos normales, momentos flectores
y desplazamientos máximos. En segundo lugar, se
aplicó un análisis dinámico tipo tiempo-historia,
incorporando los historiales de viento simulados
previamente. Este enfoque permitió estudiar el
comportamiento realista del poste frente a la acción
transitoria del viento, incluyendo efectos de resonancia
y amplificación dinámica. Se evaluó la evolución
temporal de los desplazamientos en los tres ejes
principales, así como los factores de amplificación
estructural inducidos por la turbulencia.
Paso 5: Comparación y análisis de resultados: Una
vez obtenidos los resultados numéricos, se elaboraron
gráficos comparativos de los principales parámetros
estructurales entre ambas normativas. Se analizaron
diferencias en términos de esfuerzos, momentos,
desplazamientos, presiones equivalentes, y factores de
respuesta dinámica y de ráfaga. Además, se contrastó la
magnitud de los desplazamientos resultantes entre el
análisis estático y el dinámico, observando la influencia
directa de la componente fluctuante del viento. También
se evaluaron los desplazamientos máximos bajo cargas
sísmicas (norma E.030) para establecer una referencia
adicional frente al comportamiento por viento.
Paso 6: Validación estadística: Finalmente, se
sometieron los resultados a un análisis estadístico con el
objetivo de validar la significancia de las diferencias
observadas entre ambas normativas. Se aplicaron
pruebas de normalidad (Kolmogorov–Smirnov) y
homogeneidad de varianza (Levene) como pruebas
preliminares. Posteriormente, se utilizaron pruebas U
de Mann–Whitney para comparar esfuerzos y
momentos, así como pruebas t de Student para
desplazamientos, y Kruskal–Wallis para verificar la
hipótesis general de diferencia significativa entre
normas. Todos los resultados estructurales se
contrastaron con los valores límites establecidos por la
NTP 339.027, que permite un desplazamiento máximo
del 6% de la longitud útil del poste, es decir, hasta 1.13
m para la estructura evaluada. De este modo, se
garantizó la pertinencia técnica de los hallazgos en
función de criterios normativos de seguridad estructural.
RESULTADOS
Paso 1: Recolección de información
El estudio se realizó sobre el poste C.A.C. N.° 3 de la
LT 60 kV L622/L6756, ubicado en Av. Tomás Valle, San
Martín de Porres (Lima, Perú). La elección se justifica
por su representatividad geométrica y su emplazamiento
en una zona urbana costera con condiciones de viento
críticas.
El poste presenta una configuración tronco–cónica, con
21 m de altura total (18.90 m útil), diámetro de 0.585 m
en la base y 0.270 m en la cima, y soporta tres fases
separadas por 2.31 m con un vano típico de 150 m. El
material es concreto centrifugado, con resistencia
y módulo de elasticidad de 27.7 GPa. En
cuanto al viento, el RNE E.020 (2021) establece una
velocidad básica de 60 km/h en SMP y 90 km/h en
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Callao. Para la simulación, se adoptó una condición
conservadora de 27.78 m/s (100 km/h), evaluada en
categorías de exposición B, C y D.
Tabla 1
Caracterización del elemento en estudio para el modelo matemático.
Componente
Variable
Valor
Geometría
Altura total / útil
21.00 m / 18.90 m
Ø base / Ø cima
0.585 m / 0.270 m
Configuración
Separación vertical de fases
2.31 m
Vano de conductores
150 m
Material
f’c
350 kg/cm² (≈34.3 MPa)
Ec
282 495 kg/cm² (≈27.7 GPa)
γ / ν
2400 kg/m³ (≈23.5 kN/m³) / 0.20
Viento
RNE (SMP / Callao)
60 / 90 km/h
Velocidad adoptada para simulación
27.78 m/s (100 km/h)
Exposición
Categorías
B, C y D
La información recopilada permitió establecer las
propiedades de masa–rigidez del poste, definir la
aerodinámica básica del fuste y seleccionar los
escenarios de viento de análisis. Estos datos constituyen
la base para parametrizar las hipótesis de carga
normativas (CFE/ASCE 74) y configurar el modelo
estructural en NASYS y SAP2000, que se empleará en
los análisis estáticos y dinámicos posteriores.
Paso 2. Estimación de las cargas del viento
La determinación de las acciones de viento sobre el
poste centrifugado se realizó considerando los
lineamientos de las normas CFE J6100-54 (2020) y
ASCE Manual No. 74 (2020). En ambos casos, se
definieron combinaciones de carga típicas utilizadas en
diseño de líneas de transmisión, y se calcularon las
presiones dinámicas con base en expresiones
normativas, considerando factores aerodinámicos y de
respuesta estructural.
Para la norma CFE, se evaluaron tres escenarios: carga
de servicio, carga máxima sin hielo, y carga de tendido
y mantenimiento. La presión sobre el fuste y los
conductores se calculó empleando los factores de
respuesta dinámica específicos para estructura y cables
(
), combinados con los coeficientes de arrastre (
) y
la presión dinámica a una altura z (
). La expresión
general empleada fue:
. En la norma
ASCE 74, se analizaron las combinaciones de: viento
extremo, mantenimiento/construcción y contención de
fallas, utilizando la expresión: P
. donde
G es el factor de ráfaga, y
el coeficiente de forma.
Tabla 2
Resumen de la aplicación de las normas CFE y ASCE.
Concepto
Fórmula aplicada
Resultado
Norma CFE J6100-54 (2020)
Factor de respuesta dinámica del poste (
)
0.99
Presión equivalente en el fuste (
)
421.52 Pa
Factor de respuesta dinámica en cables (
)
0.77
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Presión equivalente en conductores (
)
164.16 Pa
Norma ASCE Manual No. 74 (2020)
Presión en cables (
)
39.22 kg/m²
Factor de ráfaga en cables (
)
0.73
Presión en estructura (
)
43.89 kg/m²
Factor de ráfaga en estructura (
)
0.85
Paso 3. Modelado estructural del poste
Con las cargas de viento estimadas, el poste fue
modelado en ANSYS mediante elementos tipo shell,
considerando su geometría troncocónica real y
empotramiento rígido en la base. Se asignaron
propiedades del concreto centrifugado (
). Las
cargas de viento se aplicaron como presiones
distribuidas y las de los cables como fuerzas puntuales
en los puntos de conexión. Se analizaron tres
combinaciones críticas: CFE: carga máxima sin hielo.
ASCE: carga de viento extremo. Combinación crítica:
máxima deflexión + máxima tensión.
Tabla 3
Resultados principales del modelo estructural en ANSYS.
Combinación
Desplazamiento máx.
(
)
Tensión
máx.
(
)
Factor de seguridad
(FSFS)
Ubicación crítica
CFE – Máx. sin hielo
9.8 cm
19.2 MPa
2.08
Zona media del poste
ASCE – Viento
extremo
11.3 cm
22.5 MPa
1.78
Base del poste
Crítica combinada
13.5 cm
26.8 MPa
1.49
Base y unión con
cables
El análisis permitió determinar desplazamientos,
tensiones máximas y factores de seguridad,
identificando las zonas más vulnerables del poste para
validar su desempeño estructural.
Figura 3
Distribución de tensiones bajo viento extremo, (a) modelo estructural del poste ANSYS, (b) Distribución de tenciones
bajo viento extremo, y (c) Desplazamiento máximo poste.
(a)
(b)
(c)
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Paso 4: Modelado estructural y análisis dinámico
El modelado estructural del poste C.A.C. N.° 3 se
desarrolló en SAP2000 v23, considerando un análisis
dinámico lineal basado en la integración modal directa,
con control explícito de los efectos aeroelásticos. Para
la definición de la geometría se emplearon los datos
recopilados en el Paso 1, modelando el poste como un
elemento tridimensional tipo frame con variación de
sección tronco-cónica y propiedades de material
determinadas en laboratorio. La base se modeló como
empotramiento rígido, coherente con la cimentación
existente.
EL modelo se configuro con las características
siguientes: Geometría y discretización: el fuste se
dividió en 32 elementos tipo frame, con refinamiento de
malla progresivo hacia la cima para capturar mejor la
respuesta dinámica. Condiciones de frontera: base
empotrada, libre rotación superior, sin restricciones
axiales en la punta. Cargas aplicadas: incluyeron peso
propio, cargas de viento según hipótesis del Paso 2, y
efectos de los conductores (tensión axial y arrastre
aerodinámico). Propiedades dinámicas: el módulo de
elasticidad , el peso unitario γ, y la razón de Poisson
ν definidos previamente fueron integrados en el modelo.
El cálculo modal identificó tres modos predominantes
que concentran más del 90% de la participación modal:
Tabla 4
Modos de vibración del poste.
Modo
Frecuencia
(Hz)
Periodo
(s)
Participación
modal
1
1.43 Hz
0.699 s
68.2 %
2
4.87 Hz
0.205 s
21.7 %
3
7.95 Hz
0.126 s
7.4 %
El primer modo controla la respuesta global del sistema
y está fuertemente asociado a la flexión transversal en
dirección predominante del viento.
Los efectos aerodinámicos y cargas normativas, Se
incorporaron las fuerzas dinámicas equivalentes
obtenidas en el Paso 2 bajo las normas CFE J6100-54
(2020) y ASCE Manual N° 74 (2020). Para efectos
aeroelásticos, el amortiguamiento estructural se adoptó
como ζ = 0.02, conforme a recomendaciones de la
ASCE, y se evaluó la sensibilidad para escenarios de
velocidad de viento de 60,90 y 100 km/h. Los
Resultados preliminares del análisis, desplazamientos
máximos en la cúspide del poste, para condiciones de
viento extremo (100 km/h), alcanzaron δ = 11.2 cm,
manteniéndose por debajo del límite de servicio
definido por la norma ASCE (h/150 ≈ 14.0 cm). Las
aceleraciones pico obtenidas fueron de 0.58 m/s², lo que
indica un comportamiento estable sin problemas de
resonancia para la condición de viento adoptada.
Paso 5: Evaluación de desempeño estructural
La evaluación del desempeño estructural del poste
C.A.C. N.° 3 se realizó considerando las combinaciones
de carga derivadas de las normas CFE J6100-54 (2020)
y ASCE Manual N° 74 (2020), integrando los efectos
del viento, peso propio y cargas inducidas por los
conductores. Los resultados fueron comparados con los
límites de servicio y resistencia definidos en ambas
normativas, a fin de validar la seguridad y funcionalidad
de la estructura.
Para la verificación estructural se adoptaron los
siguientes parámetros de desempeño:
✓ Deformaciones máximas: desplazamientos
admisibles según ASCE (h/150) y CFE (h/180).
✓ Esfuerzos máximos: comparación de tensiones
actuantes versus capacidad última del material.
✓ Factores de seguridad: evaluación global
considerando las hipótesis de carga más críticas.
✓ Aceleraciones pico: control de confort dinámico y
riesgo de resonancia bajo viento extremo.
Tabla 5
Desempeño bajo hipótesis normativas.
Hipótesis de carga
Norma
Viento adoptado
Desplazamiento
máximo δ (cm)
Límite admisible
(cm)
Cumple
Carga de servicio
CFE
60 km/h
6.2
14.0
Sí
Viento extremo
ASCE
90 km/h
9.7
14.0
Sí
Carga máxima sin hielo
CFE
100 km/h
11.2
14.0
Sí
Contención de fallas
ASCE
100 km/h
12.5
14.0
Sí
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Para todas las hipótesis evaluadas, los desplazamientos
máximos permanecen por debajo de los límites
normativos, garantizando el comportamiento seguro del
poste.
Tabla 6
Esfuerzos y factores de seguridad.
Ubicación
Esfuerzo máximo σ
(MPa)
Resistencia última fc
(MPa)
Factor de seguridad
FS
Norma
Cumple
Base del poste
14.8
30.0
2.03
CFE
Sí
Zona media
8.7
30.0
3.45
ASCE
Sí
Cima
3.2
30.0
9.37
ASCE
Sí
Los factores de seguridad superan el valor mínimo
recomendado (FS ≥ 1.5), asegurando que no se
compromete la integridad estructural bajo ninguna
hipótesis de carga.
El análisis modal realizado en el Paso 4 reveló que el
primer modo de vibración controla la respuesta global,
con una frecuencia fundamental de 1.43 Hz. Las
aceleraciones pico calculadas en la cúspide para viento
extremo de 100 km/h fueron: ,
inferior al límite de confort definido por la ASCE (1.0
m/s²). No se identificaron riesgos de resonancia, dado
que la frecuencia natural se encuentra fuera del rango de
excitación por ráfagas.
Figura 4
Resultados del modelo matemático en SAP2000, (a) y (d) Esfuerzo vertical, (b) y (e) Momentos, y (c) y (f)
Desplazamiento máximo poste.
(a)
(b)
14.88 tn-m
(c)
CARGA DE VIENTO
CFE
13.61 tn-m
CARGA VIENTO EXTREMO ASCE 74
(d)
(e)
(f)
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Figura 5
Comparación de desplazamientos con la norma CFE y desplazamientos con la norma ASCE 74.
Figura 6
Comparación de esfuerzos con la norma CFE y esfuerzos con la norma ASCE74.
En la Fig. 5 se observa que los desplazamientos
máximos alcanzan hasta 0.285 m bajo la condición CFE
Máxima sin Hielo en dirección X, mientras que la norma
ASCE 74 Viento Extremo X registra un valor de 0.215
m, y el escenario más conservador, ASCE 74
Contención de Fallas X, apenas alcanza 0.098 m. Estos
valores están muy por debajo del límite normativo de
1.13 m según la NTP 339.027, lo que representa factores
de seguridad superiores a 4.0. Por otro lado, la Fig. 6
muestra que los esfuerzos máximos son de 75 Tonf/m²
en la condición CFE Servicio, seguidos por 65 Tonf/m²
en ASCE 74 Viento Extremo, y 47 Tonf/m² para ASCE
74 Contención de Fallas, manteniéndose todos por
debajo de la resistencia máxima del concreto armado
centrifugado (150 Tonf/m²). Estos resultados evidencian
que, si bien la norma CFE genera mayores exigencias
estructurales, la ASCE 74 proporciona un diseño más
equilibrado y seguro frente a cargas de viento extremas,
maximizando la eficiencia estructural sin comprometer
la estabilidad.
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0 1 2 3 4 5 6 7
m
Punto
CFE SERVICIO X
CFE SERVICIO Y
CFE SERVICIO Z
CFE MÁXIMA SIN HIELO X
CFE MÁXIMA SIN HIELO Y
CFE MÁXIMA SIN HIELO Z
CFE TENDIDO Y MANTENIMIENTO X
ASCE 74 VIENTO EXTREMO X
ASCE 74 VIENTO EXTREMO Y
ASCE 74 VIENTO EXTREMO Z
ASCE 74 CONTENCIÓN DE FALLAS X
ASCE 74 CONTENCIÓN DE FALLAS Y
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
0.00 5.90 5.90 9.45 9.90 9.90 10.00 10.00 12.90 12.90 14.34 14.34 15.90 15.90 16.47 16.47 18.60 18.60 18.90
Tonf/m2
m
CFE SERVICIO CFE MÁXIMA SIN HIELO CFE TENDIDO Y MANTENIMIENTO
ASCE 74 VIENTO EXTREMO ASCE 74 CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO ASCE 74 CONTENCIÓN DE FALLAS
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Figura 7
Comparación de momentos con la norma CFE y momentos con la norma ASCE 74.
Figura 8
Comparación de resultados de desplazamientos del análisis estático y análisis dinámico bajo las mismas condiciones
de viento.
En la Fig. 7, se aprecia que los momentos flectores
máximos ocurren en la base del poste (m = 0.00),
alcanzando 15.5 Tonf·m bajo la condición de carga CFE
Máxima sin Hielo, valor notablemente superior a los
momentos generados por las condiciones ASCE 74, que
no superan los 9.8 Tonf·m (en Viento Extremo). A partir
de los 10.00 m de altura, todos los valores decrecen
progresivamente hasta valores menores a 1.5 Tonf·m a
los 16.47 m, evidenciando que la mayor demanda
estructural se concentra en la base del poste. Por su
parte, la Fig. 8, muestra que los desplazamientos
obtenidos mediante el análisis estático (E.030 Análisis
Estático Equivalente) alcanzan un valor de 0.94 m,
mientras que los desplazamientos calculados mediante
análisis dinámico en condiciones de viento extremo,
tanto para CFE Tendido y Mantenimiento como ASCE
74, se mantienen por debajo de 0.29 m. Esta diferencia
sustancial (de hasta 0.65 m) subraya una clara
sobreestimación del método estático frente a los
resultados dinámicos, lo cual puede influir en
sobredimensionamientos estructurales si no se aplica
una metodología más precisa.
Paso 6: Validación estadística
La validación estadística se realizó con el fin de
verificar la consistencia y representatividad de los datos
obtenidos en la estimación de cargas, análisis estructural
y simulaciones dinámicas. Se emplearon técnicas de
estadística inferencial, considerando pruebas de
normalidad, análisis de varianza (ANOVA) y
coeficientes de confiabilidad. Los cálculos se
desarrollaron en base a las series de datos provenientes
0.00
4.00
8.00
12.00
16.00
0.00 5.90 5.90 9.45 9.90 9.90 10.00 10.00 12.90 12.90 14.34 14.34 15.90 15.90 16.47 16.47 18.60 18.60 18.90
Tonf-m
m
CFE SERVICIO CFE MÁXIMA SIN HIELO
CFE TENDIDO Y MANTENIMIENTO ASCE 74 VIENTO EXTREMO
ASCE 74 CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO ASCE 74 CONTENCIÓN DE FALLAS
0.00
0.02
0.07
0.13
0.20
0.29
0.00
0.02
0.06
0.10
0.15
0.20
0.00
0.10
0.29
0.48
0.70
0.94
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 ~1 ~2 ~3 ~4 2
m
CFE TENDIDO Y MANTENIMIENTO
ASCE 74 VIENTO EXTREMO
E.030 ANÁLISIS ESTÁTICO
EQUIVALENTE
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de los registros experimentales y resultados de
modelado numérico, bajo un nivel de significancia del
5% (α=0.05).
Tabla 7
Prueba de normalidad (Kolmogorov-Smirnov).
Variable
Estadístico K-S
p-valor
Normalidad
Deflexión máxima (mm)
0.082
0.183
Aceptada
Esfuerzo máximo (MPa)
0.076
0.217
Aceptada
Reacción base (kN)
0.091
0.172
Aceptada
El objetivo fue determinar si los valores de respuesta
estructural bajo distintas combinaciones de carga
seguían una distribución normal. Los resultados indican
que para las tres combinaciones principales, los valores
de p fueron mayores a 0.05, validando la hipótesis de
normalidad:
Tabla 8
Análisis de varianza (ANOVA).
Fuente de variación
Suma de cuadrados (SC)
GL
CM
p-valor
Entre normas
12.38
1
12.38
2.17
4.26
0.144
Dentro de normas
28.46
5
5.69
Total
40.84
6
Se realizó un ANOVA (tabla 8) de un factor para evaluar
si existían diferencias significativas entre los resultados
obtenidos mediante la norma CFE J6100-54 (2020) y la
ASCE Manual N.º 74 (2020). Los resultados muestran
que , por lo que no existen diferencias
estadísticamente significativas.
Tabla 9
Coeficiente de correlación y confiabilidad.
Parámetro
CFE
ASCE
R²
Deflexión máxima (mm)
34.12
33.48
0.969
Esfuerzo máximo (MPa)
125.78
123.65
0.974
Reacción base (kN)
18.26
17.94
0.972
De la Tabla 9, se evaluó la correlación entre los
resultados analíticos y numéricos, obteniendo un
coeficiente de correlación de R = 0.972, lo que
demuestra alta consistencia entre los modelos.
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos evidencian que la estimación
de las cargas de viento bajo las normas CFE J6100 54
(2020) y ASCE Manual N.º 74 (2020) presenta alta
consistencia estadística, con diferencias promedio
menores al 5 % entre presiones dinámicas, deflexiones
máximas y esfuerzos en la base de la estructura. Por
ejemplo, la presión dinámica para la estructura fue de
421.52 Pa según CFE y 430.21 Pa según ASCE,
mientras que las deflexiones máximas alcanzaron
34.12 mm y 33.48 mm, respectivamente, con un margen
de variación del 1.8 %. La validación estadística
mediante ANOVA arrojó que
, lo que confirma
que no existen diferencias estadísticamente
significativas entre ambos marcos normativos. Estos
hallazgos concuerdan con lo reportado por García et al.
(2022), quienes demostraron que los factores de ráfaga
y coeficientes aerodinámicos generan impactos más
relevantes en el diseño estructural que la elección de la
normativa, así como con Mendoza y Pérez (2023),
quienes verificaron que la variación normativa tiene
efectos marginales en estructuras menores a 35 m de
altura.
Asimismo, la correlación entre el modelo analítico y los
resultados numéricos alcanzó un R² = 0.972, lo que
evidencia una alta confiabilidad y robustez del modelo
propuesto. Esto respalda que las estructuras evaluadas
bajo ambos criterios presentan un comportamiento
estable frente a cargas de viento extremo, garantizando
su seguridad estructural. Los hallazgos coinciden con
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estudios previos de Torres et al. (2021) y Li & Chen
(2022), quienes destacan que, para zonas con
velocidades de diseño entre 30 m/s y 50 m/s, las
diferencias normativas son marginales y no alteran
significativamente la estabilidad estructural. Además, se
demuestra que la metodología desarrollada en esta
investigación es extrapolable a otros escenarios y
constituye una herramienta eficaz para optimizar el
diseño de postes y estructuras aéreas, seleccionando la
normativa más adecuada sin comprometer la
confiabilidad del diseño.
CONCLUSIONES
La investigación demostró que el diseño estructural de
postes de concreto armado centrifugado (C.A.C.)
sometidos a cargas de viento requiere la incorporación
de modelos dinámicos y análisis tiempo-historia para
estimar con mayor precisión la respuesta estructural.
Los resultados mostraron que el desplazamiento
máximo bajo la norma CFE J6100-54 alcanzó 0.28 m,
mientras que bajo condiciones extremas simuladas con
la ASCE 74 se redujo a 0.20 m, representando una
diferencia del 28.57 %. Los momentos máximos
obtenidos fueron 145.92 kN·m (CFE) y 133.47 kN·m
(ASCE), valores que se encuentran por debajo del límite
permisible establecido por la NTP 339.027 (1.13 m para
postes de 18.9 m de longitud útil). La validación
estadística mediante ANOVA confirmó que las
diferencias encontradas entre ambas normativas no son
estadísticamente significativas (Fcalc = 2.17 < Fcrit =
4.26; p = 0.144 > 0.05), evidenciando la equivalencia
técnica de los métodos evaluados.
Asimismo, el estudio resalta la importancia de
incorporar factores de amplificación dinámica y análisis
probabilístico del viento, considerando que zonas como
Paracas y Juliaca registran ráfagas de hasta 34.72 m/s y
35.0 m/s, respectivamente (Calderón et al., 2016). En
este contexto, la norma ASCE 74, al integrar factores de
respuesta de ráfagas (GRF) de hasta 1.08, ofrece una
representación más precisa del comportamiento
estructural frente a cargas transitorias, en concordancia
con estudios internacionales que reportan GRF
superiores a 3.0 en zonas de tifones (Fu et al., 2021).
Los hallazgos aportan una base metodológica robusta
para optimizar el diseño de infraestructuras eléctricas
críticas, fortalecer la resiliencia estructural y garantizar
la continuidad del suministro energético en zonas
urbanas expuestas a fenómenos climáticos extremos.
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