memoria de cálculo ta 9m - 100 km-h

Av. Manuel Olguín # 373 Oficina 506 , Edificio el QUBO Santiago de Surco Lima - Perú

DISEÑO ESTRUCTURAL DE

TORRE ARRIOSTRADA DE H=9m

Viento = 100km/h


INDICE

1.0 ALCANCES.

2.0 DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA.

3.0 NORMAS DE DISEÑO.

4.0 MATERIALES.

5.0 METODOLOGIA DE ANALISIS.

6.0 CARGAS DE DISEÑO.

7.0 COMBINACIONES DE CARGA.

8.0 DATOS DE INGRESO AL PROGRAMA.

8.1 GEOMETRIA

8.2 CARGA DE ANTENAS

8.3 CARGAS DE VIENTO

9.0 DISEÑO DE LA TORRE.

9.1 DISEÑO POR SUPERVIVENCIA

9.2 DISEÑO POR OPERACION

10.0 REACCIONES EN LA BASE.

11.0 CONCLUSIONES


BASES DE CÁLCULO Y ESTRUCTURACION

1. ALCANCES

La presente memoria de cálculo describe los criterios adoptados para el diseño estructural de una torre arriostrada de 9m. Se ha usado el programa SAP 2000 En la presente también se especifican los materiales utilizados, las cargas consideradas y sus combinaciones, método de análisis, las normas y códigos que se emplearán en el presente informe.

2. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA

La estructura consta de una estructura recta de 3 lados y tres tramos. Las dimensiones generales de la estructura son las siguientes: • Altura total 9.00 m , tres tramos de 3m c/u • Ancho de tramos 0.45 m. • Los elementos principales y secundarios de la torre son: Montantes: Tubo ϕ1 1/2” STD (diámetro interior) , t = 2.90 mm, calidad A-36 Arriostres: Tubo ϕ3” (diámetro interior) , t = 3.65 mm, calidad A-36 Horizontales: Angulo L 1 1/2” x 1 1/2” x 3/16” , calidad A-36 Diagonales: Varilla lisa ϕ 5/8” , calidad A-36


3. NORMAS DE DISEÑO

Las normas que contemplan el siguiente proyecto estructural son las siguientes: TIA/EIA 222 – G. “Structural Standards for steel antenna towers and antenna supporting structures”

4. MATERIALES

Los materiales utilizados son los siguientes: - Los tubos, perfiles y varillas que conforman la estructura de la torre son de acero ASTM A-36. - Los perfiles angulares usados en la estructura , son perfiles cuyas alas forman un ángulo entre sí de 90º. - Los pernos considerados en las conexiones de elementos principales y secundarios son del tipo ASTM A-325 .

6. PARAMETROS DE DISEÑO

Clasificación de las estructuras. Según la norma ANSI/TIA-222-G en el ítem 2.8.3 en la tabla 2-1 presenta la clasificación de las estructuras por clases, para nuestro caso la estructura es de clase II. Categoría de exposición de la estructura. Según la norma ANSI/TIA-222-G en el ítem 2.6.5.1, presenta la clasificación de las estructuras por categoría de exposición, para nuestro caso la estructura es categoría de exposición B. Categoría topográfica de la estructura. Según la norma ANSI/TIA-222-G en el ítem 2.6.6.2, presenta la clasificación de las estructuras por categoría topográfica, para nuestro caso la estructura es categoría topográfica 1.


7. CARGAS DE VIENTO SOBRE LA ESTRUCTURA

Las expresiones usadas para determinar la presión del viento tanto en la estructura metálica como en los accesorios y en las antenas según la norma ANSI/TIA-222-G, se detallan a continuación. Las direcciones de la velocidad de viento a considerar se toman de la tabla 2-6 de la norma ANSI/TIA-222-G.

Viento sobre la estructura metálica: La fuerza de viento de diseño, Fw, se deberá determinar de la siguiente manera: FW=FST+FA+FG Donde: FST = Fuerza de viento de diseño sobre la estructura de acuerdo con 2.6.9.1 FA = Fuerza de viento de diseño sobre los accesorios de acuerdo con 2.6.9.2 FG = Fuerza de viento de diseño sobre las riendas de acuerdo con 2.6.9.3 Antes vemos según la norma ANSI/TIA el cálculo de algunos parámetros importantes: Presión dinámica La presión dinámica, qz, evaluada a la altura z se deberá calcular de acuerdo con la siguiente ecuación: qz = 0.00256 Kz Kzt Kd V2 I (Ib/ft2) = 0.613 Kz Kzt Kd V2 I [N/m2] Donde: Kz = coeficiente de presión dinámica de acuerdo con 2.6.5.2 Kzt = factor topográfico de acuerdo con 2.6.6.4 Kd = factor de probabilidad de la dirección del viento de acuerdo con la Tabla 2-2. V = velocidad básica del viento para la condición de carga investigada, mph [m/s] I = factor de importancia de acuerdo con la Tabla 2-3.

qz = 32.84 Kg/m2 (Presión dinámica de viento)


Factor de ráfaga

Donde: h = Altura de la estructura. A continuación presentamos las fuerzas de viento sobre la estructura, sobre los accesorios y sobre las riendas (cables).

Fuerza de viento de diseño sobre la estructura. La fuerza de viento de diseño, FST, aplicada a cada sección de una estructura se deberá determinar de la siguiente manera:

Fst = qz Gh (EPA)s

Donde: Fst = Fuerza de viento de diseño horizontal sobre la estructura en la dirección del viento. qz = presión dinámica de acuerdo con 2.6.9.6. Gh = factor de ráfaga de acuerdo con 2.6.7. (EPA)s = área proyectada efectiva de la estructura de acuerdo con 2.6.9.1.1 ó 2.6.9.1.2.

Fuerza de viento de diseño sobre los accesorios. La fuerza de viento de diseño sobre los accesorios (ya sean puntuales o lineales pero excluyendo las antenas de microondas), FA, se deberá determinar de acuerdo con la siguiente ecuación:

FA = qz Gh (EPA)A

Donde: qz = presión dinámica a la altura del eje del accesorio de acuerdo con 2.6.9.6 Gh = factor de ráfaga de acuerdo con 2.6.7 (Nota: Ver el factor de ráfaga, Gh, para el diseño por resistencia de los accesorios en 2.6.9.) (EPA)A = área proyectada efectiva del accesorio incluyendo el hielo para las combinaciones de carga que incluyen hielo.


Relación de esbeltez. Preferentemente la relación de esbeltez, L/r, no deberá ser mayor que: (a) 150 para los elementos de los puntales, (b) 200 para los elementos comprimidos principales excepto los elementos de los puntales, (c) 250 para los elementos secundarios, y (d) 300 para los elementos traccionados, excepto para el arriostramiento y los cables de las varillas de tracción.

8. COMBINACIONES DE CARGA

8.1 COMBINACIONES DE CARGA PARA ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA

Las estructuras y fundaciones se deberán diseñar de manera tal que su resistencia de diseño sea mayor o igual que las solicitaciones debidas a las cargas mayoradas para cada una de las siguientes combinaciones correspondientes al estado límite: 1. 1.2 D + 1.6 Wo

Donde: D = carga permanente de la estructura y los accesorios, excluyendo las riendas. Wo = carga de viento sin hielo. El cálculo estructural de la estructura metálico, se basa fundamentalmente para fuerzas producidas por acción del viento que es la condición más desfavorable para este tipo de estructuras.

8.2 COMBINACIONES DE CARGA PARA ESTADO LIMITE DE SERVICIO

Las combinaciones en servicio para la estructura serán las siguientes: 1. D + Wo


9. DATOS DE INGRESO AL PROGRAMA


Modelo tridimensional


CARGAS DE ANTENAS

Las dimensiones de las antenas que fueron consideradas en el diseño fueron los siguientes: Cargas de Diseño: Las antenas RF consideradas son: 12 RF ubicadas a 8.50 m. Las antenas microondas consideradas son: 04 MW de ϕ1.20m de ubicadas a 6 m. Estas cargas equivalen a 1 carrier pesado + 1 carrier liviano

Pesos de antenas


9.3 CARGAS

Cargas de viento sobre las antenas en dirección X e Y


Cargas de viento sobre la torre en dirección X e Y

Cargas muertas Cargas vivas


10.0 EVALUACION DE LA TORRE

10.1 DISEÑO POR SUPERVIVENCIA: VELOCIDAD DE VIENTO 100km/h

Figura Nº2. Vista principal de ratios de esfuerzos en la estructura.


10.2 DISEÑO POR OPERACION: VELOCIDAD DE VIENTO 75km/h

Dirección X


Dirección Y

11. REACCIONES EN LA BASE


Cuadro de reacciones en la base ( Kg)


12. CONCLUSIONES

1. La estructura con la geometría planteada y con los perfiles angulares considerados cumplen con las condiciones de resistencia para una velocidad de viento de 100 Km/h (velocidad de supervivencia) , el máximo esfuerzo se presenta en una montante intermedia de la torre , llegando a un 69% de su capacidad de carga , cumpliendo el limite de 90% según la solicitación.

2. La estructura presenta las siguientes deformaciones que han sido medidas en la cúspide de la estructura para una velocidad de viento de 75km/h (Velocidad de Operación). Deflexión: 0.01031 m = 0.065° < 0.75° Torsión: 0.32° < 0.5° Estas deformaciones cumplen con los parámetros límites establecidos.

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