1. MEMO MEMORI RIA A DESCRIPTIVA Y DE CALCULO En el presente documento se detallan las especificaciones técnicas, consideraciones generales y normas constructivas para el suministro, instalación, inspección y acabado de la un mástil arriostrado de 4.5m de altura, el mismo que se realizó mediante análisis tridimensional con el software sap 2000 V15.0. El desarrollo del diseño de esta estructura considera aspectos diversos que incluyen cargas, capacidad de fabricación, métodos de embarque, construcción y métodos de mantenimiento.
Fig. 1 Modelo tridimensional en Sap 2000 V15 0 ‐
2. NORM NORMAS AS DE DISEÑO UTILIZADAS • Norma ANSI/TIA 222 G: Norma estructural para antenas y estructuras que soportan antenas. • Reglamento Nacional de edificaciones 2006: E 090 Estructuras Metálicas. ‐
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3. DESCRI DESCRIPCI PCIÓN ÓN DE LA ESTRUCTURA El diseño del monopolo contempla las cargas producidas por la instalación de las siguientes antenas y accesorios:
1 antenas MW. 3 antenas RF. 2 antenas RRU.
Se realizó el análisis estructural del mástil arriostrado basándonos en la Norma AISC LRFD 99, usando las combinaciones de carga, que nos darán los máximos esfuerzos en los elementos y el máximo desplazamiento en la parte superior. Se verificó la estructura apoyándonos en el programa SAP 2000 V15.0 ‐
Los parámetros que intervienen en el diseño del mástil son la resistencia de los perfiles; desplazamiento y torsión en la cima del mástil. Deflexión máxima 0.75° Torsión Máxima 0.30°
4. GEOMET GEOMETRIA RIA DE LA ESTRUCTURA oEl mástil es una estructura metálica de 4.50 metros de altura, la cual presenta una sección circulao de 4" de diámetro a lo largo de su altura, con arriostres diagonales de 2" de diametro.
Fig. 2 Perfil mástil, antena y equipo RRU
5. CARGAS 3.1. Carga Muerta (D)
1 antenas MW 3 antenas RF 2 antenas RRU
= = =
80 kg. c/u 50 kg. c/u 80 kg. c/u
Fig. 3: Cargas muertas en la estructura
3.2. Carga Viva (L)
Montaje
=
120 kg
Fig. 4: Cargas vivas en la estructura
3.3. Carga Viento (Wo) La fuerza de viento de diseño, Fw, se deberá determinar de la siguiente manera: FW = FST + FA + FG 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:
3.3.1. Presión Dinámica (qz) De acuerdo con 2.6.9.6
qz = 0.00256 Kz Kzt Kd V2 I (Ib/ft2) qz = 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. Kz = Kzt = Kd = I= V120 = V100 = qz120 = qz100 =
0.92 1 0.95 0.87 33.3 27.8 53.0 36.8
m/s m/s Kg/m2 Kg/m2
Exposición B Categoria Topográfica 1 Estuctura Tubular Clase I
3.3.2. Factor de Ráfaga (qz)
Donde: h = Altura de la estructura. Gh =
0.48
3.3.3. EPAs EPAs =
0.36
A continuación presentamos las fuerzas de viento sobre la estructura, sobre los accesorios
3.3.2. Fuerza de Viento de Diseño Sobre la Estructura (FST) 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. Para este caso se esta tomando como factor el 100% por lo que la fuerza aplicada lineal en supervivencia y operación FST 120=
19.06
kg
FST 100=
13.24
kg
6. COMBINACIONES DE CARGAS 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:
COMB 1: COMB 2: COMB 3: COMB 4: COMB 5:
1.2 D + 1.0 Dg + 1.6 Wo 0.9 D + 1.0 Dg + 1.6 Wo 1.2 D + 1.0 Dg + 1.0 Di + 1.0 Wi + 1.0 Ti 1.2 D + 1.0 Dg + 1.0 E 0.9 D + 1.0 Dg + 1.0 E
Donde: D = carga permanente de la estructura y los accesorios, excluyendo las riendas. Dg = carga permanente de las riendas. Di = peso de hielo debido al espesor de hielo mayorado. E = carga sísmica. Ti = solicitaciones debidas a la temperatura. Wo = carga de viento sin hielo. Wi = carga de viento concurrente con espesor de hielo mayorado. Excepciones: 1. No es necesario considerar los efectos de la temperatura para las estructuras autosoportadas. 2. No es necesario considerar las cargas de hielo y sísmicas para las estructuras de la Clase I. 3. No se deberá aplicar un factor de carga a la tensión inicial de las riendas. 4. Las combinaciones 2 y 5 solamente se aplican a las estructuras autosoportadas.
7. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA Se ha considerado como velocidad de viento de supervivencia 120.00 KPH, de viento de operación 100.00 KPH. Los perfiles laminados y planchas serán de acero al carbono, conforme indica la norma ASTM A36. Las propiedades mecánicas mínimas que incluyen son: ∙
∙
Esfuerzo admisible 2500kg/cm2. Resistencia de rotura 4100kg/cm2
El proceso de soldadura se efectúa con soldadores calificados y máquinas que generan bajo calor para evitar las deformaciones y sobre todo para disminuir las tensiones residuales que se producen durante el proceso de soldadura, la limpieza posterior a la soldadura consiste en liberar escamas sueltas, escorias, óxidos, grasa, entre otros.
El galvanizado se realizara por inmersión en caliente y en espesores de acuerdo a la norma ASTM A123, incluye Miembros estructurales: . Perfiles y planchas, peso de revestimiento: Mínimo 550gr/m² . Pernos y Tuercas, peso de revestimiento: Mínimo 350gr/m² El galvanizado es de excelente adherencia de tal manera que evita el desprendimiento en cualquier parte de la superficie de los elementos durante los procesos normales de transporte.
9. ANALISIS Y DISEÑO: VIENTO PARA CONDICIONES DE SUPERVIVENCIA
V=
120
km/h
9.1. Dirección X Fuerza de viento aplicada en el mástil Fuerza de viento aplicada en los arriostres Fuerza de viento aplicada en antenas RF Fuerza de viento aplicada en antenas RRU Fuerza de viento aplicada en antenas MW
FST =
4.24
kg/m
Farriostre =
2.65
kg/m
FRF = 31.77 FRRU = 12.71 FMW = 14.97
kg (c/u) kg (c/u) kg
9.2. Dirección Y Fuerza de viento aplicada en el mástil Fuerza de viento aplicada en los arriostres
FST =
4.24
kg/m
Farriostre =
2.65
kg/m
área de exposición (m2)=
0.60
área de exposición (m2)=
0.24
área de exposición (m2)=
0.28
FRF = 31.77
kg
área de exposición (m2)=
0.60
Fuerza de viento aplicada en antenas RRU
FRRU = 33.89
kg
área de exposición (m2)=
0.64
Fuerza de viento aplicada en antenas MW
FMW = 14.97
kg
área de exposición (m2)=
Fuerza de viento aplicada en antenas RF
Fig. 5: Fuerzas sobre el mastil de viento en la dirección X, Y
Fig. 6: Fuerzas puntuales sobre las antenas de viento en la dirección X, Y
Fig. 7: Ratios en la estructura en condiciones de supervivencia
0.28
Fig. 8: Reacciones en la estructura
10. ANALISIS Y DISEÑO: VIENTO PARA CONDICIONES DE OPERACIÓN
V=
100
km/h
10.1. Dirección X Fuerza de viento aplicada en el mástil Fuerza de viento aplicada en los arriostres Fuerza de viento aplicada en antenas RF
FST =
2.94
kg/m
Farriostre =
1.84
kg/m
FRF = 22.06
kg
área de exposición (m2)=
0.60 0.24
Fuerza de viento aplicada en RRU
FRRU =
8.83
kg
área de exposición (m2)=
Fuerza de viento aplicada en antenas MW
FMW = 10.40
kg
área de exposición (m2)=
0.28
10.2. Dirección Y Fuerza de viento aplicada en el mástil Fuerza de viento aplicada en los arriostres
FST =
2.94
kg/m
Farriostre =
1.84
kg/m
FRF = 22.06
kg (c/u)
área de exposición (m2)=
0.60
Fuerza de viento aplicada en RRU
FRRU = 23.54
kg (c/u)
área de exposición (m2)=
0.64
Fuerza de viento aplicada en antenas MW
FMW = 10.40
kg
Fuerza de viento aplicada en antenas RF
área de exposición (m2)=
Fig. 9: Fuerzas de viento sobre la estructura en condiciones de operación X, Y
0.28
Fig. 9: Desplazamiento y rotación en la estructura en condiciones de operación Dirección X = Dirección Y =
5.59 mm 5.64 mm
0.001 0.001
Las deflexiones se encuentra por debajo de 0.75°, y las rotaciones menores a los 0.3°
0.071 ° 0.072 °