MEMORIA DE CÁLCULO MASTIL EXISTENTE DE 9m V=90 kph
PROYECTO GALVANI LM677 PROYECTO REVISIÓN A
Memoria Cálculo Estructural MASTIL existente 9m Para revisión y comentarios
06/03/14
1.
ALCANCES ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
2.
NORMAS DE DISEÑO UTILIZADA ------------------------------------------------------------------------------------------- 3
3.
GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA ------------------------------------------------------------------------------------------ 5
4.
PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA ---------------------------------------------------------------------------------------- 6
5.
CARGAS DE EVALUACIÓN ESTRUCTURAL -------------------------------------------------------------------------------- 6
6.
DEFORMACIONES-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
7.
COMBINACIONES DE CARGA ----------------------------------------------------------------------------------------------- 6
8.
DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA ---------------------------------------------------------------------------------------- 7
9.
CARGAS DE VIENTO SOBRE LA MASTIL --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7
10. CARGAS DE VIENTO SOBRE LAS ANTENAS ANTENAS ------------------------------------------------------------------------------ 8 11. DATOS DE ENTRADA DE MODELACIÓN DEL MASTIL EXISTENTE --------------------------------------------------10 12. INGRESO DE CARGA DE EQUIPOS EXISTENTES (ANTENAS, RRUs Y MICROONDAS) EN EL M ASTIL -------11 13. INGRESO DE CARGA DE EQUIPOS EQ UIPOS PROYECTADOS SWAP (ANTENAS Y RRUs) EN EL MASTIL ---------------12 14. RESULTADOS DE LA MODELACION Y VERIFICACION DEL MASTIL CON LAS CARGAS EXISTENTES --------13 15. RESULTADOS DE LA MODELACION Y VERIFICACION DEL MASTIL CON LAS CARGAS PROYECTADAS (SWAP) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------14 16. REACCIONES EN LA BASE ---------------------------------------------------------------------------------------------------15 17. CONCLUSIONES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------16 18. RECOMENDACIONES---------------------------------------------------------------------------------------------------------17
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1. ALCANCES
La presente memoria de cálculo describe los criterios adoptados para la evaluación estructural de la MASTIL existente de 9m propiedad de Nextel, ubicada en Calle Galvani N° 406-464, Distrito de Ate Vitarte, Provincia de Lima, Departamento de Lima, a la cual se proyecta ampliar el número de antenas a solicitud de Nextel. 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. NORMAS DE DISEÑO UTILIZADA
Las normas y especificaciones consideradas en el diseño d iseño son las siguientes: •
Structural Standards for Steel Antenna Towers an Antenna Supporting Structures TIA/EIA-F 1996.
•
Specification for Structural Steel Buildings -AISC, marzo 2005
•
Allowable Stress Design and Plastic Design-AISC, junio 1989
•
Local Buckling of Tubular Poles, Informe TLMRC-87-R3 EPRI, abri11987.
Para el diseño de los elementos, usaremos us aremos el Código Americano de Telecomunicaciones TIA/EIA - 222 - F, en el que en su capítulo 3, numeral 3.1.14.1 determina el empleo del método de esfuerzos permisibles (ASD). En tal sentido, no será necesario aplicar factores de amplificación a las cargas actuantes ni factores de reducción a resistencias nominales de los miembros de la estructura. Las formulas empleadas para determinar las tensiones admisibles producidas por los efectos combinados de flexión y carga axial en MASTILs poligonales o facetados de 12 lados de acero, son las siguientes:
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Dónde: FB: Tensión admisible combinada de flexión y carga axial FY: Resistencia a la fluencia t: Espesor de la pared (espesor de la plancha) w: Dimensión real de la cara plana, pero no menor que la dimensión calculada usando un radio de doblado igual a 4t. Para el cálculo de las tensiones admisibles se tuvieron en cuenta los momentos flectores de segundo orden provocados por las cargas verticales. Las normas TIA/EIA - 222 - F en su numeral 3. 1. 1.1 establecen que para estructuras de altura menores a 213m como en el presente caso, los esfuerzos permisibles obtenidos pueden ser incrementados en 1/3, lo que se tendrá en cuenta al diseñar los elementos. Para el diseño estructural se preparó el modelo matemático en el programa Ms Tower, con la geometría, características, propiedades y cargas requeridas para representar la estructura de la manera más real posible.
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3. GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA
El MASTIL es una estructura metálica tubular de 9m de altura, con una sección poligonal de circular. La sección del MASTIL es de diámetro 4”STD.
H=9m
ELEVACIÓN DE MASTIL DE 9 m CON CARGAS PROYECTADAS
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4. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA
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 2530 kg/cm 2
Resistencia de rotura 4100 kg/cm 2
5. CARGAS DE EVALUACIÓN ESTRUCTURAL
Para el cálculo del peso propio de los elementos se deben considerar: Sobrecarga de uso (SC):
El viento de diseño es de 90 kph a los 10m con respecto al nivel de terreno. Para verificación de desplazamientos la velocidad de operación es de 75 kph.
No se considera pues la acción del viento es preponderante ante la acción sísmica.
No se solicitó verificar la estructura con carga de nieve, por ende este efecto no es considerado en el presente informe. 6. DEFORMACIONES
Se considerará una deformación máxima en la cúspide del MASTIL asociado a una desangulación recomendada por la TIA-EIA-222-F. 7. COMBINACIONES DE CARGA
Para obtener las combinaciones de carga que se utilizarán en el análisis de la estructura se debe cumplir con lo expuesto en las norma AISC (ASD 89). 6
8. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA
La verificación del MASTIL contempla las cargas producidas por la instalación de las siguientes antenas y accesorios. Las dimensiones, cantidades y ubicaciones de las antenas fueron obtenidas de la visita técnica hecha al MASTIL instalada y la información brindada por Nextel de las expansiones futuras a ejecutarse.
3 Antenas RF de 2.40m a 8.70m, con azimut 30° , 150° y 270°
1 Antena MW de 0.30m a 4.40m, con azimut 265°
3 Antenas RF de 2.40m a 8.70m, con azimut 30° , 150° y 270°
3 Antenas RF de 1.45m a 6.05m, con azimut 30° , 150° y 270°
1 Antena MW de 0.30m a 4.40m, con azimut 265°
1 Antena MW de 0.60m a 4.40m, con azimut 265°
Para el cálculo de la estructura se considera un análisis tridimensional, y las fuerzas producto del viento se aplica a 0°, 60°, 120°, 180°, 240° y 300° con respecto al eje X de las coordenadas globales del MASTIL (En el MASTIL). Los parámetros que intervienen en la verificación del MASTIL son la resistencia de los perfiles; desplazamiento y torsión en la cima del MASTIL. 9. CARGAS DE VIENTO SOBRE LA MASTIL
Para el cálculo de la estructura se considera un análisis tridimensional y las fuerzas producto del viento se aplican a 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 135°, 150°, 180°, 210°, 225°, 240°, 270°, 300°, 315° y 330°. De acuerdo a TIA/EIA las fórmulas para calcular las cargas de viento sobre los perfiles son los siguientes: Ht = qzGh(CFAE + CAAA) (Lbs) qZ = 0.00256KZV2 (Lbs/pie2); V (millas/hr.) KZ = (z/33)2/7; z (pies) 7
Gh = 0.65 + 0.60(h/33)1/7 (pies) ó Ht = qzGh(CFAE + CAAA) (kgs) qZ = 0.063277KZV2 (Kg/m2); V (mts/seg) KZ = (z/10)2/7; z (mts) Gh = 0.65 + 0.60(h/10)1/7 (mts) CF = 4.0e2 – 5.9e + 4.0 e = (AF + AR)/AG AE = Área proyectada efectiva de componentes estructurales en una cara. AA = Área proyectada de un accesorio linear. AF = Área proyectada de componentes estructurales planos a la cara. AG = Área transversal de una cara de la estructura como si fuera sólida. AR = Área proyectada de componentes estructurales redondeos en una cara. CA = Coeficiente de fuerza para accesorios lineales y discretos. CF = Coeficiente de fuerza de la estructura. GH = Factor de ráfaga. KZ = Coeficiente de exposición. V = Velocidad básica de diseño. e = Radio sólido. h = Altura total de la estructura. qZ = Presión de la velocidad del viento. z = Altura medida desde la base del MASTIL al punto medio de la sección o accesorios. 10.
CARGAS DE VIENTO SOBRE LAS ANTENAS
De acuerdo a TIA/EIA las fórmulas para calcular las cargas de viento sobre las antenas son las siguientes: HA = CA(KzGHAV2) (lbs) Hs = Cs(KzGHAV2) (lbs) 8
M = CM D(KzGHAV2) (Lbxpie) KZ = (z/33)2/7; z(pies) Gh = 0.65 + 0.60/(h/33)1/7; h(pies) ó HA = 24.7177CA(KzGHAV2) (Kgs); V(m/seg); A(m 2) KZ = (Z/10)2/7; z(mts) Gh = 0.65 + 0.60/(h/10)1/7: h(mts) HA = Fuerza axial actuando a lo largo del eje de la antena. Hs = Fuerza lateral actuando perpendicularmente al eje de la antena. M = Momento de giro en el plano que actúan HA y HS. A = Área exterior de la antena parabólica. D = Diámetro exterior de la antena parabólica. CA, CS y CM son coeficientes contenidos en la tablas B1 a B6 en anexo B de las normas TIA/EIA-222-F.
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11.
DATOS DE ENTRADA DE MODELACIÓN DEL MASTIL EXISTENTE
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16.
REACCIONES EN LA BASE
15
17.
CONCLUSIONES
Para la evaluación de la estructura se utilizaron los resultados del análisis de la MASTIL de altura 9m, determinados a partir de la modelación de ésta en el programa de análisis estructural MSTOWER V6. Como conclusión de esta memoria se tienen los siguientes resultados:
a) El MASTIL existente verificada en esta evaluación resiste las cargas de diseño mencionadas según las normas descritas y requerimiento de NEXTEL. Por lo tanto no es necesario realizar un reforzamiento de la estructura. Ver cuadro adjunto de ratios de los perfiles met álicos principales. DESCRIPCIÓN
EXISTENTE PERFIL
RATIO
RATIO LÍMITE
TUBO Ф4"STD
91.10%
100.00%
ESTADO
MONTANTE
mástil
CUMPLE
a) La MASTIL existente verificada en esta evaluación no resiste las cargas de diseño mencionadas según las normas descritas y requerimiento de NEXTEL. Por lo tanto es necesario realizar un reforzamiento de la estructura. Ver cuadro adjunto de ratios de los perfiles met álicos principales. DESCRIPCIÓN
EXISTENTE PERFIL
RATIO
RATIO LÍMITE
TUBO Ф4"STD
179.40%
100.00%
ESTADO
MONTANTE
mástil
NO CUMPLE
b) El MASTIL existente NO con las deformaciones admisibles de 0.75º (Desplazamiento lineal = 28.13cm), solicitadas por NEXTEL en la cúspide de la estructura para una velocidad de viento operacional de 75Kmh
16
75.00 KPH 75.00 KPH
0.2813m 0.0061
0.75° 0.50°
Arctg(0. 2813/9)=1.79° 0.36°
c) El MASTIL existente No resiste adecuadamente las cargas adicionales que se
detalla a continuación: 3 Antena RF a 6.05m, con azimut 30°, 150° y 270°.
1 Antenas MW de 0.60m a 4.40m, con azimut 265°
18.
RECOMENDACIONES
Se recomienda reforzar el MASTIL.
17
