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Torre Triangular 45 metros Memoria Técnica de Cálculo

1

EMPRESA CENTRO SUR C.A.

CALCULO ESTRUCTURAL

TORRE TRIANGULAR 45 m

PROYECTO:

“ESTACIÓN DE TELECOMUNICACIÓN CENTRO SUR C.A.”

ENERO – 2015




2

Contenido

1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ......................................................................................... 3

2 OBJETIVO ............................................................................................................................... 3

3 NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO ..................................................................................... 3

4 ANALISIS DE CARGAS APLICADAS ................................................................................. 3

4.1 Carga muerta ..................................................................................................................... 3

4.2 Carga de equipos de comunicación ................................................................................... 4

4.3 Carga de viento en la estructura ....................................................................................... 4

4.4 Carga de viento de las antenas hacia la estructura .......................................................... 5

4.5 Carga de sismo .................................................................................................................. 6

5 COMBINACIONES DE CARGAS .......................................................................................... 9

6 MATERIALES ......................................................................................................................... 9

6.1 Elementos conformados en frío o perfiles tipo UV Acero ASTM A-572 Gr50: ................ 9

6.2 Elementos principales, secundarios y accesorios: Acero ASTM A-36: .......................... 10

6.3 Pernos estructurales A-325: ............................................................................................ 10

6.4 Pernos de anclaje A-615: ................................................................................................ 10

7 PROCESO DE DISEÑO ......................................................................................................... 10

8 DATOS Y RESULTADOS DE DISEÑO .............................................................................. 11

8.1 Datos de entrada: ............................................................................................................ 11

8.2 Datos de salida: ................................................................................................................ 22

9 DIMIENSIONAMIENTO DE JUNTAS ................................................................................ 24

10 PLACA BASE ........................................................................................................................ 25

11 PERNOS DE ANCLAJE ........................................................................................................ 26

12 SOLDADURA ........................................................................................................................ 26

13 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 27

14 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 27




3

“ESTACIÓN DE TELECOMUNICACIÓN CENTRO SUR”

1

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTOLa comunicación es la base del desarrollo moderno, por tal motivo es necesario

implantar estructuras que soporten equipos de comunicación; tales estructuras están

confirmadas por tres elementos principales llamados montantes y elementos que sirven

de arriostramiento. Estos elementos forman un conjunto estructural que soportan

principalmente cargas muertas y cargas de viento transmitidos por equipos de

comunicación, escaleras, accesorios, y en sí mismo por la propia estructura. La

estructura conforma un triangulo equilátero, que va disminuyendo la dimensión de los

lados conforme se incrementa la altura, hasta llegar a un tramo de lado continuo más

conocido como tramo recto; la mayor parte de los elementos es unidos por medio de

pernos de alta resistencia.

2 OBJETIVO

El principal objetivo es dimensionar los elementos que conforman la torre de 45 m de

altura y posteriormente desarrollar la ingeniería de detalle para la estructura de torre.

3

NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑOa. Análisis y calculo de cargas de viento en estructura y antenas, según la norma TIA/EIA-

222 - G.

b. Modelación, análisis estructural y diseño con el programa SAP2000.

c. Código de diseño AISC 360-LRFD.

d. Diseño de juntas en base al manual AISC, decimo tercera edición; 2005.

4 ANALISIS DE CARGAS APLICADAS

4.1

Carga muertaSe entiende por carga muerta al peso propio de la estructura, este peso es definido por

el mismo programa a través de las longitudes, secciones transversales y materiales,

asignados a cada elemento de la estructura.




4

4.2 Carga de equipos de comunicación

Se ha definido por parte del cliente los equipos de comunicación, que por fines de

cálculo se han ubicado en la cota máxima de la torre, tales equipos se describen en latabla 1.

Tabla 1. Equipos de comunicación a soportar por la torre.

Equipo Diámetro [m] Área [m²] Altura [m] Peso [kg] CantidadVHP 1.8 2.63 45 282 2VHP 1.8 2.63 42 282 2VHP 1.8 2.63 39 282 2

4.3

Carga de viento en la estructura

Esta carga se aplica como distribuida en los elementos de la cara frontal de laestructura, para lo cual se divide la estructura en tramo de 6 metros, según indica la

norma: TIA/EIA-222-G, los resultados del cálculo de fuerza se indican la tabla 2, los

factores considerados para el cálculo son: categoría de exposición tipo C, categoría

topográfica 2, clasificación de la estructura II.

=

=

²8.9

²613.0

m

kgV I Kd Kzt Kzqz

AGqzF S hST

qz: presión dinámica

kz: coeficiente de presión dinámica

kzt: factor topográfico

kd: factor de probabilidad de viento

I: factor de importancia

V: velocidad básica del viento

Gh: factor de ráfaga, 0.85 para torres.

As: área frontal de elementos estructurales




5

Tabla 2. Cargas de viento en la estructura, velocidad de viento máxima 120 kmph

1 43,5 274 9,5 1 ,36 1 0,43 1,25 3,89 1,23 0,85 1 70,41 0,85 2,60 1,07 166,47 127,25 293,72 19,24 13,74 13,74 - -

2 39 274 9,5 1 ,33 1 0,43 1,25 3,38 1,27 0,85 1 70,89 0,85 2,72 2,14 350,74 128,13 478,87 15,68 11,20 11,20 - -

3 33 274 9,5 1 ,29 1 0,43 1,25 2,80 1,33 0,85 1 71,66 0,85 2,73 2,01 334,47 129,52 463,99 16,13 11,52 11,52 9,22 9,22

4 27 274 9,5 1 ,23 1 0,43 1,25 2,33 1,40 0,85 1 72,51 0,85 2,84 2,50 437,68 131,06 568,74 15,92 14,78 14,78 9,10 9,10

5 21 274 9,5 1 ,17 1 0,43 1,25 1,93 1,50 0,85 1 73,27 0,85 2,84 2,44 431,54 132,44 563,98 20,83 11,57 11,57 9,26 9,26

6 15 274 9,5 1 ,09 1 0,43 1,25 1,60 1,61 0,85 1 73,49 0,85 2,85 2,83 502,89 132,84 635,72 20,25 14,63 11,25 11,25 9,00

7 9 274 9,5 0,98 1 0,43 1,25 1,32 1,75 0,85 1 71,90 0 ,85 2,87 3,19 558,33 129,96 688,29 23,77 14,05 10,80 10,80 8,64

8 3 274 9,5 0,85 1 0,43 1,25 1,10 1,94 0,85 1 68,88 0 ,85 2,74 3,45 551,90 124,50 676,39 21,59 12,76 12,76 9,82 7,85

Areaneta en

tramos[m²]

Cf

EstruturaKd I

qz

[kg/m²] GHKztKhKt

Fuerza endiagonales

secundarias[Kg/m]

Fuerza enhorizontales

secundarias[Kg/m]

Fuerza en

montantes[Kg/m]

Fuerza en

diagonales[Kg/m]

Fuerza en

horizontales[Kg/m]

Fuerzasen

tramos[Kg]

Fuerzasen

escaleras[Kg]

Fuerzastotal en

tramos[Kg]

Tramo Kz Ke f

Altura alcentro

del tramo[m]

Zg

[m] α

4.4 Carga de viento de las antenas hacia la estructura

Para determinar la magnitud de la fuerza ejercida sobre las antenas hacia la estructura,

se consideran dos casos, cuando las antenas se encuentren con el 100% de su áreaexpuesta al viento o a 0°y cuando las antenas se e ncuentren a 60°con respecto al

viento y expuesto en la cara frontal de la torre; los resultados de fuerzas se indican en

las tabla 3 y 4, lo cuales fueron calculados con la siguiente ecuación:

AC GhqzF A AM =

AC GhqzF S SM =

ADC Ghqz M M M =

Donde:

qz: Presión dinámica [kg/ m2]

CA: Factor de carga frontal en función del ángulo del viento

CS: Factor de carga lateral en función del ángulo del viento

CM: Factor de carga torsional en función del ángulo del viento

A: Área frontal de la antena [m2]

D: Diámetro de la antena [m]

Gh: factor de ráfaga, 0.85 para torres




6

Tabla 3. Cargas de escaleras hacia la estructura, velocidad de viento máxima 120 kmph,

inclinación de antenas 0°

1,8 2,63 45 2 274 10 0, 85 1, 37 1, 00 0, 43 1, 25 4, 08 1, 22 0, 85 1, 00 0, 85 0 198,20 0,00 0,00 70,27

1,8 2,63 42 2 274 10 0, 85 1, 35 1, 00 0, 43 1, 25 3, 72 1, 24 0, 85 1, 00 0, 85 0 199,02 0,00 0,00 70,56

1,8 2,63 39 2 274 10 0, 85 1, 33 1, 00 0, 43 1, 25 3, 38 1, 27 0, 85 1, 00 0, 85 0 199,96 0,00 0,00 70,89

FSM (Kg) MM (Kg*m) qz (Kg/m²)Kzt Kd I Gh INCLINACIÓNFAM(Kg)

Kz min Kz Ke Kt f KhCantidad

deantenas

Zg α

DiámetroAntena

[m]

ÁreaAntena

[m²]

Altura[m]

Tabla 4. Cargas de escaleras hacia la estructura, velocidad de viento máxima 120 kmph,

inclinación de antenas 60°

1,8 2,63 45 2 274 10 0, 85 1, 37 1, 00 0, 43 1, 25 4, 08 1, 22 0, 85 1, 00 0, 85 60 148,50 57,68 -2,47 70,27

1,8 2,63 42 2 274 10 0, 85 1, 35 1, 00 0, 43 1, 25 3, 72 1, 24 0, 85 1, 00 0, 85 60 149,11 57,92 -2,48 70,56

1,8 2,63 39 2 274 10 0, 85 1, 33 1, 00 0, 43 1, 25 3, 38 1, 27 0, 85 1, 00 0, 85 60 149,81 58,19 -2,49 70,89

FSM (Kg) MM (Kg*m) qz (Kg/m²)Kzt Kd I Gh INCLINACIÓNFAM(Kg)Kz min Kz Ke Kt f Kh

Cantidad

deantenas

Zg α

Diámetro

Antena[m]

Área

Antena[m²]

Altura[m]

4.5

Carga de sismo

La carga de sismo depende del tipo de suelo y la zona sísmica. La estructura será

ubicada en la provincia de Motona Santiago, la cual posee una zona sísmica V; los

coeficientes según el suelo y la zona se muestran en las tablas 5, 6, 7 y 8respectivamente; para la identificación de zona sísmica se puede ver en la figura 1. El

tipo de suelo, se estima que se trata de un suelo tipo D, por estar ubicado en la

provincia de Morona Santiago.

Tabla 5. Coeficiente de zona sísmica según tipo de suelo.

Zona sísmica I II III IV V VIValor factor Z 0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.50Caracterización delpeligro sísmico

Intermedia Alta Alta Alta AltaMuyalta

Tabla 6. Tipo de suelo y factores de sitio Fa. Tipo deperfil de

suelo

Zona sísmica: Valor ZI II III IV V VI

0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.50A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 B 1 1 1 1 1 1 C 1.4 1.3 1.23 1.2 1.2 1.18D 1.6 1.4 1.3 1.2 1.2 1.12E 1.8 1.5 1.26 1.14 1.14 0.97




7

Tabla 7. Tipo de suelo y factores de sitio Fd.

Tipo de

perfil desuelo

Zona sísmica: Valor Z

I II III IV V VI0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.50A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 B 1 1 1 1 1 1 C 1.6 1.5 1.4 1.35 1.3 1.25D 1.9 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3E 2.1 1.75 1.7 1.65 1.6 1.5

Tabla 8. Tipo de suelo y factores de sitio Fs.

Tipo deperfil de

suelo

Zona sísmica: Valor ZI II III IV V VI

0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥0.50

A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75B 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75C 1 1.1 1.2 1.25 1.3 1.45D 1.2 1.25 1.3 1.4 1.5 1.65E 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2

Figura 1. Identificación de zonas símicas en el Ecuador.

La categorización de la estructura según el tipo de servicio que preste se encuentra en

la tabla 9, cuyo factor de importancia es 1.5, por estar en la categoría 1.




8

Tabla 9. Factor de importancia según uso de la estructura.

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Factor

1. Edificacionesesenciales y/opeligrosas

Hospitales, clínicas, Centros de salud o de emergencia sanitaria.

Instalaciones militares, de policía, bomberos, defensa civil. Garajes oestacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias.Torres de control aéreo. Estructuras de centros de telecomunicacionesu otros centros de atención de emergencias. Estructuras que alberganequipos de generación y distribución eléctrica. Tanques u otras estructurasutilizadas para depósito de agua u otras substancias anti-incendio.Estructuras que albergan depósitos tóxicos, explosivos, químicos u otrassubstancias peligrosas.

1.5

2. Estructuras deocupación especial

Museos, iglesias, escuelas y centros de educación o deportivos quealbergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que alberganmás de cinco mil personas. Edificaciones públicos que requieren operarcontinuamente.

1.3

3. Otras

estructuras

Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican dentro de las

categorías anteriores

1.0

El factor de reducción de respuesta sísmica se toma de la tabla 10, que corresponde a

6; el factor de configuración estructural de planta ΦP y el factor de configuración

estructural de elevación ΦE, corresponden a 1, por no existir discontinuidades de altura

y de forma.

Tabla 10. Factor de reducción para estructuras diferentes a las de edificación.

Pórticos resistentes a momentos R

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armadocon vigas descolgadas.

6

Pórticos especiales sismo resistentes, de acero laminado encaliente o con elementos armados de placas.

6

Pórticos con columnas de hormigón armado y vigas 6

Con los datos descritos anteriormente se procede al cálculo de la cortante sísmica de

diseño, mostrado en la tabla 11; los factores r y η, corresponden respectivamente a 1.5

para tipo de suelo D y 2.6 para sitios ubicados en la región oriente. Los resultados se

indican en la tabla 11.




9

Tabla 11. Calculo de cortante sísmica.

Datos Ecuación Resultado

Altura total de laestructura mhn 45=

Periodo de laestructura

α

nt hC T = 51.1=T

Constante pataestructuras de acero sin

arriostramientosmC t 072.0=

Constante paraestructuras de acero sin

arriostramientos8.0=α

Factor de sitio parasuelo tipo D 2.1=Fa

Límite para elperiodo devibración Fa

Fd FsTc 55.0= 963.0=Tc Factor de sitio para

suelo tipo D 4.1=Fd

Factor de sitio parasuelo tipo D 5.1=Fs

Relación deamplificación espectral 6.2=η

Espectro de

diseño querepresenta elsismo dediseño

TcT T

TcFa Z Sa

r

>→

=η 635.0=Sa

Coeficiente según tipo

de suelo 5.1=r Zona sísmica 4.0= Z

Factor de sitio parasuelo tipo D 2.1=Fa

Facto de importancia 5.1= I

Cortantesísmica

E P R

Sa I V

ΦΦ= 16.0=V

Espectro de diseño 635.0=Sa

Factor de reducción 6= R Factores de

discontinuidad 1=Φ=Φ E P

5 COMBINACIONES DE CARGAS

Según la norma ANSI TIA-222 G, las combinaciones de carga son las siguientes:Caso 1:1.2D + 1.6Wo

Caso 2: 0.9D + 1.6Wo

Caso 3: 1.2D + 1E

Caso 4: 0.9D + 1E

Las cargas indicadas en las anteriores combinaciones se describen como: D.- carga

muerta, a esta carga se incluyen 100 kg en la parte superior para considerar el personal

de montaje; Wo.- carga de viento; E.- carga de sismo.6 MATERIALES

6.1 Elementos conformados en frío o perfiles tipo UV Acero ASTM A-572 Gr50:

• Esfuerzo de fluencia: Fy = 50 ksi - 3515 Kg/cm2 - 344 MPa

• Límite de ruptura: Fu = 65 ksi - 4570 Kg/cm2 - 448 MPa




10

6.2 Elementos principales, secundarios y accesorios: Acero ASTM A-36:

• Esfuerzo de fluencia: Fy = 36 ksi o 2536 Kg/cm2

• Límite de ruptura: Fu = 58 ksi o 4086 Kg/cm2

6.3

Pernos estructurales A-325:

• Carga de prueba: Fp = 85 ksi

• Resistencia mínima a la tracción: Fu = 120 ksi

6.4

Pernos de anclaje A-615:

• Esfuerzo de fluencia: Fy = 60 ksi o 4017 Kg/cm2

• Límite de ruptura: Fu = 90 ksi o 6026 Kg/cm2

7 PROCESO DE DISEÑO

Una vez que se tiene los datos de carga para la aplicación de cargas, se realiza un

modelo tridimensional, en el cual se asigna: configuración geométrica, perfiles,

materiales, cargas y combinaciones. Posteriormente se analiza los esfuerzos en las

juntas para el dimensionamiento; en la figura 2, se indica los pasos a seguir para

proceso de diseño.

Figura 2. Proceso de diseño de la estructura de torre




11

8

DATOS Y RESULTADOS DE DISEÑO

8.1

Datos de entrada:

• Esquema de la estructura página 12-13-14-15

• Peso antenas: página 16

• Peso de escaleras: página 17

• Carga de montaje: página 18

• Viento antenas 0°: página 19

• Viento antenas 60°: página 20

• Carga de viento en estructura: página 2



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - 3-D View - Kgf, m, C Units

1/15/15 20:52:45



SAP2000


1/15/15 20:53:11



SAP2000


1/15/15 20:53:35



SAP2000


1/15/15 20:53:56



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Joint Loads (Peso Antenas) (As Defined) - Kgf, m, C Units

1/15/15 19:17:21



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Joint Loads (Peso Escaleras) (As Defined) - Kgf, m, C Units

1/15/15 19:19:03



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Joint Loads (Viva) (As Defined) - Kgf, m, C Units

1/15/15 19:19:23



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Joint Loads (W Antenas 0) (As Defined) - Kgf, m, C Units

1/15/15 19:20:35



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Joint Loads (W Antenas 60) (As Defined) - Kgf, m, C Units

1/15/15 19:19:41



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Frame Span Loads (Viento Estructura) (As Defined) - Kgf, m, C

1/15/15 19:21:15




22

8.2 Datos de salida:

• Reacciones en las bases

Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3

Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m

165 Caso 1.1 Combination -1804,06 -1877,66 -25662,61 0 0 0




165 Caso 3 Combination -197,78 -258,99 -2725,02 0 0 0

165 Caso 4 Combination -250,37 -284,55 -3616,16 0 0 0

166 Caso 1.1 Combination 1804,06 -1877,65 -25661,89 0 0 0




166 Caso 3 Combination 197,59 -259,3 -2724,28 0 0 0

166 Caso 4 Combination 250,19 -284,86 -3615,61 0 0 0

500 Caso 1.1 Combination -4824,93 2785,67 61373,02 0 0 0500 Caso 1.2 Combination -4561,01 2633,3 56606,56 0 0 0

500 Caso 2.1 Combination -4780,65 2760,11 60643,35 0 0 0

500 Caso 2.2 Combination -4516,74 2607,74 55876,89 0 0 0

500 Caso 3 Combination -1102,28 636,19 15497,83 0 0 0

500 Caso 4 Combination -1058,01 610,63 14768,17 0 0 0

TABLE: Joint Reactions

• Deformaciones producidas en los puntos más altos

Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3

Text Text Text m m m Raians Raians Raians

26 Caso 1.1 Combination -0,001249 0,428164 0,00653 -0,017092 0,000146 0,000297

26 Caso 1.2 Combination -0,001021 0,382394 0,005536 -0,015091 0,000163 0,041776

26 Caso 2.1 Combination -0,001363 0,429826 0,007076 -0,017109 -0,000006056 0,000295

26 Caso 2.2 Combination -0,001136 0,384057 0,006082 -0,015109 0,00001 0,04177426 Caso 3 Combination 0,000159 0,085281 -0,000388 -0,003454 0,000572 0,000077

26 Caso 4 Combination 0,000044 0,086943 0,000158 -0,003472 0,000419 0,000076

27 Caso 1.1 Combination -0,001194 0,428155 0,006782 -0,017186 -0,000592 -0,000236




27 Caso 3 Combination 0,000169 0,085307 -0,000421 -0,003543 -0,00069 -0,000031

27 Caso 4 Combination 0,000052 0,086967 0,000149 -0,003538 -0,000525 -0,00003

28 Caso 1.1 Combination -0,370133 -0,215098 -0,019555 0,008147 -0,01383 -0,000012




28 Caso 3 Combination -0,07394 -0,042526 -0,005284 0,001136 -0,002006 0,000013

28 Caso 4 Combination -0,07532 -0,043455 -0,00488 0,001299 -0,00226 0,000012

TABLE: Joint Displacements

• Simulación de la estructura: página 23



SAP2000

SAP2000 v14.2.0 - File:08-01-15_Torre 45 m_Centrosur - Steel P-M Interaction Ratios (AISC360-05/IBC2006) - Kgf, m,

1/15/15 19:22:58

0,00 0,50 0,70 0,90 1,00




24

9

DIMIENSIONAMIENTO DE JUNTAS

Los pernos a utilizarse son A-325, la cantidad y dimensión depende de la fuerza axial

que soporte en cada junta; le método de diseño es el LRFD. Los resultados de diseño

se indican en las tablas 12, 13, 14.

Tabla 12. Resultados de dimensionamiento de juntas

45

Tramo:1-2 42 16,87 1,41 5/8 197,93 12 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:2-3 36 114,06 9,50 5/8 197,93 12 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:3-4 30 191,10 15,92 5/8 197,93 12 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:4-5 24 272,82 22,73 5/8 197,93 12 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:5-6 18 340,13 28,34 5/8 197,93 12 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:6-7 12 413,30 25,83 5/8 197,93 16 48,99 √ 89 1 30,1 √

Tramo:7-8 6 486,30 24,32 5/8 197,93 20 48,99 √ 89 1 30,1 √Tramo:8-Base 0 563,11 28,16 5/8 197,93 20 48,99 √ 89 1 30,1 √

Validación adeslizamiento

# Pernos enla Junta Rn [kN]

Validacióna Corte

Esfuerzo depretensión

[kN]

N°Planos d ecorte en la

Junta Rn [kN]Junta

Altura[m]

Pu total[kN]

Pu [kN]! Perno

[in]Área [in²]

Tabla 13. Resultados selección de espesor de placas junta

45

Tramo:1-2 39 16,9 5/8 10 10 80X132X10 1 2920 2602,50 652,30 √ 780,75 √ A 36

Tramo:2-3 36 114,1 5/8 10 10 80X132X10 1 2920 2602,50 652,30 √ 780,75 √ A 36

Tramo:3-4 30 191,1 5/8 10 10 80X132X10 1 2920 2602,50 652,30 √ 780,75 √ A 36

Tramo:4-5 24 272,8 5/8 10 10 80X132X10 1 2920 2602,50 652,30 √ 780,75 √ A 36

Tramo:5-6 18 340,1 5/8 10 10 100X132X10 1 3320 3002,50 741,65 √ 900,75 √ A 36

Tramo:6-7 12 413,3 5/8 10 10 100X132X10 1 3320 3002,50 741,65 √ 900,75 √ A 36

Tramo:7-8 6 486,3 5/8 10 10 120X132X10 2 3720 3085,00 831,01 √ 925,50 √ A 36

Tramo:8-Base 0 563,1 5/8 10 10 120X132X10 2 3720 3085,00 831,01 √ 925,50 √ A 36

An [mm2]

ResistenciaUV Junta

Tensión enFluencia [kN]

Validacióna Fluencia

enTensión

ResistenciaUV Junta

Tensión enRuptura [kN]

Validacióna Ruptura

en Tensión

Tipo dematerial

JuntaAltura

[m] Pu [Kips] ! Perno[in]

Espesorde la UV

junta[mm]

LongitudtraslapadaUV junta

[mm]

Dimensiónaproximada

UV junta[mm]

# Filasde

pernosAg [mm2]

Tabla 14. Resultados de verificación a bloque de corte de las placas junta

45

Tramo:1-2 42 12,0 5/8 10 80X132X10 2920 2603 673,40 √ A 36

Tramo:2-3 36 114,1 5/8 10 80X132X10 2920 2603 673,40 √ A 36

Tramo:3-4 30 191,1 5/8 10 80X132X10 2920 2603 673,40 √ A 36

Tramo:4-5 24 272,8 5/8 10 80X132X10 2920 2603 673,40 √ A 36

Tramo:5-6 18 340,1 5/8 10 100X132X10 3320 3003 776,90 √ A 36

Tramo:6-7 12 413,3 5/8 10 100X132X10 3320 3003 776,90 √ A 36

Tramo:7-8 6 486,3 5/8 10 120X132X10 3720 3085 798,24 √ A 36

Tramo:8-Base 0 563,1 5/8 10 120X132X10 3720 3085 798,24 √ A 36

Tipo dematerial

Junta

Altura[m] Pu [MPa]

! Perno[in]

Espesorde la UV

junta[mm]

Dimensiónaproximada

UV junta[mm]

Ag [mm2]An

[mm2]

ResistenciaUV Junta abloque de

corte [MPa]

Validación aBloque de

Corte

Los pernos deben llevar los siguientes elementos: 1.- Perno; 2.- Arandela plana; 3.-

Arandela de presión; 4.- Tuerca; los cuales son mostrados en la figura 3. Los pernosdeben ser ajustados con el momento de apriete mostrado en la tabla 15.

Frecuentemente se suele homologar los pernos A-325 por pernos SAE grado 5, no se

recomienda realizar esta homologación puesto que aunque las propiedades de

resistencia sean iguales, el comportamiento es diferente. Los pernos SAE grado 5, por

proceso constructivo son sometidos a un baño de aceite quemado y al someterlo a un

proceso de galvanizado en caliente, para ser liberado es necesario que se someta a un




25

post proceso que implica un proceso no esperado por lo tanto las propiedades

originales no son mantenidas.

Figura 3. Conjunto de ajuste de pernos a utilizarse

Tabla 15. Momento de apriete para los pernos utilizados en la torre de 45 m

Diámetro [in] MOMENTO DE APRIETE PARA PERNOSlb - pie kg - m

1/2" 100 13.855/8" 200 27.70

10 PLACA BASE

La carga axial Pa, en dirección del eje Z, la cual se obtiene del análisis en la

combinación mas critica, modelada en la torre de 45 m. Según la teoría indicada en el

manual AISC, decimo tercera edición, indica las siguientes ecuaciones:

2

95.0 d N m

−=

2

8.0 bf Bn

−=

4´

f dbn λ λ =

Pp

Pa

bd

db X

f

f Ω

+= 2)(

4

111

2≤

−+=

X

X λ

1

21´85.0

A

A A fcPp=

´),,(max nnml λ = FyB

Palt Ω=

2min

La configuración de la placa base se indica en las figura 4, las dimensiones N y B, son

las mismas (400 mm = 15.74 in), la sección transversal de la columna (A2) y el área de

la placa base (A1), son similares por lo tanto se utilizara el caso en el que A 1=A2. La

1

2

3

4




26

columna de hormigón tendrá una resistencia f´c = 210 kg/cm² (3 ksi). La carga axial

corresponde a 135.304 kips y la caga cortante a 10.637 kips. Los resultados se

muestran en la tabla 16. Figura 4. Distribución de elementos en placa base

Tabla 16. Selección de espesor para la placa base de la torre de 45m

! "#m$ % "#m$ "#m$ b f "#m$ m "in$ n "in$ &#'( ) * *+ t min "in$ t min "mm$

40 40 20 24 4,13 4,09 569,16 0,24 0,52 1,12 0,76 19

CALCULO DE "LACA BA#E

11 PERNOS DE ANCLAJE

Los pernos de anclaje soportan cargas de corte y tracción, estos deben desarrollar una

longitud para impedir el arranque de los mismos, en la tabla 17 se muestra los

resultados de diseño de estos elementos, la fuerzas a las sometidos son: 1.- lado acompresión Pa = 135.31 kips, V = 10.637 kips; 2.- lado a tracción: Pa = 56.57 kips, V =

3.98 kips. El material para los pernos es acero ASTM A-615, de diámetro 28 mm (1-

1/8”); la rosca superior de 150 mm UNC, para tuercas de pernos de diámetro 1”.

Tabla 17. Selección de pernos de anclaje para la placa base de la torre de 45m

Φ Perno # Hilos/in # Pernos As [in2] Ag [in2] σ t [Ksi] t "Ksi$ -a.ia#i/n # "Ksi$ "Ksi$ -a.ia#i/n ago min "#m$

1 4 4 1,80 3,14 1,73 60 6,68 39 50,22

CALCULO DE "ER$O# DE A$CLAJE

12 SOLDADURA

Los elementos soldados en esta estructura se clasifican en la tabla 18, dependiendo de

su función los someten a determinado tipo de soldadura, con las recomendaciones de

la norma AWS D1.1.




27

Tabla 18.Tipo de soldadura en elementos

Ítem Elemento Tipo de soldadura1 Base de anclaje Tope con penetración completa y cordón periférico

2 Soporte de escaleras Tope con cordón periférico

3 Escaleras Tope con cordón periférico

4 Plataformas Tope con cordón periférico

5 Parantes de barandas Tope con cordón periférico

6 Soportes de línea de vida Tope con cordón periférico

13

CONCLUSIONES

• Los elementos que conforman la estructura responden correctamente a los

estados de carga propuestos.• Los elementos principales conocidos como montantes tipo UV, son de acero

ASTM A 572 Grado 50, así como también la UV la base de anclaje al piso, el

resto de elementos que no sea los que se indico en este párrafo, son de acero

ASTM A36.

• Las partes soldadas son mediante proceso GMAW, con alambre ER70S-6 o

FCAW con alambre E71T-11, bajo recomendaciones de la norma AWS D1.1. el

tipo de junta según indica la tabla 18 y los planos de detalle.

• Los pernos recomendados para este tipo de estructuras son los ASTM A-325.

14 BIBLIOGRAFIA

a. TIA/EIA-222-G; Norma Para El Diseño, Fabricación Y Montaje De Torres YEstructuras De Acero Para Antenas; Agosto, 2005.

b. AISC-2005; American Institute of Steel Construction; Thirteenth Edition; 2005c. ASCE 48-05; Design of Steel Transmission Pole Structures; 2006d. AWS D1.1; Structural Welding Code; 21TH; 2008e. BERNARDO HENRIQUES; Elementos de sujeción en estructuras metálicas en

celosía para sistemas de transmisión eléctrica; Transelectric S.A.; 2008.

1010-08-807863

VERIFICADO POR: ING. JUAN SIZAREGISTRO

1004-09-930033

REGISTRO:

REALIZADO POR: ING. FRANCISCO PEÑA

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