EVALUACIÓN ESTRUCTURAL MASTIL GALVANI

MEMORIA DE CLCULO MASTIL EXISTENTE DE 9m

V=90 kph

PROYECTO GALVANI LM677

PROYECTO Memoria Clculo Estructural MASTIL existente 9m REVISIN A Para revisin y comentarios 06/03/14

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INDICE

1. ALCANCES ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

2. NORMAS DE DISEO UTILIZADA ------------------------------------------------------------------------------------------- 3

3. GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA ------------------------------------------------------------------------------------------ 5

4. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA ---------------------------------------------------------------------------------------- 6

5. CARGAS DE EVALUACIN ESTRUCTURAL -------------------------------------------------------------------------------- 6

6. DEFORMACIONES-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

7. COMBINACIONES DE CARGA ----------------------------------------------------------------------------------------------- 6

8. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA ---------------------------------------------------------------------------------------- 7

9. CARGAS DE VIENTO SOBRE LA MASTIL ----------------------------------------------------------------------------------- 7

10. CARGAS DE VIENTO SOBRE LAS ANTENAS ------------------------------------------------------------------------------ 8

11. DATOS DE ENTRADA DE MODELACIN DEL MASTIL EXISTENTE --------------------------------------------------10

12. INGRESO DE CARGA DE EQUIPOS EXISTENTES (ANTENAS, RRUs Y MICROONDAS) EN EL MASTIL -------11

13. INGRESO DE CARGA DE EQUIPOS 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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BASES DE CLCULO

1. ALCANCES La presente memoria de clculo describe los criterios adoptados para la evaluacin

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 nmero de antenas a solicitud de Nextel. En la presente tambin

se especifican los materiales utilizados, las cargas consideradas y sus combinaciones,

mtodo de anlisis, las normas y cdigos que se emplearn en el presente informe.

2. NORMAS DE DISEO UTILIZADA

Las normas y especificaciones consideradas en el diseo 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 diseo de los elementos, usaremos el Cdigo Americano de Telecomunicaciones

TIA/EIA - 222 - F, en el que en su captulo 3, numeral 3.1.14.1 determina el empleo del

mtodo de esfuerzos permisibles (ASD).

En tal sentido, no ser necesario aplicar factores de amplificacin a las cargas actuantes

ni factores de reduccin a resistencias nominales de los miembros de la estructura. Las

formulas empleadas para determinar las tensiones admisibles producidas por los

efectos combinados de flexin y carga axial en MASTILs poligonales o facetados de 12

lados de acero, son las siguientes:

4

Dnde:

FB: Tensin admisible combinada de flexin y carga axial FY: Resistencia a la fluencia

t: Espesor de la pared (espesor de la plancha)

w: Dimensin real de la cara plana, pero no menor que la dimensin calculada usando

un radio de doblado igual a 4t.

Para el clculo 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 tendr en cuenta al disear los

elementos.

Para el diseo estructural se prepar el modelo matemtico en el programa Ms Tower,

con la geometra, caractersticas, propiedades y cargas requeridas para representar la

estructura de la manera ms real posible.

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3. GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA

El MASTIL es una estructura metlica tubular de 9m de altura, con una seccin

poligonal de circular. La seccin del MASTIL es de dimetro 4STD.

ELEVACIN DE MASTIL DE 9 m CON CARGAS PROYECTADAS

H = 9 m

6

4. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA

Los perfiles laminados y planchas sern de acero al carbono, conforme indica la norma

ASTM A36. Las propiedades mecnicas mnimas que incluyen son:

Esfuerzo admisible 2530 kg/cm2

Resistencia de rotura 4100 kg/cm2

5. CARGAS DE EVALUACIN ESTRUCTURAL

Cargas Permanentes

Peso Propio (PP): Para el clculo del peso propio de los elementos se deben considerar:

Sobrecarga de uso (SC):

Cargas Eventuales

Viento (W)

El viento de diseo es de 90 kph a los 10m con respecto al nivel de terreno. Para

verificacin de desplazamientos la velocidad de operacin es de 75 kph.

Sismo (E)

No se considera pues la accin del viento es preponderante ante la accin ssmica.

Nieve (S)

No se solicit verificar la estructura con carga de nieve, por ende este efecto no es

considerado en el presente informe.

6. DEFORMACIONES

Se considerar una deformacin mxima en la cspide del MASTIL asociado a una

desangulacin recomendada por la TIA-EIA-222-F.

7. COMBINACIONES DE CARGA

Para obtener las combinaciones de carga que se utilizarn en el anlisis de la

estructura se debe cumplir con lo expuesto en las norma AISC (ASD 89).

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8. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA

La verificacin del MASTIL contempla las cargas producidas por la instalacin de las

siguientes antenas y accesorios. Las dimensiones, cantidades y ubicaciones de las

antenas fueron obtenidas de la visita tcnica hecha al MASTIL instalada y la

informacin brindada por Nextel de las expansiones futuras a ejecutarse.

Equipos Existentes

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

Equipos Proyectados + Existentes





Para el clculo de la estructura se considera un anlisis 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 parmetros que intervienen

en la verificacin del MASTIL son la resistencia de los perfiles; desplazamiento y

torsin en la cima del MASTIL.

9. CARGAS DE VIENTO SOBRE LA MASTIL Para el clculo de la estructura se considera un anlisis 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 frmulas 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)

8

Gh = 0.65 + 0.60(h/33)1/7 (pies)

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

Nomenclatura usada para el clculo de cargas:

AE = rea proyectada efectiva de componentes estructurales en una cara.

AA = rea proyectada de un accesorio linear.

AF = rea proyectada de componentes estructurales planos a la cara.

AG = rea transversal de una cara de la estructura como si fuera slida.

AR = rea 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 rfaga.

KZ = Coeficiente de exposicin.

V = Velocidad bsica de diseo.

e = Radio slido.

h = Altura total de la estructura.

qZ = Presin de la velocidad del viento.

z = Altura medida desde la base del MASTIL al punto medio de la seccin o accesorios.

10. CARGAS DE VIENTO SOBRE LAS ANTENAS

De acuerdo a TIA/EIA las frmulas para calcular las cargas de viento sobre las antenas

son las siguientes:

HA = CA(KzGHAV2) (lbs)

Hs = Cs(KzGHAV2) (lbs)

9

M = CM D(KzGHAV2) (Lbxpie)

KZ = (z/33)2/7; z(pies)

Gh = 0.65 + 0.60/(h/33)1/7; h(pies)

HA = 24.7177CA(KzGHAV2) (Kgs); V(m/seg); A(m2)

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 actan HA y HS.

A = rea exterior de la antena parablica.

D = Dimetro exterior de la antena parablica.

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 MODELACIN DEL MASTIL EXISTENTE

of 1

2:20 p. m.

MStower [V6.02.011: ] E:\JN\GALVANI.td

of 3

2:21 p. m.

MStower [V6.02.011: ] E:\JN\GALVANI.twr

of 3

12:27 p. m.

MStower [V6.02.011: ] E:\JN\GALVANI.twr

Job: GALVANITEST POLE SECOND LINE

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2:21 p. m.

MStower [V6.02.011: ] E:\JN\GALVANI.rpt

L O A D C A S E S


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L O A D C A S E S


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2:21 p. m.



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12:28 p. m.


L O A D C A S E S


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L O A D C A S E S


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16. REACCIONES EN LA BASE

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17. CONCLUSIONES

Para la evaluacin de la estructura se utilizaron los resultados del anlisis de la MASTIL de altura 9m, determinados a partir de la modelacin de sta en el programa de anlisis estructural MSTOWER V6. Como conclusin de esta memoria se tienen los siguientes resultados:

17.1. PARA LA CARGA DE EQUIPOS EXISTENTE

a) El MASTIL existente verificada en esta evaluacin resiste las cargas de diseo mencionadas segn 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 metlicos principales.

DESCRIPCIN EXISTENTE

ESTADO PERFIL RATIO RATIO LMITE

MONTANTE

mstil TUBO 4"STD 91.10% 100.00% CUMPLE

17.2. PARA LAS CARGAS DE EQUIPOS PROYECTADAS (SWAP)

a) La MASTIL existente verificada en esta evaluacin no resiste las cargas de diseo mencionadas segn 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 metlicos principales.

DESCRIPCIN EXISTENTE

ESTADO PERFIL RATIO RATIO LMITE

MONTANTE

mstil TUBO 4"STD 179.40% 100.00% NO CUMPLE

b) El MASTIL existente NO CUMPLE con las deformaciones admisibles de 0.75 (Desplazamiento lineal = 28.13cm), solicitadas por NEXTEL en la cspide de la estructura para una velocidad de viento operacional de 75Kmh

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Velocidad del viento

Desplazamiento en la punta

Angulo de deflexin admisible

Angulo de deflexin en la MASTIL

Estado

75.00 KPH 0.2813m 0.75 Arctg(0. 2813/9)=1.79 No Cumple 75.00 KPH 0.0061 0.50 0.36 Cumple

c) El MASTIL existente No resiste adecuadamente las cargas adicionales que se detalla a continuacin:

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.

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Esquema de reforzamiento:

Subir la fijacion del arriostre a 6.50m del mastil. El tubo de arriostre debe ser 4.0 (Schedule 40). Se mantiene ubicacin de fijacin del arriostre a pedestales.

6.50m

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