Departamento de Ingeniería En Obras Civiles TRABAJO DE TITULACION Departamento de Ingeniería En Obras Civiles ESTANDARIZACIÓN, METODOLOGÍA Y OPTIMIZACIÓN EN EL DISEÑO DE TORRES AUTOSOPORTANTES DESTINADAS A TELECOMUNICACIONES. APLICACIÓN PRACTICA OBJETIVOS Estudiar y analizar las metodologías y normas que se utilizan en Chile, nacionales y extranjeras, para el cálculo y diseño de torres autosoportantes destinadas a telecomunicaciones. Debido a que nuestro país no cuenta con una normativa que regule este tema, se propone un estándar de criterios para obtener las cargas involucradas, y desarrollar los distintos métodos de cálculo y diseño en torres autosoportantes para telecomunicaciones. Determinar una metodología óptima, ASD o LRFD, para el dimensionamiento de elementos estructurales de torres destinadas a telecomunicaciones. Optimizar el diseño de torres autosoportantes de base triangular para telecomunicaciones, en base a cantoneras de perfiles ángulos, unidas a diagonales por planchas dobladas en 15º o por ángulos del tipo Schifflerized, empleando la estandarización obtenida, con ejemplos prácticos y sus respectivas evaluaciones económicas. Los distintos tipos de cantoneras a utilizar se exponen en las figuras 1.3 y 1.4 respectivamente. RESUMEN Debido a que nuestro país no cuenta con una normativa que regule el diseño y el cálculo de torres para telecomunicaciones, actualmente las empresas y profesionales dedicados a este tema mezclan normas nacionales y extranjeras, dando origen a un diseño híbrido. De esta forma, empresas e ingenieros ocupan los criterios, metodologías y normativas que más les acomoda, originando en consecuencia, una variada gama de diseños para los mismos requerimientos a los cuales debería estar sometido la estructura. Es por ello que esta memoria propone un estándar para calcular las cargas de diseño involucradas en una torre autosoportante destinada a telecomunicaciones, la cual proviene de un exhaustivo estudio, análisis y comparación de distintas normativas nacionales y extranjeras.   Además, debido a que actualmente se utiliza mayoritariamente el método de esfuerzos admisibles, ASD, para el dimensionamiento de los elementos estructurales de una torre enrejada, se hace la comparación de esta metodología de diseño con el método de factores de carga y resistencia, LRFD, con el objetivo de determinar cual de las dos entrega perfiles más óptimos. Por último, las torres de tres caras que se diseñan actualmente en nuestro país, están conformadas por perfiles tubulares en sus piernas y cantoneras, por lo que también se estudia el cambio de estos elementos por alternativas que se utilizan en otras partes del mundo. Específicamente se estudia el cambio de cantoneras tubulares en torres de tres caras por cantoneras ángulo laminado en 90º de alas iguales unidas a diagonales por medio de pletinas dobladas en 15º, solución utilizada en Centroamérica, y por ángulo laminado tipo schifflerized, el cual es un ángulo laminado en 90º al que se le doblan las alas también en 15º con el fin de otorgar los 60º necesarios para la unión de cantoneras y diagonales, solución utilizada en Estados Unidos, Australia y Canadá, entre otros países.  METODOLOGÍA DE TRABAJO Las normas que se estudian, analizan y comparan con el objetivo de proponer una metodología para la obtención de las cargas de diseño, son: Normas Chilenas del Instituto Nacional de Normalización INN  TIA/EIA-222-F: Structural Standard for Steel Antenna Towers and Supporting Structures, Estándar Norteamericano  CIRSOC 306: Reglamento argentino de estructuras de acero para antenas  BS 8100: Lattice towers and masts de la British Standard Institution. Estándar Británico. Los estándares relativos a las metodologías y criterios que se aplican, y posteriormente se comparan, para el dimensionamiento de los distintos componentes, una vez obtenidos los esfuerzos, son:  ASCE 10-97 “Design of latticed steel transmission structures”  NCh 427: “Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero para edificios”  AISC-LRFD “Load and resistance factor design specification” CONCLUSIONES Resultó muy difícil comparar la norma chilena para acción del viento con las normas extranjeras, debido a que estas últimas involucran una estadística de viento con la que no cuenta nuestro país, además el cálculo de esta acción se realiza de manera muy distinta por parte de cada una. Debido a que en nuestro país no existe una estadística de vientos adecuada para obtener dicha solicitación, nos vemos en la obligación de utilizar la Tabla 1 de la NCh 432, siendo ésta muy conservadora ya que se basa en una velocidad del viento máxima probable para todo el territorio nacional. Cabe mencionar que la NCh 432, es conservadora sólo en la presión básica (Tabla 1 NCh 432), pues los factores de forma respectivo a cada tipo de torre, de sección cuadrada o triangular, son muy similares a los de las normas extranjeras. En referencia al estándar propuesto, éste se basa principalmente en una combinación entre la EIA/TIA 222-F, y la NCh 432. El estándar Norteamericano nos entrega los distintos factores de forma y la norma chilena la presión básica del viento que expone en su Tabla 1. Se optó por el estándar norteamericano debido a su gran simplicidad y a los menores valores que entrega para los distintos coeficientes. Podemos agregar que el estándar propuesto para la obtención de las cargas involucradas, proveniente del análisis y comparación de las distintas normas analizadas, entrega las menores solicitaciones, y no por esto menos confiables, que se involucran en el cálculo y diseño de una torre autosoportante en nuestro país. Este estándar tiene un factor de seguridad implícito que es precisamente la consideración de la presión del viento que entrega la tabla 1 de la NCh 432, por lo mismo, se recomienda utilizar estadística de vientos en regiones históricamente ventosas como por ejemplo Punta Arenas o Tierra del Fuego. Si se contara con una estadística de vientos adecuada que derive en una zonificación, se podrían obtener solicitaciones más precisas para cada emplazamiento en particular. En cuanto a las metodologías ocupadas para el dimensionamiento, éstas no difieren mucho una de otra, debido lógicamente, a que ambas tienen las mismas bases teóricas. Sin embargo la utilización del LRFD resulta más simple. En definitiva, la comparación entre ambas metodologías, arrojó que para elementos no afectos a pandeo local el ASD NCh 427 entrega cargas máximas superiores, o bien, para elementos sometidos a cargas iguales, entrega perfiles más óptimos. Este hecho se hace relativo a la longitud en perfiles afectos a pandeo local. Si el elemento tiene una importante esbeltez local respecto a su esbeltez general, el método por factores de carga y resistencia entrega perfiles más livianos. Esto se debe a que ASD de la norma chilena castiga de manera igualitaria las tensiones admisibles por pandeo local, sin importar el largo del elemento, en cambio, AISC LRFD reduce sus tensiones nominales relativizando implícitamente en sus fórmulas, la reducción por pandeo local a la esbeltez general del elemento. Sin embargo la esbeltez local de la gran mayoría de los perfiles ángulo estudiados no alcanza a afectar la carga máxima que otorga la NCh 427 al punto de hacerla inferior a la entregada por LRFD. Respecto al estudio del cambio de cantoneras en torres de tres patas, el que arrojó que las estructuras más livianas son las formadas por perfiles ángulos tipo schifflerized, aunque este tipo de estructuras puede llegar a ser más costosa dependiendo de la inversión inicial que implica una máquina que pliegue dichos elementos, lo que es contrarrestado por la no inclusión de planchas de conexión entre diagonales y cantoneras. El costo de un perfil schifflerized se consideró incrementando el valor de un perfil ángulo 90º en 28.5 %, lo que de igual forma entrega un precio inferior para las torres con este tipo de cantoneras Unión cantonera -plancha-diagonal en una torre de base triangular de cantoneras circulares fabricadas actualmente en Chile Unión cantonera-diagonal en torre triangular con cantoneras de perfiles ángulo unidas a diagonales mediante plancha doblada en 15º. Unión cantonera-diagonal en torre triangular con cantoneras tipo schifflerized ALUMNO: Profesor Guía: Mauricio Martínez Leiva Fecha y hora examen de grado: 4 de junio 2004, 14:00 hrs. Unión cantonera-diagonal en torre triangular con cantoneras tipo schifflerized CLAUDIO ANDRÉS MOYA GALARCE