UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
DISEÑO MECÁNICO I
TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TORRE DE COMUNICACIÓN COMUNICACIÓN
INTEGRANTES: Ramiro Andrade Diego Guamán Miguel Carapaz
PRESENTACIÓN
Las Estruc Estructur turas as utiliza utilizadas das en Teleco Telecomun munica icacio ciones nes sirven sirven para para la trans transmis misión ión de energí energíaa eléctrica, así como la transmisión de señales, como en el caso de los teléfonos celulares. Existen diversos elementos que estas estructuras deben soportar, como antenas de transmisión y equipos para telecomunicaciones, entre otros. La mayoría de estas estructuras son ligeras, por lo que en su diseño influyen mucho los esfuerzos que genera el viento, y debido a su poco peso el sismo es un elemento que no afecta mucho a estas estructuras. La torre torre de comuni comunicac cación ión que está está en anális análisis is será será diseña diseñada da con una gran gran capaci capacidad dad para soportar elementos, debido a su gran número de aplicaciones se deberá brindarle brindarle los suficientes argumentos argumentos de diseño, diseño, para que esta responda responda ante cualquier cualquier eventualidad eventualidad que se presente. presente. El uso de factores de seguridad (F.S) acordes a lo que se necesita construir, es la principal herramienta que solventará cualquier riesgo que incida sobre la estructura. Cabe mencionar mencionar que la estructura estructura trae consigo consigo un sinnúmero sinnúmero de variables variables que necesariame necesariamente nte serán estudiadas, tales como propiedades de los materiales, diseño bajo cargas estáticas, juntas, entre otros. Temas que durante el avance del proyecto irán compensando de una u otra manera la elaboración de una torre de comunicación. El realizar estudios de diferentes máquinas que han contribuido con el avance mundial de la sociedad, es únicamente para poner en práctica todo lo que como estudiante se ha aprendido. El contacto con el mundo real contribuirá con el crecimiento profesional que toda persona busca par paraa un mejor mejor vivir vivir.. El produc producto to finali finaliza zado do benef benefic iciar iaráá
a
todo todoss quien quienes es estuvi estuvier eron on
involucrados; conocimientos, conocimientos, experiencia, y valores personales personales formarán parte de los futuros profesionales.
JUSTIFICACIÓN
Las Estruc Estructur turas as utiliza utilizadas das en Teleco Telecomun munica icacio ciones nes sirven sirven para para la trans transmis misión ión de energí energíaa eléctrica, así como la transmisión de señales, como en el caso de los teléfonos celulares. Existen diversos elementos que estas estructuras deben soportar, como antenas de transmisión y equipos para telecomunicaciones, entre otros. La mayoría de estas estructuras son ligeras, por lo que en su diseño influyen mucho los esfuerzos que genera el viento, y debido a su poco peso el sismo es un elemento que no afecta mucho a estas estructuras. La torre torre de comuni comunicac cación ión que está está en anális análisis is será será diseña diseñada da con una gran gran capaci capacidad dad para soportar elementos, debido a su gran número de aplicaciones se deberá brindarle brindarle los suficientes argumentos argumentos de diseño, diseño, para que esta responda responda ante cualquier cualquier eventualidad eventualidad que se presente. presente. El uso de factores de seguridad (F.S) acordes a lo que se necesita construir, es la principal herramienta que solventará cualquier riesgo que incida sobre la estructura. Cabe mencionar mencionar que la estructura estructura trae consigo consigo un sinnúmero sinnúmero de variables variables que necesariame necesariamente nte serán estudiadas, tales como propiedades de los materiales, diseño bajo cargas estáticas, juntas, entre otros. Temas que durante el avance del proyecto irán compensando de una u otra manera la elaboración de una torre de comunicación. El realizar estudios de diferentes máquinas que han contribuido con el avance mundial de la sociedad, es únicamente para poner en práctica todo lo que como estudiante se ha aprendido. El contacto con el mundo real contribuirá con el crecimiento profesional que toda persona busca par paraa un mejor mejor vivir vivir.. El produc producto to finali finaliza zado do benef benefic iciar iaráá
a
todo todoss quien quienes es estuvi estuvier eron on
involucrados; conocimientos, conocimientos, experiencia, y valores personales personales formarán parte de los futuros profesionales.
JUSTIFICACIÓN
El proyecto de diseño y construcción de una Torre es de gran importancia para nuestro estudio en referencia al diseño mecánico, este consiste en el cálculo estructural de la Torre requerida, en función de las características específicas de carga. Estos cálculos se lo pueden realizar en computadoras mediante programas creados especialmente para este tipo de cálculos, pero nuestro objetivo es de realizar este proyecto sin la utilización de software de computadora. La estructura en cuestión es calculada considerando un número suficiente de casos de cargas que puedan presentarse y diseñándola para la combinación más desfavorable. El estudio y análisis de una antena estructural es de gran importancia para todos quienes están íntimamente íntimamente relacionados relacionados con la comunicación comunicación,, el avance avance tecnológico tecnológico de la época ha influido influido para realizar un estudio profundo de esta novedosa estructura. El estudio de una ingeniería conlleva al análisis estructural, dimensional, interno y externo de dicho elemento. Comprender de manera minuciosa todos y cada uno de los pasos que conllevan a la creación de una antena es una meta en este proyecto desearía conseguir. Además la inquietud y curiosidad estudiantil quiere ir más allá de los cálculos, cálculos, construir construir una maqueta de mencionado mencionado tema solventaría solventaría una vez más los conocimientos que dentro de un aula son aprendidos.
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar y Construir una torre de comunicación que nos permita aplicar cálculos de diseño mecánico. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: •
•
•
•
Comprender y aplicar lo aprendido en Diseño Mecánico I, para transmitir estos conocimientos hacia la construcción de una torre de comunicación. Comprobar la teoría en la práctica aplicando la estática, dinámica y diseño aprendidos. Ver que variables son las que potencialmente puede dañar la estructura y no se pueden controlar teóricamente. Analizar detenidamente el comportamiento de la estructura en situaciones críticas y que se puede hacer para reforzar estos puntos de riesgo.
CAPITULO I 1. TORRE DE TELECOMUNICACION
Las Estructuras utilizadas en Telecomunicaciones sirven para la transmisión de energía eléctrica, así como la transmisión de señales, como en el caso de los teléfonos celulares. Existen diversos elementos que estas estructuras deben soportar, como antenas de transmisión y equipos para telecomunicaciones, entre otros. La mayoría de estas estructuras son ligeras, por lo que en su diseño influyen mucho los esfuerzos que genera el viento, y debido a su poco peso el sismo es un elemento que no afecta mucho a estas estructuras. 1.1 TIPOS DE TORRES Las torres de telecomunicaciones pueden ser de varios tipos y su altura varía desde 100 hasta 2,150 pies o más [OSHA 1998]. En general, existen tres tipos de torres de telecomunicaciones. 1.1.1. Torres Arriostradas o Atirantadas (Sobre Edificaciones) Muchas veces se requieren instalar antenas celulares en puntos específicos o regiones, por lo que se recurre a construir torres arriostradas sobre edificaciones existentes. Estas torres cuentan generalmente de tirantes o arriostres a diferentes distancias. El peso que genera la torre sobre la estructura existente no es muy grande, por lo que no le adiciona mucho peso a la edificación, sin embargo, se deben de colocar el apoyo de las torre y sus arriostres sobre columnas y elementos resistentes, porque la descarga de la torre no podría colocarse sobre una losa o algún otro elemento inadecuado, porque este podría fallar. La base de la torre transmitirá un esfuerzo de compresión en donde está apoyada, y los arriostres generalmente transmitirán esfuerzos de tensión. Los cables o arriostres generalmente se tensan al 10% de su Resistencia, la cual es proporcionada por el fabricante. Así, por ejemplo, si el cable tiene una resistencia a la ruptura de 4.95 Ton en tensión, entonces se acostumbra tensar los cables a 0.495 Ton. También se pueden tensar los cables con diferentes fuerzas, calculando una tensión tal que el sistema este en equilibrio.
1.1.1.1. Modelo de la Torre Cuando al centro de la edificación no se encuentre una columna para poder apoyar la base de la torre, se puede recurrir a la colocación de alguna viga de acero o alguna estructura para que la torre se apoye. Esta estructura podrá ya apoyarse sobre otras columnas de la edificación.
1.1.2. Torres AutoSoportadas Estas torres se construyen sobre terrenos, en áreas urbanas o cerros, y deberán de contar con una cimentación adecuada para poder resistir las fuerzas a las que están sometidas. La geometría de estas torres depende de la altura, la ubicación y del fabricante de la torre.
Cimentación para Torre Autosoportada
1.1.3. Torres Tipo Monopolo (Por Estética del Lugar) Estas estructuras son instaladas en lugares en donde se requiere conservar la Estética, pues son las que ocupan menos espacio, y se pintan de algún color o se adornan para que se permita que la estructura se camuflaje y se simule la vegetación. Como estas estructuras están sobre terrenos, se deberá de construir una cimentación adecuada para resistir los efectos de la misma.
1.1 ANÁLISIS DE CARGAS A continuación se muestran las cargas que se consideran para el diseño de una torre para telecomunicaciones:
1.1.1 Carga Muerta Antenas celulares, parábolas, feeders, cama guía de onda, escalera, plataforma Triangular o descanso (si procede). La carga muerta correspondiente al peso de las antenas se tomará directamente de la información proporcionada por el fabricante. 1.1.2
Carga Viva
El personal para su instalación. Se considera generalmente 300kgs (3 personas de 100kg cada una). 1.1.3
Análisis de fuerzas de viento
Las cargas de viento se calculan generalmente por medio de un análisis dinámico. En el caso de las cargas de viento sobre la estructura, estas se obtienen por medio de fórmulas estipuladas en los reglamentos correspondientes para cada país, por ejemplo, en Estados Unidos se calcula por medio del reglamento AESC, en México por medio del reglamento de la CFE, en Argentina por medio del reglamento CIRSOC. En dichas fórmulas se calculan las áreas de exposición de los elementos estructurales, las cuales se multiplican generalmente por otros coeficientes. Para calcular las fuerzas del viento pero ahora sobre las antenas y parábolas, se podrán calcular a partir de las medidas experimentales tomadas por los fabricantes del equipo, como las antenas Andrew que son las más comerciales. 1.2 INSPECCIÓN ESTRUCTURAL DE TORRES EXISTENTES Para las torres existentes se deberán de realizar trabajos de inspección y mantenimiento en caso de que se requiera. Se deberá revisar, que no falten pernos, para esto se hace una revisión aleatoria. Que los elementos estructurales estén en buenas condiciones, que no estén oxidados ni doblados. En caso de que haya oxido, se debe de determinar el espesor actual por medio de mediciones con aparatos electrónicos, como los llamados "Wall Thickness Gauge" o Medidores de Espesor de paredes.
Medidor de espesor de paredes de elementos de acero (Wall Thickness Gauge)
Se deberá revisar que la cimentación este en buenas condiciones y no esté agrietada. En torres Arriostradas, se deberán de revisar que los tirantes estén en buenas condiciones, y que estos tengan la tensión adecuada.
1.3 CONSTRUCCIÓN DE TORRES En el caso de la construcción de torres para la comunicación, es primordial para nosotros, tener bajo control las construcciones supervisadas por profesionales altamente calificados. Crear soluciones para nuestros clientes, teniendo la ventaja de contar con tecnología avanzada, experiencia en el rubro y trayectoria.
1.4 SOPORTES PARA ANTENAS Hay que tener en cuenta, en estos procedimientos, sobre qué modelo de antena se va a trabajar, para que el soporte sea el más adecuado. Torres AutoSoportadas para todo tipo de usos, de distintas medidas y alturas. Algunos tipos de soportes para antenas son: de tipo trípode, forma en "L". Particularmente, lo que nos importa realmente de los soportes para antenas, es que se realice con personal profesional y altamente capacitado. En este tipo de accesorios tenemos que hilar fino en los detalles, analizar el tipo de soporte necesario para distintos usos. Los soportes deben ser fijados directamente a la obra civil, en puntos claves y precisos aptos para tolerar los esfuerzos correspondientes: Por estos motivos, tenemos en cuenta muchos factores, para evitar errores en la fijación de los soportes para antenas, existen soportes para antenas de todo tipo: 1.4.1
Antenas colectivas
Es muy necesaria para la utilización de diversos usuarios, es uno de los sistemas más económicos, contiene amplificadores, cableado, equipo de cabecera, derivadores. 1.4.2
Antena de cuadro
Su nombre se debe a la forma que tiene, muy útil para la radiogoniometría, apropiada para la banda media. Contiene una buena propiedad de recepción. 1.4.3
Antena parabólica
Es muy utilizado el soporte tipo trípode, por la forma que tiene dicha antena: Transmite y recibe vía satélite, generan ondas electromagnéticas realizadas por un dispositivo radiante. Existen distintos tipos de antenas parabólicas, se destacan en los sistemas de comunicación, usadas mayormente en la recepción de TV digital. 1.4.4
Antena lineal
Formada por un conductor rectilíneo, se encuentra mayormente en posición vertical. 1.4.5
Multibanda
Abarca diversas frecuencias, recibiendo ondas cortas
1.5 MONTAJE DE TORRES Las torres están diseñadas para recibir cargas en toda su estructura. Para este tipo de trabajos tenemos que tener en cuenta muchos factores, la altura, la cantidad de parábolas que se desean instalar, la ubicación, ya sea la región, el factor topográfico y el tipo del terreno. Las estructuras que se utilizan para el montaje de torres, sirven para transmitir la energía eléctrica, la transmisión de señales tan necesarias para los celulares, por ejemplo. Dichas estructuras varían según el lugar donde se coloque. La mayoría se arma en el terreno, generalmente para este procedimiento se utilizan grúas. Para saber dónde se puede colocar, una torre de este tipo es necesaria y fundamental, contar con un equipo especializado, que estudie la transmisión y radiofrecuencia para el correcto montaje de torres. Para el montaje de torres tenemos en cuenta, la clasificación de las mismas y las especificaciones del cliente. Al operar de forma correcta, llegamos a tener los resultados esperados. Cuando pensamos en el diseño de una torre, hay que tener en cuenta los distintos
tipos de carga que posee una torre de telecomunicación: Se encuentra la carga viva, son ejemplos las antenas de celulares, parábolas, escaleras, en definitiva es el peso que toma de forma directa con el fabricante. Por otro lado se encuentra la carga viva y comprende al personal necesario para la instalación. También por último tenemos la carga del viento, que se realiza mediante análisis de mediciones. Existen varios tipos de torres, entre las más conocidas se encuentran: Las torres conocidas como arriostradas o Atirantadas (sobre edificios): cuentan con tirantes en distintas distancias, que son esfuerzos de tensión, no puede colocarse sobre ningún elemento inadecuado, o que no esté autorizado. Otro tipo son las Torres AutoSoportadas, se pueden construir en terrenos, ya sea áreas urbanas o cerros, etc., tanto la geometría de estas torres, como la ubicación y la altura dependen del fabricante de la torre. Torres de tipo Monopolo, sirve especialmente para los lugares en donde se quiere cuidar la estética, ya que ocupan menos espacio que otros tipos de torres, en este tipo en particular se debe construir una cimentación adecuada para resistir correctamente.
1.6 BALIZA Las balizas son fundamentales para la señalización de las torres, indicando la ubicación de la misma. Comúnmente se utiliza balizas a led homologadas, son de alta calidad y tienen un buen posicionamiento en el mercado, son utilizadas para evitar ciertas fallas ocurridas en cuestiones de alimentación por medio de energía eléctrica, pueden ser mantenidas durante toda la noche sin ningún inconveniente, es un producto homologado por un centro autorizado y altamente recomendados para las torres. Poseen una gran potencia de iluminación nocturna, son ideales para las torres, edificios, etc. Existen balizas de LED de baja intensidad y de media intensidad, las de media intensidad son requeridas mayormente para estructuras tales como torres, edificios, antenas, puentes, entre otros. Estos productos mencionados cuentan con un laboratorio de confianza donde fueron certificadas, para garantizar un buen servicio. Disponemos de balizas de vidrio rojo rubí. Contamos con los materiales necesarios para realizar un buen servicio, tenemos transformadores, vidrios y cables de bajada.
Las balizas cumplen un papel muy importante, por eso debemos cuidar que los materiales sean de buena calidad, para sostener el cuidado es fundamental que se realicen mantenimientos. De esta manera se puede controlar que funcionen correctamente, también se puede prevenir accidentes. La ubicación es autorizada por las normas vigentes.
1.7 DIAGRAMAS ESFUERZO – DEFORMACION Los diagramas esfuerzo-deformación de diversos materiales varían ampliamente y diferentes ensayos de tensión con el mismo material pueden producir resultados diferentes de acuerdo con la temperatura de la probeta y la velocidad de carga. Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles. 1.7.1
Materiales Dúctiles
Es la habilidad de un material para deformarse antes de fracturarse. Es una característica muy importante en el diseño, puesto que un material dúctil es usualmente muy resistente a cargas de impacto. Tiene además la ventaja de avisar cuando va a ocurrir la fractura, al hacerse visible su gran deformación. 1.7.2
Materiales Frágiles
Es lo opuesto de ductilidad. Un material frágil no tiene resistencia a cargas de impacto y se fractura aún en la carga estática sin previo aviso. Tanto la fragilidad como la ductilidad de un material son medidas arbitrarias, pero puede decirse que un material con un alargamiento mayor de 5% es dúctil y menor de 5 % frágil. Puede concluirse que, en forma general, podemos clasificar a los materiales en frágiles y dúctiles, habiendo dentro de ellos diferentes grados. 1.7.3 Deformación Unitaria
Se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:
de la misma magnitud 1.7.4 Deformación longitudinal
Se denomina deformación longitudinal cuando un cuerpo se dilata este lo hace en todas direcciones y sentidos.
1.8 JUNTAS Las estructuras necesitan flexibilidad para soportar ciertos movimientos, generalmente horizontales, y que pueden ocasionar fallas dentro de las mismas. Las juntas no son más que cierto tipo de abertura o separación dentro del concreto creada con el único fin de evitar grietas dentro del mismo. Estas aberturas o separaciones tienen ciertas condiciones de funcionamiento y diseño de acuerdo al trabajo que deban realizar.
1.8.1
Juntas Remachadas
Aunque el remachado en caliente es poco utilizado en las construcciones de acero conformado en frío, el remachado en frío está considerablemente difundido, particularmente en formas especiales tales como remaches ciegos (para su aplicación desde un solo lado), remaches tubulares (para incrementar la superficie portante), remaches de corte elevado y remaches explosivos. Para el cálculo de uniones remachadas en frío a modo de guía se pueden utilizar los requisitos de AISI para uniones abulonadas, excepto que la resistencia al corte de los remaches puede diferir considerablemente de la resistencia al corte de los bulones. Se puede obtener información adicional sobre la resistencia de los remaches consultando a sus fabricantes o realizando ensayos.
1.8.2
Juntas Soldadas
Las soldaduras usadas en las construcciones de acero conformado en frío se pueden clasificar como soldaduras por fusión (o soldaduras por arco) y soldaduras de resistencia. Las soldaduras
por fusión se utilizan para conectar entre sí los miembros de acero conformado en frío y también para conectar estos miembros a pórticos de acero laminado en caliente (como en las uniones de los paneles que forman las losas a las vigas de un pórtico de acero). Se utilizan en soldaduras de ranura, puntos de soldadura por arco, cordones de soldadura por arco, soldaduras de filete y soldaduras de ranura biselada.
1.8.3
Juntas atornilladas
Se analizaron los resultados de más de 3500 ensayos realizados en todo el mundo para formular requisitos para las uniones atornilladas (Pekoz, 1990). Se consideraron las Recomendaciones Europeas (1987) y las Normas Británicas (1992), las cuales se modificaron según resultó adecuado. Debido a que los requisitos se aplican a numerosas uniones atornilladas y tipos de sujetadores, éstos implican un mayor grado de conservadurismo que lo habitual en el resto de esta Especificación. La intención es que estos requisitos se utilicen cuando no haya una cantidad suficiente de resultados de ensayos disponibles para una aplicación determinada. Se puede obtener un mayor grado de precisión ensayando cualquier aplicación dada (AISI, 1992). Para lograr un comportamiento satisfactorio es importante la adecuada colocación de los tornillos. Generalmente se utilizan herramientas eléctricas con controles de torque ajustables y limitaciones a la profundidad de penetración. Los ensayos de uniones atornilladas utilizados para formular los requisitos incluyeron probetas con un solo sujetador y también probetas con múltiples sujetadores. Sin embargo, se recomienda utilizar al menos dos tornillos para conectar elementos individuales. De esta manera se logra redundancia para el caso de falta de torque, exceso de torque, etc. y se limita la distorsión de las uniones solapadas de miembros planos no conformados tales como flejes.
1.9 FACTOR DE SEGURIDAD El coeficiente de seguridad (también conocido como factor de seguridad) es el cociente entre un número que mide la capacidad máxima de un sistema dividido de los requerimientos teóricos o asumidos como usuales. En ingeniería, arquitectura y otras ciencias aplicadas es común que los cálculos de dimensionado de elementos o componentes de maquinaria, estructuras constructivas, instalaciones o dispositivos en general, incluyan un coeficiente de seguridad que garantice que en bajo desviaciones aleatorias de lo previsto exista un margen extra de prestaciones por encima de las mínimas estrictamente necesarias.
CAPITULO II 2. DISEÑO 2.1 Esquema
2.2 Dimensionamiento Por Partes 2.2.1
Empotramiento
2.2.2
Elemento de soporte
2.2.3
Juntas Remachadas
2.2.4
Tensiones
2.3 Plano
CAPITULO III 3. CALCULOS Y ANÀLISIS FINANCIERO
3.1 CALCULOS 3.1.1
Empotramiento
El empotramiento A–B tiene una longitud de 9m, el material a utilizar para el diseño será acero A-36. Está sometido a tres diferentes tensiones, dos de ellas (TAB - THX), denominados “tensiones de seguridad”, hacen que el empotramiento tienda a no moverse según cargas externas (viento). Finalmente el empotramiento tipo T tiene una carga puntual de 210lbf. Se desea diseñar la viga de sección transversal T con las dimensiones que se muestra:
–
Se desea conocer los momentos MAY y M, para poder dimensionar la placa de soporte: NOTA: La estructura soportara un máximo de 5T, para vencer la inercia
Tramo A - B
Si se desea conocer el torque que la estructura presenta ante la fuerza: T = momento generado por la fuerza W= Modulo polar de inercia, para elementos de forma circular
Entonces
τ≤τ=SyvF.S TW=0,6 Syt2,5
Syv=0,6 Syt
Factor de seguridad = 2,5 Material A -36
W=2,5( 45000N.m)0,6(16363,6lbfin2) 45000N.m1kgf9,81N39,37in1m=180596,8 kgf.in W=2,5( 45000N.m)0,6(16363,6lbfin2) 36000lbfin21kgf2,2lbf=16363,6kgfin2 W=45,98 in3
Usando J [momento polar de inercia] determinamos C( r extremo), siendo: JC=W
J para forma circular es=πd432
W=πd316
C=JW=πd43245,98in2
πd316=45,98 in2
C=π(6,16)43245,98in2
d3=16(45,98)π
C=3,07 in
d=6,16 in
1.1.1
Diagramas de Momento Torsores 3000 + B A -MD= C N cm 50000 – 30000= 0 857,2 20000 2000 N.cm 1 0
+
D
Ahora, el diseñar implica un factor de seguridad, este es un límite de riesgo que se debe aplicar, es una precaución ante una falla, entonces se procede: Material: Acero A -36 (36KSI) Torque τ=180596, 3 kgf.in2,2 lbf1kgf=397311,86 lbf.in
Diámetro de cilindro= 6,16 in τmax≤τ=SyvF.S F.S=Syvτmax Syv=0,6 Syt Syv=0,6 36KSI Syv=21,6 KSI τ=TW
W=πd316
τ=TAπd312= 397311,86 lbf.inπ(6,16in)316=8656,8 lbfin2 F.S=21,6 KSI8656,8 =216008656,8 F.S=2,5 1.1.2 Junta Remachada: En este desarrollo se determina el área de los agujeros, para
remache, considerando: Material 30 KSI
Factor de seguridad = 2,5
F = 2,5 T
Av Fv
Fv
τ=τ=SyvF.S
τv=FvAv
Entonces FvAv=SyvF.S
Syv=0,6 Syt
2,5TAv=0,6(20 KSI)2,5
30 KSI1000lbfin21 KSI1 kgf2,2 lbf=13636,36 kgf/in2 2,5 T1000kgf1 T=2500 kgf Av=2,5(2500)0,6(13636,36)=62508184,81
Av=0,76in2
Av=Ap=πr2=0,76 in2 r2=0,76 in2π
r=0,24 in ∅=0,48 in
dc
F
L
F
dc=1,5 dp
L=2dc+dp
dc=1,5 (0,48)
L=2(0,72)+0,48
dc=0,72 in
L=1,92 in
Factor de seguridad = 3 FtAt=SytF.S FtAt=20 KSI3 At=2,5 T10KSI=L e=1,92 in.e e=(2,5 T10 KSI)1,92 in=2,5T19,2 KSI in 19,21000lbfin21 KSI1 kgfin2=8727,27 kgf/in2 e=25000 kgf8727,27 kgf/in=0,28 in=0,7 cm=7,1 m
–
Se considera aplastamiento entonces se procede:
1.1.1 Sección Del Cordón De Soldadura
– En este desarrollo se dimensiona la sección del cordón de la soldadura de perfil circular indicada en la estructura, las estructuras está sometida a carga estática. Las piezas son de acero de construcción A-36 y el electrodo de soldadura de de tipo normal EE60XX El cilindro:
Factor de seguridad = 3 Material Base
Espesor
A c
Factor de seguridad = 2,2
Entonces
– Análisis del eje horizontal superior, cuenta con un ∅=3 in, esta sometida a un momento flexionante de 210 lbf= 932,4 n, que produce tensión en la superficie superior. Este elemento también utiliza las dimensiones del cordón de soldadura, determinados en la parte de la base. Se determina los esfuerzos máximos de tensión y compresión. Área de sección compuesta= 156960 mm 2=A A la sección T se divide en dos partes Momentos en estas aéreas respecto del borde superior
Momento Del Área En Cada Sección
–
Segundo Teorema
I=[73741788+200076,238,022+ [1654968,7+76,28923,88911,972] I=5,4 x 1013 mm4 σ=Mc1I=932,4 N44,03(10-3)5,4 x 1013 σ=7,6 Tpo 1.1.1 Tensiones
–
En AHD
ΣMAG=0 λAGγHAx THI+ λγDA x FD=0 λAG=2,5i+5k(2,5)2+(5)2 = 131,25(2,5i+5k) λH/A=5ftj λDA=10ftj THI=λHI.THI=2,5i-5j-5k2,52+52+52THI=THI7,52,5i-5j-5k FD=λDF210 lb= -5i-10j+6k52+ 102+62210 lb=18 lb(-5i-10j+6k)
1.1.1 –
Cortante, Momento y deflexión de viga E - F
La consideración para identificar M y deflexión, es que serán apoyos simples y cargas con voladizo, estas cargas F= 210 lbf están separadas a diferente distancia según sus extremos.
1,15 m 0, R X FC Y A R2 Longitud= 2m F=210 lbf = 936, 4 N
R1=Fa1,5m R1=936,4(0,5)1,5 R1=312.13 N R2=F1,5(1,5+0,5) R2=936,41,53 R2=1872, 8 N
Momentos Cortantes VAB X Mx
VAB=-F(0,5)1,5
VBC=F
VAB=-936,40,51,5
VBC=936, 4 N
VAB=312,13 N MAB=-F0,5(x)1,5 MAB=-(936,4)0,5(x)1,5=-312,13x MBC=Fx-1,5-0,5 MBC=(936,4)(x-1,5-0,5) MBC=936,4x-1872,8 YAB=F0,5(x)6EI(1,5)[1,52- 0.52]
YBC=(936,4)x-1,56EI[x-1,52- 0,53x-1,5]
YAB=936,40,5x6EI1,5(2)
YC=F0,523EI[1,5+0,5]
YAB=468,2x9EI
YC=(936,4)0,523EI(2)
YAB=52xEI
YC=156,06EI
X312,13 -V + 9 36, 4
-M X 312, 13X
-
1.1 ANÀLISIS FINANCIERO La estructura en general es un sistema completamente hecho de acero A – 36. Este apartado detalla los costos que se debe asumir para la construcción e implementación de la torre de comunicación. COTIZACIÓN Tubo Acero A - 36
250
Electrodo EE60XX
50
Cable de Tensión
80
Remaches
40
Tubo de Acero 3¨
25
TOTAL
445
Todos los valores mostrados en la tabla, son aproximados a la cantidad y precio que existen en el mercado. Aquí no se incluye valores como mano de obra, tiempo de trabajo y sobre todo la construcción de tubos con diámetro sin normalizar. Además están las platinas con diferente espesor que de acuerdo a los cálculos se necesita construir. Se llega a la conclusión de que $ 445 es un valor despreciable para el que en realidad se debe necesitar para la construcción. Con
relación a lo investigado una torre de comunicación por lo mínimo deberá tener un precio de $ 800 a $ 1000.
CONCLUSIÓNES
•
•
•
•
•
•
Para establecer una torre de comunicación se requiere una planificación en gran detalle, acceso a personal experimentado y buenas herramientas. Sin alguno de estos componentes, la torre no podrá estar levantada por mucho tiempo. Una “base” de buena calidad es esencial para asegurar tiempo de vida de la torre. Si la base no es hecha con cuidado, pueden ocurrir accidentes fatales lo cual no solo aumenta los costos sino que además esto incluye tragedias personales. La soldadura es un proceso complejo, en constante análisis mejoramiento y cambio. En el que no se pueden dejar cabos sueltos ya que de esto pueden depender la vida de una o varias personas. Por esa razón existen infinidad de normas a seguir para hacer procesos seguros. Hay que tener siempre en cuenta el uso de juntas, de contracción o dilatación, según sea necesario, a la hora de edificar o desarrollar una estructura que implique el uso de concreto. Cuando hablamos de edificar con concreto y estructuras rígidas es importantísimo verificar los esfuerzos a los que es sometida esa estructura, dependiendo de estos esfuerzos debemos considerar la utilización de juntas. Las juntas son muy importantes, pues permiten flexibilizar estructuras rígidas y evitar el resquebrajamiento o agrietamiento de estas.
RECOMENDACIONES
•
•
•
•
•
•
Seleccione el tipo de torre de acuerdo con la resistencia al viento producida por la antena, la huella, la altura requerida y el presupuesto económico. Una base de buena calidad es esencial para una torre segura y de soporte de larga duración. El trabajo en las alturas siempre implica peligro, use un buen equipamiento y trabaje seguro. Asegúrese de tener el tiempo que se necesite. El estrés lo hará cometer errores que pueden ser muy costosos. Tenga siempre presente los riesgos de la corrosión y prevéngalos en la medida de lo posible. Planifique inspecciones continuas de la corrosión y otros problemas.
ANEXOS
BIBLIOGRAFÍA: Diseño en Ingeniería Mecánica – A. Shigley Diseño de Elementos de Máquinas – V. M. Faires MOTT, R.L.; “Resistencia de materiales aplicada”. 3ª edición. Prentice – Hall Hispanoamericana. México D.F., 1999, 640p. ORTIZ B., L.; “Resistencia de materiales”. McGraw – Hill. Madrid, 1991, 684p. SINGER, L.F.; “Resistencia de materiales”. Harla. México D.F., 1962, 636p.
