Diseño y análisis de cimentaciones para torre de telefonía celular

I. INTRODUCCION

Las Telecomunicaciones se han convertido en un factor de modernidad y desarrollo para cualquier actividad económica y social. En Nicaragua, el servicio de telefonía celular es el medio de comunicación más utilizado, por lo cual las empresas que brindan este servicio tienen la misión de brindar la cobertura adecuada a todos sus clientes.

A través de la construcción de torres de telefonía celular y en respuesta a la demanda de aproximadamente 2 millones de usuarios las empresas de telefonía celular han venido expandiendo su cobertura con el fin de extender el acceso a los servicios de telecomunicaciones en todo el país, principalmente en zonas rurales.

Dependiendo de las características de la zona en que se construyan estas torres, se necesita de estudios y criterios especiales para el diseño y construcción de sus cimentaciones.

Para el Diseño y Análisis de Cimentaciones de Torres de Telefonía Celular pretendemos poner en práctica los conceptos adquiridos durante nuestra preparación universitaria, y de esta manera conocer de una forma detallada los factores que determinan el diseño de sus cimentaciones, así como el procedimiento de análisis estructural de este tipo de torres

Para ello realizaremos el Diseño y Análisis de Cimentaciones de dos torres de 60 metros de altura, ubicadas en dos zonas diferentes del país, una en Alamikamba – RAAN y otra en Urbaite – Rivas.

El análisis estructural de la cimentación se realizará según lo establecido en el REGLAMENTO NACIONAL DE LA CONSTRUCCIÓN (RCN – 07), y el American Concrete Institute (ACI 2005).

Las cargas inducidas por la torre, empleadas para el diseño de las fundaciones, fueron propuestas basándonos en datos promedios de torres de 60 metros de altura para una velocidad de viento de 100 mph en caso de Urbaite y 60 metros de altura para una velocidad de viento de 145mph para Alamikamba.

Para una mejor compresión de los conceptos utilizados durante el diseño de las cimentaciones, recomendamos consultar el glosario ubicado en la sección III de anexos.

II. ANTECEDENTES

Históricamente las naciones han reconocido la importancia estratégica de las telecomunicaciones, no solamente como servicios públicos básicos para el desarrollo económico y social sino también como elementos de soberanía y seguridad.

Martin Cooper fue el pionero en esta tecnología, a él se le considera como "el padre de la telefonía celular" al introducir el primer radioteléfono, en 1973, en Estados Unidos, mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en Tokio, Japón por la compañía NTT.

En 1981, los países nórdicos introdujeron un sistema celular similar a AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, en Estados Unidos, gracias a que la entidad reguladora de ese país adoptó reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en 1983 se puso en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago.

Con ese punto de partida, en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional inalámbrica. La tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio. En ese sentido, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el objeto de darle cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se ha caracterizado por contar con diferentes generaciones.

El Sector de las Telecomunicaciones de Nicaragua ha experimentado grandes transformaciones y un rápido crecimiento en la última década.

En 1993, arranca la telefonía celular en el país, y desde entonces se han construido más de 4 mil sitios de celda celular para torres de transmisión de los cuales la mayoría fueron construidos en los últimos diez años.

A fínales del año 2001 ante la creciente demanda no atendida de ENITEL el numero de suscriptores celulares se incrementaron de manera considerable, llegando a alcanzar a la de la telefonía básica. Este aumento permaneció detrás de la capacidad disponible y han pasado varios años para cubrir en parte las necesidades de la telefonía celular.

Actualmente ante los retos que la globalización representa, las empresas de telefonía celular compiten para dar un mejor servicio a sus clientes y responder a las exigencias tecnológicas y de cobertura de los servicios. La construcción de sitios de celda para torres de transmisión celular responde a parte de las exigencias que trae consigo el mundo moderno.

III. JUSTIFICACION

Con este trabajo pretendemos exponer de forma didáctica el diseño y calculo estructural que requiere la construcción de un proyecto de este tipo, para conocer de una forma detallada los estudios y criterios utilizados en el dimensionamiento de sus fundaciones y en el análisis estructural de una torre de telefonía celular.

Consideramos que podría ayudar a los estudiantes a entender de una forma practica el Análisis y Diseño de Cimentaciones y los factores que intervienen directamente en la elección del tipo y tamaño de las fundaciones de una estructura.

IV. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

ƒ Diseñar los tipos de fundaciones requeridas para torres de telefonía celular, en distintas zonas del territorio nacional.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

ƒ Determinar el tipo de fundación de acuerdo a los resultados obtenidos en el estudio de suelo.

ƒ Definir las sobrecargas tranferidas por los elementos de la torre a la cimentación.

ƒ Efectuar el Diseño Estructural de la fundación requerida en cada caso.

ƒ Elaborar Presupuesto de Obra a ejecutarse para cada tipo de fundación

V. MARCO TEORICO

La telefonía celular utiliza torres autosoportadas de gran altura para colocar las antenas que utilizan los abonados para hacer uso del aparato celular. Contrario al pensamiento común, de que el viento atraviesa la torre sin casi tocarla, las torres sufren presiones de viento que producen cargas inusuales en las cimentaciones.

El objeto de una cimentación, es proporcionar el medio para que las cargas de la estructura, se transmitan al terreno produciendo en éste un sistema de esfuerzos que puedan se resistidos con seguridad sin producir asentamientos, ó con asentamientos tolerables, ya sean estos uniformes o diferenciales.

Los cimientos se clasifican de acuerdo a la profundidad a la que este se encuentre desplantado, ya sea en cimientos superficiales y cimientos profundos.

Cimientos superficiales: En las cimentaciones superficiales las cargas de la estructura pasan directamente al terreno donde son desplantadas las obras, estas se caracterizan por tener una profundidad menor de dos veces el ancho de la misma ND = 2B, donde B es el ancho de la cimentación.

Entre los tipos de cimentaciones superficiales se pueden encontrar, zapatas aisladas redondas para torres tipo monopolo, zapatas aisladas cuadradas ó rectangulares para torres autosoportadas, zapatas corridas cuyo uso es más común en edificaciones y losas de fundación para torres autosoportadas.

Zapatas aisladas: Es el agrandamiento de una columna en su base para reducir las presiones que se ejercen sobre el terreno, al aumentar el área en la que se distribuyen. El cimiento puede tener cualquier forma, pero la zapata aislada, es la más económica desde el punto de vista de la construcción.

Se opta por cimentación con zapata aislada de concreto cuando se tenga una o más de las siguientes condiciones:

ƒ Existencia de suelos ácidos (ph < 5.0 ó Resistividad < 50 ? – mt).

? Sitios en donde el nivel freático es alto y variable • Capacidad portante del suelo de fundación mayor que 1kg/cm² y menor que 1.5 kg/cm².

? Se usa en suelos de baja compresibilidad (Cc menor a 0.2) y donde los asentamientos diferenciales entre columnas puedan ser controlados.

Para el diseño de una zapata aislada suponemos que la fundación es totalmente rígida y que por lo tanto ella no se deforma al transmitir las cargas al suelo. Esta suposición nos lleva a considerar que el esquema de presiones que se transmite sobre el suelo es uniforme sin importar el tipo de suelo sobre el cual se funda lo cual no es del todo cierto. Se sabe que la forma de presiones depende del tipo de suelo, pero estas variaciones se pueden ignorar considerando que la cuantificación numérica de ellas es incierta y porque su influencia en las fuerzas y momentos de diseño de la zapata son mínimas.

Zapatas corridas: Es un cimiento continuo que soporta un muro, o tres o mas columnas en línea recta. Se emplean en suelos de bajas resistencias o cuando se transmiten grandes cargas al suelo.

También se usan en suelos de compresibilidad media (Cc entre 0.2 y 0.4), para mantener los asentamientos dentro de ciertos límites, conviene emplear zapatas continuas rigidizadas con vigas de cimentación.

Losas de cimentación: Son tipos de cimientos combinados que soportan más de tres columnas que no están en línea recta y que proporcionan la máxima área de cimentación para un espacio determinado con la mínima presión en la cimentación y por tanto mayor seguridad contra la falla del suelo.

Son apropiadas para controlar asentamientos diferenciales en muy variadas situaciones de carga, disposición estructural y condiciones del suelo portante.

Se usan cuando las zapatas, cimentaciones corridas, no son suficientes para transmitir las cargas y disminuir con ello la presión sobre el terreno o cuando al emplear zapatas éstas ocupen cerca del 50% del área del edificio en planta. Se recomienda usar este tipo de cimiento cuando se tienen suelos con capacidad de carga menores a 0.5 kg/cm².

Cimientos Profundos: Estos se utilizan, si la capa de suelo que pueda soportar el peso de la estructura se encuentra muy profunda. Estas se caracterizan por tener una profundidad mayor de dos veces el ancho de la misma ND >2B, se diferencian de las superficiales en que se transfiere parte de la solicitación vertical al suelo mediante rozamiento a lo largo del elemento.

Se opta por la fundación profunda cuando se tenga la siguiente condición:

ƒ Cuando no sea posible desde el punto de vista técnico-económico la construcción de la fundación del tipo losa.

ƒ La capacidad portante del suelo de fundación sea menor a 0.5 kg/cm². Algunas cimentaciones profundas son las siguientes:

Pilotes: son elementos esbeltos con dimensión del orden 0.3 a 1m de diámetro. Pilas: elementos cuyo ancho es mayor que 1m pero menor de 2.

Cilindro: presenta diámetros entre 3 y 4m.

El tipo de cimentación a elegir en cada caso debe determinarse a partir de las condiciones del terreno, en especial considerando la capacidad portante del suelo, los asentamientos posibles teniendo en cuenta la magnitud de la carga y otros factores como condiciones de acidez del suelo y la economía de la obra.

Problemas generales de las cimentaciones

El comportamiento del suelo soporte frecuentemente controla el de la fundación. Los suelos soportes de una cimentación que no son duros o compactos, son compresibles y susceptibles a sufrir, bajo las cargas que se le aplican deformaciones apreciables. Estas deformaciones deben ser tales que durante la construcción de una obra, o al producirse la aplicación de las sobrecargas de servicio, los asentamientos o desnivelaciones del soporte que se produzcan no sean de magnitud nociva a la estabilidad de la obra ni puedan deteriorar su utilidad.

Los suelos de fundación se componen a veces de capas heterogéneas que pueden estar inclinadas, circunstancia que puede originar deslizamiento del terreno bajo la acción de las cargas impuestas por la obra.

El agua del terreno incide muchas veces en el comportamiento de las cimentaciones, la acción erosiva de corrientes de agua puede desestabilizar los estratos portantes.

El estudio de los procedimientos de construcción en cada caso requiere buscar una solución satisfactoria desde el punto de vista técnico pero también de costo admisible lo que puede llegar a ser complejo y delicado.

EL PRESENTE TEXTO ES SOLO UNA SELECCION DEL TRABAJO ORIGINAL. PARA CONSULTAR LA MONOGRAFIA COMPLETA SELECCIONAR LA OPCION DESCARGAR DEL MENU SUPERIOR.