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.

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