Repaso a las principales peculiaridades del diseño de este tipo de estructuras.

1. Diseno de mastiles y torres
˜ ´
Luis C. P´rez Tato
e
TIA/EIA-222: Structural Standards for Steel
Antenna Towers and Antenna Supporting
Structures.
BS-8100-1: Lattice Towers and Masts.
DIN 4131: Steel Radio Towers Analysis and
Structural Design.
2.2. Otras normas
Otras normas, de car´cter m´s general, que de-
a a
ber´n tenerse en cuenta son:
a
Figura 1: Colapso del m´stil de 646.38 metros de
a
altura de radio Varsovia (1991). Euroc´digo 1: Bases de proyecto y acciones en
o
estructuras.
Euroc´digo 3: Dise˜o de estructuras de acero.
o n
1. Introducci´n
o
Euroc´digo 7: Proyecto geot´cnico.
o e
En el presente documento se exponen los pro-
cedimientos y m´todos de c´lculo a emplear en el
e a Euroc´digo 8: Dise˜o s´
o n ısmico de estructuras.
dise˜o de m´stiles y torres de acero.
n a
Como se ver´ en la siguiente exposici´n, el dise˜o
a o n EAE: Instrucci´n de acero estructural.
o
de este tipo de estructuras presenta algunas dificul-
EHE: Instrucci´n de hormig´n estructural (ci-
o o
tades poco corrientes en la pr´ctica de la ingenier´
a ıa
mentaciones,. . . ).
estructural. Prueba de ello es que el n´mero de co-
u
lapsos que se producen en este tipo de estructuras
es sensiblemente superior a la media1 . 2.3. Documentos de referencia
Por ultimo, como documentos de referencia se
´
pueden citar:
2. Normas y documentos de
referencia Manual de tirantes. Asociaci´n Cient´
o ıfico T´c-
e
nica del Hormig´n Estructural.
o
2.1. Normativa espec´
ıfica
Los cables de acero y sus aplicaciones. Serrano
La normativa espec´ıfica que ha de servir como N´nez et al. Universidad de Cantabria.
u˜
marco en el dise˜o de este tipo de estructuras es la
n
siguiente:
3. Documentaci´n de partida
o
Euroc´digo 3: Parte 3.1 Torres, m´stiles y chi-
o a
meneas. Al iniciarse las labores de dise˜o y durante su
n
desarrollo es necesario establecer en colaboraci´n o
1 V´ase
e por ejemplo la relaci´n dada en este enlace
o con el cliente los requisitos b´sicos que debe cumplir
a
1

2. 4.2 ˜
Diseno preliminar
la estructura. Estos requisitos depender´n funda-
a 2. Ocupaci´n en planta.
o
mentalmente de la funci´n (o funciones) que desem-
o
pe˜ar´ la torre (antenas de UHF o VHF, sopor-
n a 3. Altura de la torre.
te para par´bolas de microondas, telefon´ m´vil,
a ıa o
soporte para anem´metros2 , iluminaci´n,. . . ) y en
o o 4. Presupuesto.
menor medida del entorno en que se va a construir:
zona despoblada o urbana, caracter´ ısticas geot´cni-
e
cas del terreno, clima,. . . ). 4.1.1. Carga a soportar. Resistencia al
Como resultado de este trabajo inicial deber´n a viento
quedar determinados los siguientes aspectos:
Vendr´ determinada por los equipos que se vayan
a
Definici´n geom´trica, masa, posici´n y orien- a instalar en la estructura. Como se ha indicado en
o e o
taci´n de todos los elementos que ir´n fijados el apartado anterior, adem´s del peso, influir´n la
o a a a
a la torre. superficie expuesta al viento, orientaci´n, etc´tera.
o e
Como la carga que domina el problema es la debida
Rotaciones admisibles (acimut y elevaci´n) de al viento, es importante seleccionar un dise˜o que
o n
cada uno de los elementos anteriores. presente la menor resistencia posible.
Necesidad de establecer accesos a dichos ele-
mentos (escaleras de pates,. . . ).
4.1.2. Ocupaci´n en planta
o
Previsi´n de necesidades futuras en lo relativo
o
a la instalaci´n de equipos.
o El espacio necesario para instalar la estructura
variar´ seg´n el tipo de estructura que adoptemos.
a u
Caracter´ ısticas clim´ticas de la zona, en parti- La presencia de tirantes hace aumentar la superficie
a
cular en lo que se refiere al viento, al hielo y a ocupada.
la simultaneidad de ambos.
Las dimensiones de la parcela en la que se cons- 4.1.3. Altura de la torre
truir´ la torre y las caracter´
a ısticas del acceso a
la misma. Algunos tipos de estructura son m´s adecuados
a
que otros dependiendo de la altura. Para alturas
Las caracter´ ısticas geot´cnicas del terreno (in- muy grandes es obligado el uso de m´stiles atiran-
e a
forme geot´cnico).
e tados.
Condiciones a cumplir impuestas por las nor-
mas urban´ ısticas o de otro tipo que deban res-
4.1.4. Presupuesto
petarse en la ubicaci´n de la torre. Aspecto
o
est´tico de la misma.
e Como criterio general puede decirse que cuanto
menos espacio pueda ocupar la estructura en plan-
ta m´s cara ser´ su instalaci´n. Adem´s el coste
a a o a
4. Criterios de dise˜ o n depender´ de la maquinaria que se requiera para
a
su instalaci´n.
o
4.1. Selecci´n del tipo estructural
o
El primer paso para dise˜ar la estructura consis-
n
tir´ en elegir el tipo estructural a emplear (mono- 4.2. Dise˜ o preliminar
a n
poste, torre en celos´ m´stil atirantado,. . . ).
ıa, a
Una vez seleccionado el tipo estructural se debe-
Esta selecci´n se suele basar en la consideraci´n
o o
r´n establecer algunos dise˜os preliminares como
a n
de cuatro condiciones principales:
pueda ser la secci´n transversal de la torre, la con-
o
1. Carga a soportar. Resistencia al viento. figuraci´n del arriostramiento, los perfiles a emplear
o
para las barras (laminados o tubulares),. . . .
2 Las necesidades que, respecto al conocimiento del r´gi-
e
men de vientos, imponen los estudios de viabilidad de los
El dise˜o de las uniones y del tipo de perfiles
n
parque e´licos han hecho m´s frecuente el uso de este tipo a emplear est´ estrechamente relacionado y tiene
o a a
de torres. especial repercusi´n sobre el coste de la estructura.
o
pag. 2 de 4 revisi´n 0.9
o

3. 5 ACCIONES
Figura 2: Desprendimiento de v´rtices en un cilin-
o
dro sometido a viento.
Figura 3: Hielo adherido a las barras de una torre
en celos´
ıa.
5. Acciones
5.2. Hielo
Se exponen aqu´ las consideraciones m´s impor-
ı a
tantes acerca de las cargas de viento, hielo, rotura El hielo, como para el resto de estructuras, supo-
de un tirante y sismo. Los criterios a adoptar para la ne una carga gravitatoria adicional sobre la misma
evaluaci´n de las dem´s acciones (peso propio,. . . ) (y sobre los tirantes cuando existen) pero, adem´s,
o a a
no difieren sustancialmente de los empleados para tiene en estas estructuras los siguientes efectos:
otras estructuras de uso corriente.
En determinadas circunstancias la distribuci´n
o
de la carga de hielo puede ser asim´trica res-
e
pecto al eje de la estructura. Esto debe ser te-
5.1. Viento nido en cuenta tanto al considerar los estados
l´
ımite de equilibrio como los esfuerzos que in-
Estas estructuras, tan esbeltas, son especialmen- troduce esta asimetr´ ıa.
te sensibles a las cargas din´micas y el viento lo es.
a
Esta sensibilidad se debe a su flexibilidad y su bajo Aumenta la superficie expuesta al viento de
amortiguamiento. En torres (estructuras exentas) los elementos de la estructura y, por tanto, la
cuyos modos propios est´n generalmente bien di-
a fuerza que resulta de la presi´n del viento sobre
o
ferenciados la respuesta din´mica de la estructura
a los mismos.
est´ gobernada por el modo fundamental de vibra-
a
ci´n. Por el contrario cuando se trata de m´stiles
o a Aumenta la masa por unidad de longitud de
(estructuras atirantadas), la acci´n del viento so-
o estos elementos, alterando por tanto los modos
bre los propios tirantes y el comportamiento no li- propios de la estructura. Esto ha de tenerse en
neal de ´stos complica la soluci´n del problema. En
e o cuenta al calcular la respuesta din´mica.
a
consecuencia, salvo que la escasa importancia de la
estructura o su simplicidad justifiquen la introduc-
ci´n de simplificaciones, la respuesta de la estruc-
o
tura a la acci´n del viento se obtendr´ mediante
o a 5.3. Rotura de un tirante
integraci´n directa en el tiempo del problema di-
o
n´mico planteado para la estructura sometida a la
a Cuando se trata de m´stiles atirantados es nece-
a
acci´n de una r´faga de viento. Las caracter´
o a ısticas sario comprobar la respuesta de la estructura a la
de dicha r´faga (intensidad, duraci´n,. . . ) se deter-
a o rotura de alguno de los tirantes. Como en los casos
minar´n a partir de la informaci´n climatol´gica
a o o anteriores se trata de una carga din´mica de tipo
a
obtenida de la documentaci´n de partida y de las
o impulsivo con las mismas implicaciones que ya se
especificaciones de las normas. han comentado.
7 de noviembre de 2012 pag. 3 de 4

4. 6.3 ´
Modelizacion del contacto cimiento-terreno
5.4. Sismo modal para realizar el c´lculo din´mico. En conse-
a a
cuencia dicho c´lculo se realizar´ por integraci´n
a a o
Ya se ha hablado de la sensibilidad de este tipo de directa en el tiempo.
estructuras frente a acciones din´micas por lo que
a
aqu´ bastar´ recordar lo ya dicho en el apartado
ı a
correspondiente al viento y la modificaci´n de la 6.3. Modelizaci´n
o o del contacto
respuesta din´mica que produce el hielo.
a cimiento-terreno
La mayor o menor rigidez de la cimentaci´n in-
o
fluir´ en los resultados obtenidos en los an´lisis cita-
a a
6. An´lisis
a dos anteriormente por lo que deber´ ajustarse todo
a
lo posible a la realidad. En general no deber´ con-
a
Como ya se ha indicado en el apartado referido
siderarse la cimentaci´n como un empotramiento.
o
a las acciones al tratarse de estructuras muy esbel-
tas los fen´menos din´micos y los de inestabilidad
o a
cobran especial importancia. Para que los resulta- 6.4. Fatiga
dos del an´lisis permitan establecer que el dise˜o
a n Para la comprobaci´n a fatiga de los nudos de
o
presenta la suficiente seguridad frente a estos fen´- la estructura se emplear´ el m´todo de clasificaci´n
o a e o
menos se emplear´n las t´cnicas espec´
a e ıficas que se seg´n se especifica en la norma EN-1993-1-9 (Eu-
u
indican a continuaci´n.
o roc´digo 3: Proyecto de estructuras de acero. Parte
o
1-9: Fatiga.).
6.1. An´lisis de pandeo linealizado
a El m´todo se basa en la clasificaci´n de los de-
e o
talles estructurales de diferentes tipos de nudos en
Mediante esta t´cnica se obtendr´n las imper- varias categor´ de detalle. Cada categor´ corres-
e a ıas ıa
fecciones que se introducir´n en la geometr´ de la ponde a una carrera de tensiones nominales bajo la
a ıa
estructura de modo que la geometr´ imperfecta re- cual se producir´ la rotura tras sufrir 2 millones de
ıa a
sultante presente una tendencia al pandeo igual o ciclos.
superior a la que tendr´ la estructura real. Dicho
a
de otro modo, se trata de responder a la pregunta
¿de qu´ modo deber´ disponerse las imperfeccio-
e ıan
nes en la ejecuci´n de manera que resultaran lo m´s
o a
desfavorables posible respecto al pandeo?. Para ello
se procede del siguiente modo:
Se obtienen los primeros modos de pandeo li-
neal de la estructura.
Se considera como geometr´ inicial de la es-
ıa
tructura la que resulte de combinar linealmen-
te los modos de pandeo obtenidos en el punto
anterior de modo que se obtenga un valor m´-a
ximo de «imperfecci´n» igual al impuesto por
o
la normativa.
Consideraci´n en el an´lisis de la no linealidad
o a
geom´trica del problema.
e
6.2. Integraci´n directa de la ecua-
o
ci´n de equilibrio din´mico
o a
Como ya se ha comentado en problemas de este
tipo en los que las deformaciones no pueden con-
siderarse infinitesimales (no linealidad geom´trica)
e
no es aplicable (al menos directamente) el an´lisis
a
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o