Diseño y cálculo de estructura metálica en voladizo para soporte de bandejas portacable y equipos de gestión de tránsito, instalado en la entrada de túnel vial, modelado y analizado por el método de elementos finitos (MEF)

Abstract

En la presente tesis se establece un procedimiento de diseño y cálculo a una estructura metálica en voladizo adosado al ingreso del túnel vial, la cual se emplea para brindar soporte a bandejas porta cable y equipos de gestión de tránsito, de esta forma se consigna, que estos elementos sean implementados de forma segura y conseguir el máximo aprovechamiento del espacio disponible en el frontis del túnel vial. En primer lugar, se determina el diseño preliminar de la estructura metálica en voladizo que está conformado por componentes que brindan soporte a bandejas porta cable y equipos de gestión de tránsito, además de una escalera de acceso y plataforma superior; luego prescindiendo de componentes que no proporcionan una resistencia significativa e incrementando la distancia entre los componentes de apoyo, se logra reducir la cantidad de materia prima y mano de obra. Paso seguido, realizando el modelado y análisis por el método de elementos finitos (MEF) mediante el SAP2000, se determinan los perfiles metálicos que satisfacen las condiciones de carga muerta, carga viva, cargas ambientales y sus combinaciones. Finalmente, por medio de los criterios de diseño estructural fundame11tadc en las especificaciones del AISC, se procede con el diseño de las conexiones metálicas que pueden ser empernadas y/o soldadas. La implementación de una estructura metálica en voladizo al ingreso de un túnel vial se justifica cuando no se cuenta con espacio suficiente para la instalación de otras estructuras metálicas convencionales. El costo por unidad de peso de la estructura metálica en voladizo es de US$ 3.1/Kg lo que representa un precio adecuado, considerando que están incluido, la materia prima, mano de obra, gastos, y el transporte a obra.

In the present thesis a design and calculation procedure is established for a cantilevered metal structure attached to the entrance of the road tunnel, which is used to provide support to cable trays and traffic management equipment, in this way it is achieved that these elements are implemented in a safe way and get the maximum use of the available space in the front of the road tunnel. In the first place, the preliminary design of the cantilevered metal structure is cietermined, which is made up of components that provide support for cable trays and traffic management equipment, as well as an access ladder and upper platform; then dispensing with components that do not provide significant resistance and increasing the distance between the support components, it reduces the amount of raw material and labor. Next, modeling and analysis by the finite element method (FEM) using the SAP2000, determine the metal profiles that satisfy the conditions of dead load, live load, environmental loads and their combinations. Finally, through the structural design criteria based on the AISC specifications, we proceed with the design of the metallic connections that can be bolted and / or welded. The implementation of a cantilevered metal structure at the entrance of a road tunnel is justified when there is not enough space for the installation of other conventional metal structures. The cost per unit weight of the cantilevered metal structure is US $ 3.1 / Kg which represents an adequate price, considering that raw material, labor, expenses, and transportation tü work are included.