Analisis de Viento
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07/05/2013 1 Ing. Jorge Rosas Espinoza Ingeniero Civil - Universidad Nacional de San Agustin Arequipa – Peru MSc. Earthquake Engineering - University at Buffalo, The State University of New York - USA DISEÑO EN ACERO Y MADERA ACCIONES DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES IDEAS BASICAS El viento cumple un papel importante en las construcciones. Su estudio es poco familiar a los ingenieros en nuestro medio. Es un tema multidisciplinario. Debe tratarse con la debida importancia especialmente en el estudio de armaduras o tijerales de acero o madera. Es necesario conocer las fuerzas del viento en las zonas rurales y urbanas del país.
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07/05/2013
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Ing. Jorge Rosas Espinoza Ingeniero Civil - Universidad Nacional de San Agustin Arequipa – Peru
MSc. Earthquake Engineering - University at Buffalo, The State University of New York - USA
DISEÑO EN ACERO Y
MADERA
ACCIONES DEL VIENTO SOBRE
LAS CONSTRUCCIONES
IDEAS BASICAS
El viento cumple un papel importante en las
construcciones.
Su estudio es poco familiar a los ingenieros en nuestro
medio.
Es un tema multidisciplinario.
Debe tratarse con la debida importancia especialmente
en el estudio de armaduras o tijerales de acero o madera.
Es necesario conocer las fuerzas del viento en las
zonas rurales y urbanas del país.
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Falla por Viento del puente Tacoma USA
en 1935 (Efecto de Resonancia).
ACCIONES EXTREMAS DEL VIENTO
Arco de Celosía – Falla por viento
(Inversión de Esfuerzos).
ACCIONES EXTREMAS DEL VIENTO
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Carga Muerta
+ Carga Viva
Carga Muerta
+ Viento Efectos del
Viento
EFECTOS DEL VIENTO
Definiciones.
Acción del Viento sobre las
Construcciones
Determinación de las cargas de Viento.
Normas ASCE.
Ejemplo de Aplicación.
Conclusiones.
CONTENIDO
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Velocidad del viento.
Variación de la Velocidad del viento con
la altura.
Turbulencias del viento.
Efectos de la Topografía.
Probabilidades en la velocidad del viento.
Probabilidades para la Estructura.
Tormentas de Viento.
DEFINICIONES
VELOCIDAD DEL VIENTO El movimiento del aire se describe por su vector
velocidad.
Existe varias definiciones para la velocidad del
viento.
- Velocidad Pico (Ráfaga de 3 segundos–ASCE7-95).
- Velocidad Media por hora.
- La Mayor Velocidad de una “Milla de Viento”
usada por el U.S. National Weather Service y
adoptada por el American National Standard
ASCE 7-93
El viento se mide a una altura de 10 metros en terreno
plano libre de obstáculos.
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VARIACION DEL VIENTO CON LA
ALTURA
El terreno y las
construcciones retardan el
aire cerca de la superficie.
A cierta altura la
velocidad ya no se altera.
Davenport propuso las
curvas mostradas en la
figura.
VARIACION DEL VIENTO CON LA
ALTURA 1
( )az g
g
zV V
z
z gV V
0 gz z
gz z
:gV
:zV
:Z
:gZ
1:
a
:kph
Velocidad del Viento a cualquier altura (kph).
Velocidad del Viento Gradiente (kph).
Altura encima del suelo (m).
Altura Gradiente (m).
Potencia.
Kilómetros por Hora.
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TURBULENCIAS DEL VIENTO
La velocidad del viento
es fluctuante con el tiempo
(ráfagas).
La fluctuación es
aleatoria por lo que se
estudia en un espectro.
El espectro es mas
importante en 0.1Hz que en
1.0 Hz.
TURBULENCIAS DEL VIENTO
En el análisis dinámico de una estructura flexible sujeta
a cargas de ráfagas, ocurren importantes amplificaciones
dinámicas en la llamada Frecuencia de Resonancia.
Es decir cuando:
Las estructuras esbeltas son mas susceptibles a ser
afectadas por las ráfagas.
. .Frec Rafaga FrecVibracionEstructura
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EFECTOS DE LA TOPOGRAFIA
La topografía local influye sobre el viento y sus efectos
principales son:
o Amplificaciones sobre la cima de cerros o colinas.
o “Tunelización” en los valles.
Algunas veces, para ciertos tipos de estructuras se
requiere una investigación local.
PROBABILIDADES DE LA VELOCIDAD
DEL VIENTO
En el análisis de viento Davenport propone para el diseño
“La Velocidad del viento para una milla de viento anual
extrema”
Se usa la distribución de probabilidad del valor extremo de
Fisher-Tipet II para predecir la probabilidad de que la
velocidad sea excedida en un intervalo medio de recurrencia.
Basado en la siguiente teoría:
o Vargas, Peñaranda y Ponce: propusieron mapa eólico de la
distribución de vientos extremos en el Perú (UNI 1966).
o Zapata y Escalante ampliaron este estudio (UNI 1987).
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MAPA EOLICO DE LA DISTRIBUCION DE
VIENTOS EXTREMOS EN EL PERU
Mapa Eólico de la
Distribución de vientos
Extremos en el Perú.
Isotacas quantiles de 0.02
K.P.H. a 10 metros del
suelo. Periodo de
Recurrencia de 50 años.
PROBABILIDADES PARA LA
ESTRUCTURA
La probabilidad “p” que la velocidad de diseño del viento se
iguale o exceda al menos una vez en la vida útil de la
estructura esta dada por la expresión:
1 1n
aP P
:n
:aP Probabilidad Anual de excedencia (Recíproca del Valor
Medio de Recurrencia).
Vida Útil de la Estructura.
A mayor tiempo mayor probabilidad que se exceda la
velocidad extrema.
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RELACIONES ENTRE LA VELOCIDAD DE LA MILLA DE
VIENTO, VELOCIDAD MEDIA EN UNA HORA Y VELOCIDAD
DE RAFAGA DE 3 seg.
El ASCE hasta 1993 acostumbraba a definir la velocidad de
viento como La velocidad de una Milla de Viento, desde
1995 sus normas se basan ahora en la Velocidad de Ráfaga
medida en 3 Segundos, esto obliga a usar el gráfico
siguiente en el caso que no se tenga un registro de
velocidades pico de una ráfaga de viento de 3 segundos.
FACTOR DE CONVERSION EN LA
VELOCIDAD DE VIENTO
De Velocidad Media por hora a Velocidad de Ráfaga
de Viento
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TORMENTAS DE VIENTO
Se llaman así a aquellos vientos, que ocurren con muy poca
frecuencia en el Perú, y que exceden los registros normales.
Los ingenieros que se especializan en estos vientos,
distinguen que estos vientos son de dos tipos, Los Huracanes
y los Tornados.
Por ser estos fenómenos de muy poca frecuencia en nuestro
medio no se estudiará a profundidad este tema.
ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS
CONSTRUCCIONES
Interacción Viento - Estructura.
Normas para considerar el Viento sobre las Estructuras.
Normas ASCE 7-98, Minimum Design Loads for
Buildings and Other Structures, Cap. 6.
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INTERACCION VIENTO-ESTRUCTURA
EFECTOS DEL VIENTO
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EFECTOS DEL VIENTO
EFECTOS DEL VIENTO
El viento ejerce presiones sobre las superficies de la
construcción.
-Presión Positiva: Hacia la superficie (Presión).
-Presión Negativa: Desde la superficie (Succión)
También se considera la existencia de efectos globales y
efectos locales.
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NORMAS PARA CONSIDERAR EL VIENTO
SOBRE LAS ESTRUCTURAS
Acciones de Viento para el Diseño:
- Procedimiento Analítico: Se basa en resultados de estudios
en modelos.
-Túneles de vientos: Investigación en laboratorios con
modelos a escala.
Estudiaremos el procedimiento analítico propuesto por las
normas ASCE 7-98 Minimum Design Loads for Buildings
and Other Structures, Chapter 6.
RELACION ENTRE EL VIENTO Y SUS
CORRESPONDIENTES PRESIONES
P q C GRF . .
Presión
del
Viento
Estimada
Presión por
la velocidad
del Viento
en la zona
Factor
Aerodinámico
en la zona
Factor de
Respuesta
Dinámica de
ráfaga
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RELACION ENTRE EL VIENTO Y SUS
CORRESPONDIENTES PRESIONES
20.05 * * ( )q K Kt I V
:Kt
:K Coeficiente de Exposición de la zona y de la Altura.
Coeficiente de Topografía.
:I Factor de Importancia de la construcción.
:V Velocidad Básica de diseño del viento (km/h).
:q Presión que genera la velocidad del viento (N/m2).
