EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

13
Página 1 de 13 EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS EN TUNEL DE VIENTO CONSIDERANDO EL MODELO AISLADO Y CON EL CONTORNO CIRCUNDANTE De Bortoli, Mario E. 1 ; Marighetti, Jorge O. 2 ; Wittwer, Adrián R. 2 ; Udrizar Lezcano, María S. 2 1 Ingeniero Civil 2 Ingeniero Mecánico Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional del Nordeste. [email protected] RESUMEN En estructuras de cierta magnitud con fachadas superficiales de curtain wall es relevante analizar las máximas cargas localizadas de viento, usualmente provocadas por ráfagas de corta duración. Estas cargas no es previsto por el método de valoración de cargas cuasi-estático, procedimiento utilizado generalmente por normas y códigos de viento. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en ensayos realizados en el Túnel de Viento de la UNNE sobre un modelo reducido en escala 1/200 de un edificio solicitados por MNS S. A. Se determinaron los valores medios, máximos, mínimos y desvío estándar de los coeficientes de presión local y cargas globales. Para analizar la influencia del entorno inmediato se realizaron los ensayos considerando el efecto de vecindad por el entorno edilicio y luego considerando el modelo aislado. ABSTRACT Wind superficial loads of short duration must be analyzed on load determination in high rise building with curtain wall outer covering. Usually highest local wind loads are associated with short duration fluctuations and small tributary areas, whose values are not contemplated in the quasi-static method, procedure used in wind codes. The results obtained from studies in the Universidad Nacional del Nordeste wind tunnel requested by MNS S. A. are presented. The tests were realized using a 1/200 scale model of the 85 m height building. Local mean, maximum and minimum and standard deviation pressure coefficients are determinate, then global loads are calculated. Aerodynamic details were reproduced in the building model. Local pressure measurements on the tower were realized considering the effect of vicinity and them with isolated model.

Transcript of EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Page 1: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 1 de 13

EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE

ENSAYOS EN TUNEL DE VIENTO CONSIDERANDO EL MODELO

AISLADO Y CON EL CONTORNO CIRCUNDANTE

De Bortoli, Mario E.1; Marighetti, Jorge O.2; Wittwer, Adrián R.2; Udrizar Lezcano, María S.2

1Ingeniero Civil 2Ingeniero Mecánico

Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional del Nordeste. [email protected]

RESUMEN

En estructuras de cierta magnitud con fachadas superficiales de curtain wall es relevante analizar las máximas cargas localizadas de viento, usualmente provocadas por ráfagas de corta duración. Estas cargas no es previsto por el método de valoración de cargas cuasi-estático, procedimiento utilizado generalmente por normas y códigos de viento.

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en ensayos realizados en el Túnel de Viento de la UNNE sobre un modelo reducido en escala 1/200 de un edificio solicitados por MNS S. A. Se determinaron los valores medios, máximos, mínimos y desvío estándar de los coeficientes de presión local y cargas globales. Para analizar la influencia del entorno inmediato se realizaron los ensayos considerando el efecto de vecindad por el entorno edilicio y luego considerando el modelo aislado.

ABSTRACT

Wind superficial loads of short duration must be analyzed on load determination in high rise building with curtain wall outer covering. Usually highest local wind loads are associated with short duration fluctuations and small tributary areas, whose values are not contemplated in the quasi-static method, procedure used in wind codes.

The results obtained from studies in the Universidad Nacional del Nordeste wind tunnel requested by MNS S. A. are presented. The tests were realized using a 1/200 scale model of the 85 m height building. Local mean, maximum and minimum and standard deviation pressure coefficients are determinate, then global loads are calculated.

Aerodynamic details were reproduced in the building model. Local pressure measurements on the tower were realized considering the effect of vicinity and them with isolated model.

Page 2: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 2 de 13

INTRODUCCIÓN

Desarrollos y optimización de métodos de cálculo, utilización de materiales cada vez más sofisticados y nuevas tecnologías en estructuras civiles, provocó el diseño y la construcción de estructuras cada vez altas y livianas. En este sentido para cubrir amplias superficies en las fachadas de edificios se diseñaron elementos estructurales livianos denominados curtain wall. Estas características adicionadas a que la función es recubrir la superficie externa de la estructura en toda su altura, para el dimensionamiento de este tipo de elemento en edificios altos es relevante analizar las máximas cargas localizadas de viento, usualmente provocadas por ráfagas de corta duración. Estas cargas no son previstas por el método de valoración de cargas cuasi-estático, procedimiento utilizado generalmente por normas y códigos de viento.

El Reglamento Argentino de Acción del Viento Sobre las Construcciones CIRSOC 102 (2001) especifica condiciones donde en función del tipo de estructura es necesario determinar las cargas mediante un ensayo con modelo reducido en túnel de viento de baja velocidad.

Para que los resultados obtenidos en los túneles de viento puedan ser utilizados para extrapolar a prototipos es necesario reproducir en escala los detalles geométricos relevantes desde un punto de vista aerodinámico de la estructura y la variación en altura de las velocidades medias y fluctuantes del viento similar a las que estará expuesta la estructura. El Capítulo 6 del Reglamento enumera las condiciones mínimas a cumplir en los ensayos en túnel de viento con modelos reducidos.

El presente estudio fue realizado por el Laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) para determinar las acciones provocadas por viento atmosférico sobre una torre a construirse en la ciudad de Posadas, provincia de Misiones, mediante análisis experimental en túnel de viento sobre un modelo a escala reducida. Se reprodujo el entorno edilicio para considerar el efecto de vecindad y se determinaron los coeficientes de presión local y coeficientes de fuerza global para 24 direcciones de viento incidente. Para analizar la influencia del entorno, se analizó la misma estructura considerada aislada para doce direcciones de viento incidente respectivamente.

SIMULACIÓN DE CAPA LÍMITE EN EL TUNEL DE VIENTO

El túnel “Jacek P. Gorecki” de la UNNE es un túnel de capa límite de circuito abierto, con una cámara de ensayo de 2,4 m de ancho × 1,8 m de alto × 22,8 m de largo (Wittwer and Möller, 2000). Para obtener escalas de simulación adecuadas para su utilización en el área estructural, la técnica de simulación de la capa límite atmosférica utilizada se corresponde con los métodos de rugosidad, barrera y dispositivo de mezcla (Cook, 1978). Al inicio de la cámara de ensayos se ubican dos las barreras y generadores de vorticidad del tipo de Counihan (Cook, 1982) para

Page 3: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 3 de 13

generar un déficit inicial de cantidad de movimiento y distribuirlo en altura para obtener características semejantes a las atmosféricas y posteriormente se colocan en el piso la rugosidad superficial (Figura 1). Una discusión más detallada de estas simulaciones puede ser encontrada en la referencia De Bortoli et. al. (2002).

Figura 1. Equipamiento de simulación de viento natural.

La Figura 2 muestra las principales características del escurrimiento incidente utilizado en estos ensayos; perfil de velocidades medias y perfil de intensidad turbulencia.

Figura 2. Perfiles de velocidad media e intensidad de turbulencia.

Los reglamentos de viento clasifican al flujo atmosférico en función de la rugosidad superficial, que para el caso de referencia el lugar donde será construida la estructura se corresponde a la categoría de terreno suburbano. El reglamento CIRSOC 102 adopta como valor característico de los distintos tipos de terreno, el exponente de la ley potencial de velocidades medias, n. El escurrimiento se puede asociar al de una zona suburbana (n = 0,21).

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

5 10 15 20 25 30

Velocidades Ajuste

C1723 Veloc idades (m/s)

Alt.

Adi

m.

(Hi/H

t)

0

50

100

150

200

250

300

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

IT ExpC1723 I.T .Exp.C1723-30 IT EpC172330 IT Cook0.3 I.T .Cook0.9

I .T. E xp. y Téor. Norm.

Altu

ras

(m)

Page 4: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

DESCRIPCION DEL MODELO UTILIZADO

Se construyó un modelo rígido reducido del edificiouna distancia aproximada de de 2,5 veces la altura artificial, en escala geométricaatmosférico simulado en el túnel (Cook, 1977/1978), reproduciéndose los detalles de relevancia aerodinámica y los edificios cercanos. En Figura reproducción del entorno inmediato y el modelo considerado aislado. En Figura 4 se indican la orientación de los ejes de referencia, la dirección de viento incidente correspondiente a 0º y el sentido de giro para las sucesivas rotaciones deque determinan las 24 y 12 direcciones de viento analizadas para el modelo considerando el entorno y aislado respectivamente.

Figura 3. Modelo del edificio con el entorno inmediato y aislado en el túnel de viento.

Figura 4. Ejes de referencia

DESCRIPCION DEL MODELO UTILIZADO

Se construyó un modelo rígido reducido del edificio-torre, reproduciendo hasta una distancia aproximada de de 2,5 veces la altura de la torre el entorno natural y artificial, en escala geométrica de 1:200, compatible con la escala del viento atmosférico simulado en el túnel (Cook, 1977/1978), reproduciéndose los detalles de relevancia aerodinámica y los edificios cercanos. En Figura 3 se muestra la reproducción del entorno inmediato y el modelo considerado aislado. En Figura 4 se indican la orientación de los ejes de referencia, la dirección de viento incidente correspondiente a 0º y el sentido de giro para las sucesivas rotaciones deque determinan las 24 y 12 direcciones de viento analizadas para el modelo considerando el entorno y aislado respectivamente.

Figura 3. Modelo del edificio con el entorno inmediato y aislado en el túnel de

4. Ejes de referencia y ángulo de dirección viento incidente

Página 4 de 13

torre, reproduciendo hasta de la torre el entorno natural y

compatible con la escala del viento atmosférico simulado en el túnel (Cook, 1977/1978), reproduciéndose los detalles de

3 se muestra la reproducción del entorno inmediato y el modelo considerado aislado. En Figura 4 se indican la orientación de los ejes de referencia, la dirección de viento incidente correspondiente a 0º y el sentido de giro para las sucesivas rotaciones de 15º y 30º que determinan las 24 y 12 direcciones de viento analizadas para el modelo

Figura 3. Modelo del edificio con el entorno inmediato y aislado en el túnel de

dirección viento incidente.

Page 5: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

ARREGLOS EXPERIMENTALES

Las velocidades medias en el túnel de viento se con tubos de Pitotmicromanómetro, tipo Betz. En los ensayos se registraron la velocidad del escurrimiento medio en condición no perturbada a barlovento del modelo, en correspondencia con su altura máxima, para obtener la presión dinámica de referencia, qz. Para la medición de las velocidades fluctuantes se utilizó un anemómetro de hilo caliente Dantec 56C con una pComputer Board PCI-DAS 1602/16 y para caracterizar el escurrimiento incidente se obtuvieron la intensidad de turbulencia y espectro de potencia procesados con un software desarrollado en este laboratorio.

Las tomas se ubican en las áreas expuestas directamente conforman el Grupo A, asociadas al análisis de cargas globales, sobre las fachadas I, II, III y IV respectivamente. En se muestran las fachadas I, II, III y IV con la correspondiente La distribución de las tomas de presióperimetralmente considerando ocho niveles de altura respecto al piso.

Figura 5. Ubicación de tomas de presión en fachadas I y II (Grupo A).

ARREGLOS EXPERIMENTALES

Las velocidades medias en el túnel de viento se con tubos de Pitotmicromanómetro, tipo Betz. En los ensayos se registraron la velocidad del

en condición no perturbada a barlovento del modelo, en correspondencia con su altura máxima, para obtener la presión dinámica de referencia, qz. Para la medición de las velocidades fluctuantes se utilizó un anemómetro de hilo caliente Dantec 56C con una placa de adquisición de datos

DAS 1602/16 y para caracterizar el escurrimiento incidente se obtuvieron la intensidad de turbulencia y espectro de potencia procesados con un software desarrollado en este laboratorio.

n las áreas expuestas directamente conforman el Grupo A, asociadas al análisis de cargas globales, sobre las fachadas I, II, III y IV respectivamente. En se muestran las fachadas I, II, III y IV con la correspondiente La distribución de las tomas de presión se muestran en las figuras 5 y 6, distribuidas perimetralmente considerando ocho niveles de altura respecto al piso.

Ubicación de tomas de presión en fachadas I y II (Grupo A).

Página 5 de 13

Las velocidades medias en el túnel de viento se con tubos de Pitot-Prandtl y micromanómetro, tipo Betz. En los ensayos se registraron la velocidad del

en condición no perturbada a barlovento del modelo, en correspondencia con su altura máxima, para obtener la presión dinámica de referencia, qz. Para la medición de las velocidades fluctuantes se utilizó un

laca de adquisición de datos DAS 1602/16 y para caracterizar el escurrimiento incidente se

obtuvieron la intensidad de turbulencia y espectro de potencia procesados con un

n las áreas expuestas directamente conforman el Grupo A, asociadas al análisis de cargas globales, sobre las fachadas I, II, III y IV respectivamente. En se muestran las fachadas I, II, III y IV con la correspondiente La

n se muestran en las figuras 5 y 6, distribuidas perimetralmente considerando ocho niveles de altura respecto al piso.

Ubicación de tomas de presión en fachadas I y II (Grupo A).

Page 6: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Los registros de presiones fluctuantes de las tomas de superficie de la torre, fueron obtenidos mediante un sistema de medición de presiones simultáneas scanivalve de 128 canales.

El criterio utilizado para la disposición de las tomas de presión sobre la superficie del modelo reducido considera aspectos aerodinámicos, geométricos y de diseño estructural. De esta manera se definieron cuatro tipos de arreglos según su localización y su relevancia en el análisis de cargas de viento local, global y para la prevención de efectos aerodinámic

Figura 6. Ubicación de tomas de presión en fachadas III y IV (Grupo A).

Para evaluar el efecto sobre los elementos de carpintería en balcones abiertos, Grupo B, se instrumentaron tres tomas de presión en tres balcones parte superior, inferior e intermedia considerados los más relevantes dese un punto de vista aerodinámico (Figura 7).

Los registros de presiones fluctuantes de las tomas de presión ubicadas sobre la superficie de la torre, fueron obtenidos mediante un sistema de medición de presiones simultáneas scanivalve de 128 canales.

El criterio utilizado para la disposición de las tomas de presión sobre la superficie considera aspectos aerodinámicos, geométricos y de diseño

estructural. De esta manera se definieron cuatro tipos de arreglos según su localización y su relevancia en el análisis de cargas de viento local, global y para la prevención de efectos aerodinámicos localizados de viento.

6. Ubicación de tomas de presión en fachadas III y IV (Grupo A).

Para evaluar el efecto sobre los elementos de carpintería en balcones abiertos, Grupo B, se instrumentaron tres tomas de presión en tres balcones parte superior, inferior e intermedia considerados los más relevantes dese un punto de vista aerodinámico (Figura 7).

Página 6 de 13

presión ubicadas sobre la superficie de la torre, fueron obtenidos mediante un sistema de medición de

El criterio utilizado para la disposición de las tomas de presión sobre la superficie considera aspectos aerodinámicos, geométricos y de diseño

estructural. De esta manera se definieron cuatro tipos de arreglos según su localización y su relevancia en el análisis de cargas de viento local, global y para la

6. Ubicación de tomas de presión en fachadas III y IV (Grupo A).

Para evaluar el efecto sobre los elementos de carpintería en balcones abiertos, Grupo B, se instrumentaron tres tomas de presión en tres balcones ubicados en la parte superior, inferior e intermedia considerados los más relevantes dese un punto

Page 7: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Figura 7. Detalle ubicación de tomas de presión del G

El Piso IV presenta una extensa superficie, donde se ubican las columnas de la estructura principal, susceptibles a ráfagas de viento combinados con escurrimientos medios intensos (efecto Venturi). Esto define el Grupo C cuya disposición de tomas de presión se muestra en Figura

Figura 8. Detalle ubicación de tomas de presión del

En la parte superior del edificio, donde se define en Grupo D, se destina a una zona de esparcimiento, propensa a efectos de ráfagas que pueden alterar las

cación de tomas de presión del Grupo B (balcones).

El Piso IV presenta una extensa superficie, donde se ubican las columnas de la estructura principal, susceptibles a ráfagas de viento combinados con escurrimientos medios intensos (efecto Venturi). Esto define el Grupo C cuya disposición de tomas

Figura 8.

Detalle ubicación de tomas de presión del Grupo C.

En la parte superior del edificio, donde se define en Grupo D, se destina a una zona de esparcimiento, propensa a efectos de ráfagas que pueden alterar las

Página 7 de 13

rupo B (balcones).

El Piso IV presenta una extensa superficie, donde se ubican las columnas de la estructura principal, susceptibles a ráfagas de viento combinados con escurrimientos medios intensos (efecto Venturi). Esto define el Grupo C cuya disposición de tomas

En la parte superior del edificio, donde se define en Grupo D, se destina a una zona de esparcimiento, propensa a efectos de ráfagas que pueden alterar las

Page 8: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

actividades y el nivel de confort previstas en el diseño. Además, el extremo superior de los curtain wall se utilizan como protección local de esta área, requiriendo un análisis estructural de los mismos. En Figura 9 se muestran las tomas de presión del Grupo D que corresponde a la zona de terraza.

Figura 9. Detalle en perspectiva de la ubicación de tomas de presión del Grupo D

COEFICIENTES DE PRESIÓN LOCAL, DE FUERZA Y DE MOME NTO GLOBAL

Coeficientes de presión local

Las mediciones realizadas en ciento veinsuperficies exteriores de la torre determinan los coeficientes de presión local definidos como:

ze q

pe∆=c

Donde,

∆pe: es la diferencia de presión estática exterior entre el punto de medición y la presión estática de referencia.

qz: es la presión dinámica medida a la altura de referencia.

es y el nivel de confort previstas en el diseño. Además, el extremo superior de los curtain wall se utilizan como protección local de esta área, requiriendo un análisis estructural de los mismos. En Figura 9 se muestran las tomas de presión del

corresponde a la zona de terraza.

Figura 9. Detalle en perspectiva de la ubicación de tomas de presión del Grupo D

COEFICIENTES DE PRESIÓN LOCAL, DE FUERZA Y DE MOME NTO GLOBAL

Coeficientes de presión local

Las mediciones realizadas en ciento veinte siete tomas distribuidas sobre las superficies exteriores de la torre determinan los coeficientes de presión local

pe: es la diferencia de presión estática exterior entre el punto de medición y la presión estática de referencia.

: es la presión dinámica medida a la altura de referencia.

Página 8 de 13

es y el nivel de confort previstas en el diseño. Además, el extremo superior de los curtain wall se utilizan como protección local de esta área, requiriendo un análisis estructural de los mismos. En Figura 9 se muestran las tomas de presión del

Figura 9. Detalle en perspectiva de la ubicación de tomas de presión del Grupo D.

COEFICIENTES DE PRESIÓN LOCAL, DE FUERZA Y DE MOME NTO GLOBAL

te siete tomas distribuidas sobre las superficies exteriores de la torre determinan los coeficientes de presión local

(1)

pe: es la diferencia de presión estática exterior entre el punto de medición y la

Page 9: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 9 de 13

En Tabla 1, a modo de ejemplo, se muestra para el modelo analizado con el entorno inmediato, algunos de los coeficientes de presión local medio obtenidos para las direcciones de viento analizadas. De manera similar se generaron tablas para representar los coeficientes de presión local mínimo, máximo y RMS. Para ponderar la influencia del entrono inmediato, se obtuvieron tablas semejantes a las mostradas, para el modelo considerado aislado.

T Dirección de viento incidente (α)

0 15 30 45 -- 285 300 315 330 345

1 -0.61 -0.83 -0.90 -0.80 - 0.10 0.25 -0.10 -0.32 -0.56

2 -0.78 -1.08 -1.09 -1.03 - 0.07 0.22 -0.14 -0.42 -0.69

3 -0.64 -0.91 -0.97 -0.98 - 0.10 0.27 -0.10 -0.37 -0.55

----- ----- ----- ----- ----- - ----- ----- ----- ----- -----

125 0.32 0.26 0.21 0.22 - 0.06 0.10 0.18 0.12 0.16

126 0.29 0.23 0.18 0.19 - 0.05 0.09 0.16 0.10 0.14

127 0.29 0.23 0.17 0.18 -- 0.03 0.07 0.13 0.08 0.11

128 1.00 1.00 1.00 1.00 -- 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

Tabla 1 - Coeficiente de presión local

Para obtener los coeficientes de presión local interna se aplicó la expresión (1) pero considerando la diferencia de la presión interna respecto a la presión estática de referencia. Así, El coeficiente de presión neta o total, c, es la diferencia entre los coeficientes de presión exterior e interior, resulta c=ce – ci.

En Tabla 2 se presenta como ejemplo los valores de los coeficientes de presión en algunas tomas depresión representativas para una dirección de viento incidente considerando el modelo con su entrono y aislado respectivamente.

α Entorno Toma Fachada CP CPMín CPMáx CPRMS 0

Completo 14 I -1.20 -6.54 0.10 0.39 Aislado -0.75 -2.79 -0.19 0.22 Completo 18 IV -1.18 -4.95 0.12 0.41 Aislado -1.05 -5.70 -0.18 0.41 Completo 85 II 0.63 0.42 0.81 0.05 Aislado 0.54 0.21 0.78 0.09 Completo 20 III -0.64 -1.92 0.26 0.22 Aislado -0.62 -2.39 0.24 0.24

Tabla 2 - Coeficiente de presión local para modelo con el entorno y aislado.

Page 10: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 10 de 13

Las tomas de presión 14 y 18 para esta dirección de viento están ubicadas en las fachadas paralelas al escurrimiento medio, quedando expuestas a desprendimientos de capa límite laterales. Para el modelo colocado con el entorno se midieron los mínimos valores negativos y en los máximos se obtuvo un cambio de signo. Esto conlleva a un alto valor de desvío estándar una función sesgada hacia la parte negativa de la función de densidad de probabilidad. Sin embargo para la toma 85 ubicada a barlovento los valores con y sin entorno son aproximadamente similares, con un rango de variación del mismo orden y bajo valor de desvío, estándar, significando una forma de distribución de frecuencia aproximadamente simétrica respecto a la media. Para la toma 20 ubicada en fachada III, a sotavento, el comportamiento es similar a la toma 85 pero sometida a un efecto de succión.

El comportamiento descripto anteriormente se reproduce en la mayor parte de las ubicaciones de las tomas en todas las direcciones analizadas, aunque en algunos casos el entorno produjo alteraciones a esta descripción general.

Coeficientes de fuerza global

La fuerza normal a la superficie de la torre, provocada por la presión estática local en relación a las áreas tributarias superficiales, se proyectaron en los ejes ortogonales X e Y (Figura 4), definidos como:

Rz

xxf Aq

F=C ;

Rz

y

yf Aq

F=C

(2)

Donde,

Fx: componente de la fuerza actuante en la dirección X.

Fy: componente de la fuerza actuante en la dirección Y.

El área de referencia, AR, es definida como el producto entre el ancho de la fachada y la altura total de la fachada I correspondiente al frente de la torre.

Coeficientes de momento de volcamiento

Con las componentes de las fuerzas proyectadas en los ejes X e Y se determinaron los momentos de volcamiento respecto a los ejes respectivos, determinando coeficientes adimensionales de momento de volcamiento para cada dirección de viento incidente, definidos por las siguientes expresiones:

IR

jj

n

1=jjjp

xM HA

hβcosAc

=C

; IR

jj

n

1=jjjp

yM HA

hβsenAc

=C

(3)

Page 11: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 11 de 13

Donde,

F Donde,

n: es el número de tomas de presión de la torre.

cpj: es el coeficiente de presión neta o total correspondiente a la toma j.

Aj: es el área tributaria de la toma j.

βj: ángulo que forma la fuerza normal superficial respecto al eje y positivo en sentido contrario a la ajugas del reloj.

hj: altura de toma de presión j medida desde nivel del suelo.

HI: altura total de la fachada I correspondiente al frente de la torre.

En Tabla 3 se muestran los coeficientes de fuerza y coeficientes de momento de volcamiento para las direcciones de viento analizadas considerando el modelo con el entorno inmediato y el modelo aislado.

α Modelo CFx CFy CMVx CMVy

0 Entorno 0.05 -2.70 0.03 -1.64 Aislado -0.02 -2.69 -0.04 -1.61

15 Entorno 0.28 -2.88 0.19 -1.72

30 Entorno -0.03 -2.74 -0.01 -1.62 Aislado -0.14 -2.45 -0.04 -1.44

45 Entorno -0.67 -2.12 -0.40 -1.30

60 Entorno -0.86 -1.47 -0.53 -0.96 Aislado -0.88 -1.72 -0.51 -0.99

75 Entorno -0.88 -0.61 -0.55 -0.48

90 Entorno -0.86 0.57 -0.53 0.27 Aislado -0.82 0.00 -0.49 -0.01

105 Entorno -0.92 0.76 -0.56 0.44

120 Entorno -0.90 1.40 -0.54 0.85 Aislado -0.90 1.60 -0.52 0.92

135 Entorno -0.61 1.97 -0.36 1.24

150 Entorno -0.20 2.57 -0.08 1.57 Aislado -0.15 2.35 -0.07 1.41

165 Entorno 0.20 2.90 0.17 1.77

180 Entorno 0.03 2.90 0.04 1.76 Aislado 0.04 2.64 -0.01 1.59

195 Entorno -0.18 2.89 -0.12 1.75

210 Entorno 0.29 2.48 0.16 1.55 Aislado 0.15 2.34 0.10 1.40

225 Entorno 0.81 2.10 0.49 1.30

Page 12: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 12 de 13

240 Entorno 0.93 1.35 0.57 0.86 Aislado 0.97 1.55 0.57 0.91

255 Entorno 0.97 0.90 0.61 0.55

270 Entorno 0.84 -0.09 0.54 -0.03 Aislado 0.86 0.08 0.52 0.04

285 Entorno 0.91 -1.48 0.56 -0.87

300 Entorno 0.94 -1.96 0.54 -1.13 Aislado 0.94 -1.64 0.53 -0.96

315 Entorno 0.64 -2.33 0.39 -1.37

330 Entorno 0.06 -2.75 0.04 -1.62 Aislado 0.14 -2.42 0.09 -1.43

345 Entorno -0.14 -2.85 -0.10 -1.69

Tabla 3 - Coeficiente de Fuerza y Momento Global

Del análisis de los coeficientes globales es posible detectar con mayor precisión los efectos generados por el entorno superficial inmediato debido a las mayores escalas geométricas involucradas en las mediciones resultantes.

Como una muestra de este análisis, para viento incidiendo a 0º, los edificios del entorno no participan en la distorsión sobre el viento incidente, generando estados de carga aproximadamente similares al provocado en el modelo aislado. Sin embargo, para las direcciones de 120 y 300º, se verifica una amplificación en valores absolutos de la carga medida sobre el modelo con el entorno (de 1.40 aumenta a -1.96) mientras que permanece aproximadamente constante cuando el modelo esta aislado (1.60 a 1.64). Esto se visualiza con el análisis físico del modelado completo reproducido en escala en los ensayos; así se observa una posible aceleración del flujo medio provocado el estrangulamiento de las líneas de corriente generado por la presencia de edificios ubicados en el entorno.

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos muestran claramente la importancia de realizar ensayos en túnel de viento con modelos reducidos en estructuras con fachadas compuestas por elementos livianos que cubren amplias superficies tipo curtain wall. La reproducción del entorno superficial inmediato adquiere relevancia al analizar las cargas localizadas sobre estos elementos, ya que de otra manera no es posible deducir el comportamiento de las cargas y su magnitud.

En consideración de las cargas globales, con los valores de las cargas y la observación de la localización del entorno respecto a la estructura principal permite conjeturar con menor incertidumbre efectos aerodinámicos probables de ocurrir.

Si bien se obtuvieron valores máximos y mínimos de coeficientes de presión, los mismos no fueron utilizados para determinar valores cuantitativos de carga,

Page 13: EVALUACION DE CARGAS EN UN EDIFICIO MEDIANTE ENSAYOS …

Página 13 de 13

únicamente se los refirió en un análisis cualitativo. Para transformarlos en cargas deberían ser promediadas en diferentes tiempos de duración, ya que solamente representan valores instantáneos, por lo que no pueden ser asociados a un área tributaria. Por este motivo, los registros obtenidos en este ensayo deberían ser previamente promediados en tiempos de ráfaga de uno, cuatro y dieciséis segundos para analizar las cargas por el método cuasi estático.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles, Reglamento CIRSOC 102 (2001): “Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones”, INTI, Bs. As.

Cook, N. J. (1978). “Wind-Tunnel Simulation of the Adiabatic Atmospheric Boundary Layer by Roughness, Barrier and Mixing-Device Methods”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 3, pp. 157-176.

Cook, N. J. (1982). “Simulation techniques for short test-section wind tunnels: roughness, barrier and mixing-device methods”, Wind tunnel Modeling for Civil Engineering Applications, Cambridge university press, pp. 126-136.

Cook, N. J. (1977/1978). “Determination of the Model Scale Factor in Wind-Tunnel Simulations of the Adiabatic Atmospheric Boundary Layer”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 2, pp. 311-321,

De Bortoli, M. E.; Natalini, B.; Paluch, M. J. and Natalini, M. B. (2002). “Part-Depth Wind Tunnel Simulations of the Atmospheric Boundary Layer”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 90, pp. 281-291.

Jensen, M. (1954). “The model law for phenomena in natural wind”, International edition, 2 (4).

Wittwer, A. R. and Möller, S. V. (2000). “Characteristics of the low speed wind tunnel of the UNNE”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 84 (3), pp. 307-320.