Guia Viento y Sismo-Caesar II

7/29/2019 Guia Viento y Sismo-Caesar II

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Entendiendo las Cargas de Viento y

Sismo en E ui os Verticales

Efectos del Viento y Sismos en Equipos Verticales

Presentado por: Intergraph


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Efectos del Viento y Sismos en Equipos Verticales

Considere un torre tpica

Considerando una Torre Tpica

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Considerando una Torre Tpica

No hay viento ni sismo

Sometida nicamente al peso en cualquier seccin

Produciendo un esfuerzo de compresin axial en las paredes de la coraza

W

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No hay viento ni sismo

Sometida nicamente al peso en cualquier seccin

Produciendo un esfuerzo de compresin axial en las paredes de la coraza

Esfuerzo de compresin = W / rea

Ahora incluimos una fuerza lateral como sta

W

rea

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Ahora tenemos un momento flector alrededor de X-X

W

x x

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W


Ahora tenemos un momento flector alrededor de X-X

Compresin en un lado, tensin en el otro

Qu pasa con el efecto de la presin?

M

x x

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Qu pasa con el efecto de la presin?

Da lugar al esfuerzo de tensin en la pared

El vaco da lugar al esfuerzo de compresin

Entonces hay tres casos de carga bsicos a considerar

1 Peso - compresin W

x

P 2 Momento compresin/tensin M

3 Presin compresin/tensin P

Ahora se puede crear la ecuacin bsica de esfuerzo axial

x

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Primero consideramos el peso W

sta es la ecuacin de esfuerzo (compresin):

= - W / rea de la seccin transversal

- W

Ahora consideramos el esfuerzo de la presin P

t

D

D t

=

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Ahora consideramos el esfuerzo de la presin P

= P x rea Total/ rea de la seccin transversal

Puede ser tensin o compresin

PD+

Finalmente consideramos el momento M

t

D

4t-

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Finalmente consideramos el momento M

= M / Mdulo de Seccin

Existen esfuerzos de compresin y tensin

4M+

Ahora tenemos la ecuacin final completa

t

D

=

D2 t-

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M

w

=- W

D t

PD

4t+-

4M

D2 t

+-

Peso Presin MomentoPeso

P

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=- W

D t

PD

4t+-

4M

D2 t

+-

Peso Presin Momento

Vaco Sin presin

Sin momento

Ahora consideramos el efecto del viento primero mtrico

OperandoPrueba Hidrosttica (PH)

Presin de operacinPresin de PH

Vaco

Momento debido al vientoMomento debido a sismo

Momento debido a la PH

Estos casos de carga existen en cualquier combinacin

Arriba se ven representados 48 casos de carga

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Ahora consideramos el efecto del viento primer mtrico

El viento es aire en movimiento Tiene densidad

Por lo tanto tiene Energa Cintica

v2

2

Las unidades de esta ecuacin resultan en lo siguiente:

kg m2 =

Aire Velocidad v= m/s

m3

sec2

Las unidades se vuelven Newtons / m2 = Pascales

Densidad = 1.226 kg/m

3

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El viento es aire en movimiento Tiene densidad

Por lo tanto tiene Energa Cintica

v2

2

Las unidades de esta ecuacin resultan en lo siguiente:

kg m2 =

m3

sec2

Las unidades se vuelven Newtons / m2 = Pascales

Estas son unidades de Presin De la ecuacin de Bernoulli

Densidad = 1.226 kg/m3

Por lo tanto la presin q = 0.613v2 (Pascales)

11/03/2013 14


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Por lo tanto la presin q = 0.613v2 (Pascales)

Unidades habituales de EUA q = 0.00256v2 psf

mph lbf/ft2lbf/(mph x ft)2

0.00256 x v2 = q

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Ahora veamos el efecto del viento en la torre

D

La fuerza en este elemento es: Presin x rea

F = qDL Momento alrededor de x-x = FL/2

xx

L

Centroide

q

L/2

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La fuerza en este elemento es: Presin x rea


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Aqu estn las fuerzas actuando en la torre

Y aqu estn los momentos actuando en la torre

Ahora examinamos las caractersticas del viento

F1

F2

F3

F4

F5

F6 z

pueden obtener de cualquier seccin

La suma de las fuerzas dan lasismorresistencia base

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Ahora examinamos las caractersticas del viento

Consideremos la altitud y la velocidad del viento

A bajas temperaturas hay friccin del suelo

Edificaciones, Flora, Estructuras etc., frena al viento

Ahora veamos los efectos de un sismo

10m / 30ftDatum

Altitudm/

ft

Velocidad del viento v m/s | mph11/03/2013 19


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Nos interesa el movimiento Horizontal del suelo

No se puede mover as con movimientos repentinos

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Nos interesa el movimiento Horizontal del suelo

No se puede mover as con movimientos repentinos

Se quiere mover as, pero esto es imposible

Esto es lo que realmente pasa

Los elementossuperiores sequieren quedaratrs

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Esto es lo que realmente pasa

Esto produce un momento de flexin en la pared de la coraza

Como respuesta obtenemos un esfuerzo axial

Volvemos a nuestra ecuacin de esfuerzo bsica

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Volvemos a nuestra ecuacin de esfuerzo bsica

=- W

D t

PD

4t+-

4M

D2 t

+-

El momento viene de losefectos de viento y sismo

Consideremos un cdigo particular de viento

Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993

ste es uno de los muchos cdigos de viento que se pueden especificar en

PV Elite

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As es como se introduce la informacin enPV Elite

91.65 Velocidad de viento bsica

Grado

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Velocidad de viento bsica91.65

Exposicin

Edificaciones

Bosques

Expuesto a la costa

Etc.

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ExposicinImportancia

ste es un factor deseguridad que asegura

que la estructura semantendr de pie.

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ExposicinImportanciaRugosidad

La rugosidad aumenta

la resistencia al viento mayores fuerzas deviento.

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ExposicinImportanciaRugosidad

Factor sta es una caractersticade vibracin.

Se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen.

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Esto se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen

Considere una torre que est vibrando as

Despus de un tiempo las vibraciones se detienen

Podemos representar las vibraciones como una onda sinusoidal

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Considere la torre que est vibrando as



Ntese el parmetro exponencial - Parmetro decadente

Tiempo t

Amplitud

Sin(2ft) f = frecuencia Hz

Ae-t

11/03/2013 30


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Considere la torre que est vibrando as



Ntese el parmetro exponencial -Parmetro decadente




Finalmente la ecuacin de vibracin es

x = Ae-t Sin(2ft)

se conoce como el decremento logartmico

sta es la caracterstica decadente de la vibracin

Rugosidad

Factor


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Velocidad de viento bsica


91.65

Rugosidad

Factor


Ahora podemos hacer un ejemplo de clculo

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Ahora podemos hacer un clculo de ejemplo

Consideremos esta torre para hacer el anlisis del faldn

Cabezas 2:1

1.2 X 60 = 72

Dimetro exterior 60

60

120 El multiplicador del dimetro es de 1.2

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1.2 X 60 = 72



z = altura de la torre = 180 in

Por ASCE: Categora de exposicin C

60

12015 ft

180

= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005

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1.2 X 60 = 72





= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005

kZ

= Coeficiente de la Presin por Velocidad

60

12015 ft

180 = 2.28 ( 180 / 10800 )( 2 / 7 )

kZ

= 0.801

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1.2 X 60 = 72





= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005

kZ

= 0.801

60

12015 ft

180

I = 1.0 Factor de Importancia

v = 120 mph Velocidad del Viento

qZ = 0.00256 x kZ x (I x v)2 Ecuacin C1

= 0.00256 x 0.801 x (1.0 x 120)

2

qZ = 29.524 psf Presin del viento

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qZ = 29.524 psf Presin del viento

1.2 X 60 = 72

rea proyectada del faldn

A = 5 ft x 6 ft = 30 ft2

Fuerza del viento en el faldn

60

12015 ft

180

FW = qZ x A

= 29.524 x 30

FW = 885.72 lbf fuerza en el faldn

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Hay que ajustar la fuerza del viento

Necesitamos TZ de la ecuacin C6

TZ = 2.35 x DO0.5 / (z/30)1/

12015 ft

180

60

16.432 ft

= . x . . .

TZ = 0.181

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TZ = 0.181


Necesitamos un Factor de Rfagas

GZ = 0.65 + 3.65TZ Ecuacin C5

= 0.65 + 3.65 x 0.181

GZ = 1.311

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TZ = 0.181


GZ = 1.311

Factor de Forma CF = 0.54

F = FW x TZ x CF

= 885.72 x 0.54 x 1.311

F = 626.6 lbf fuerza en el faldn

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F = 626.6 lbf fuerza en el faldn



Podemos sumar las otras fuerzas

Fuerza Cortante Base Total

FB = 125.7+1251.4+626.6

626.6 lbf

1251.4 lbf

B = . s smorres s enc a ase

2002 lbf11/03/2013 41


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FB = 2002.84 lbfsismorresistencia base

Ahora consideramos el momento en la base

M = 626 x 2.5 + 1251 x 10 + 125 x 15.5

M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf

M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf

626.6 lbf

1251.4 lbf

2.5

10

15.53

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M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf

Recordemos la ecuacin de esfuerzo

=- W

D t

PD

4t+-

4M

D2 t

+-

4M

D2 t

= +-4 x 192375

602 x 0.375= +-

= 184.87 psi

-

11/03/2013 43


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= 184.87 psi-

Aqu est el reporte dePV Elite:

Ahora, para un tema nuevo

Ntese el esfuerzo negativo en el otro lado

Positivo Negativo

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Ahora, para un tema nuevo : Cargas Ssmicas

Movimiento repentino del suelo dos componentes: vertical y horizontal

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Ahora, para un tema nuevo : Cargas Ssmicas

Movimiento repentino del suelo dos componentes: vertical y horizontal

Algunas veces ignoramos el componente vertical

El componente horizontal distorsiona el recipiente

Vertical

Horizontal

Miremos a la ecuacin bsica que aplica11/03/2013 46


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Miremos a la ecuacin bsica que aplica

2da Ley de Newton: fuerza= masa x aceleracin

ste es el resultado para un elemento - Y la reaccin

Ms las fuerzas de todos los elementos de arriba

sta es la base para el anlisis ssmico

Carga ssmica

Aceleracin a

m x a fuerza de reaccin

Ms las otras fuerzas

Los elementos tratan de rotar resultando un esfuerzo axial

Ahora consideramos un clculo de ejemplo11/03/2013 47


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Ahora consideramos un clculo de ejemplo

g aceleracin = 0.4 = 0.4 x 9.8067 m/s2

a aceleracin = 3.9227 m/s2

Carga ssmica

1.5 m

1.5 m

1.5 m Masa 372.839 kg

Masa 372.839 kg

Masa 372.839 kg

11/03/2013 48


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a aceleracin = 3.9227 m/s2


En cada seccin f = m x a = 3.9227 x 372.839

f = 1462.42 Newtons (N) Configure las fuerzas en el modelo

Cambie los brazos de los momentos

Carga ssmica

Masa 372.839 kg

Masa 372.839 kg

Masa 372.839 kg

1462.42 N

1462.42 N

1462.42 N

750

2250

3750

1.5 m

1.5 m

1.5 m

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d


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Momento en la base = 1462.42 (750 + 2250 + 3750)

= 9.875E6 mm-N

Siguiente nivel = 1462.42 (750 + 2250)

= 4.389E6 mm-Nltimo nivel = 1462.42 (750)

= 1.097E6 mm=N

Carga ssmica

Estos son los resultados dePV Elite

750

2250

3750

1462.42 N

1462.42 N

1462.42 N

9.875E6 mm-N

4.389E6 mm-N

1.097E6 mm-N

11/03/2013 50

C id t t i


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Carga ssmica

Utilizando la ecuacin del esfuerzo, calculamos el esfuerzo base

9.875E6 mm-N

4.389E6 mm-N

1.097E6 mm-N

11/03/2013 51

C id t t i C i


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Utilizando la ecuacin del esfuerzo, calculamos el esfuerzo base

=- W

D t

PD

4t+-

4M

D2 t

+-

101010 =

4 x 9.875E6

10102 x 10

+-

Carga ssmica

9.875E6 mm-N

= 1.24 MPa (N/mm2)

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Considere un torre tpica C i


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= 1.24 MPa (N/mm2)


Carga ssmica

Consideramos una carga simple g caso ms simple

ste es el otro lado de la torre

positivo negativo

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Considere un torre tpica Carga ssmica


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Consideramos una carga simple g caso ms simple

Los sismos son ms complejos - veamos

Esto es lo que realmente pasa en un sismo

Carga ssmica

Movimientodelsuelo[in]

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entodelsuelo

[in]

Carga ssmica

Mo

vimi

Pero, todos los sismos son diferentes no hay repeticiones

Estamos forzados a utilizar un mtodo esttico simplificado

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Cdigos probados y aceptados hacen el problema ms fcil

Carga ssmica

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Cdigos probados y aceptados hacen el problema ms fcil

Esto ha sido una breve mirada a las consideraciones de viento y ssmicas

PV Elite tiene como opcin un anlisis de espectro de respuesta que obtiene resultados

Carga ssmica

ms precisos.

Preguntas?

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