UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRESFACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA CIVILHORMIGON ARMADO IICIV - 210DISEO AL VIENTO DE EDIFICIOSIntegrantes:ORIAS SALAS FELIX OMARROJAS CORNEJO ROLY IVAN

INTRODUCCIONEl Viento es una Carga dinmica (que vara en el tiempo) con una determinada direccin e intensidad.Calculo Esttico (perodo de oscilacin del edificio es < 1 seg) ANALISIS:Calculo Dinmico (Para edificios muy altos y esbeltos) CALCULO ESTATICO CONSIDERACIONES GENERALES: La presin dinmica producida por el viento es mxima en el centro de la fachada por simetra, este se llama punto de obstruccin y va disminuyendo en los bordes.

Para el clculo se considera el viento en direccin horizontal y aplicado en el plano medio de la fachada. El conjunto se comporta como una mnsula empotrada en el suelo El viento, al encontrarse con la construccin produce un momento volcador, que aumenta con la velocidad y la superficie expuesta ( a mayor velocidad de viento y ms superficie, mayor momento volcador).

Por lo tanto EL EDIFICIO ES UNA MENSULA QUE EST SOMETIDA A FLEXION. La primera verificacin es asegurarse la posibilidad de materializar el empotramiento de esa mnsula en el suelo; esto es fundaciones y suelos aptos. VERIFICACIONES: VERIFICACION AL VOLCAMIENTO

Mv: suma de los momentos producidos por las cargas de viento concentradas, aplicadas en cada nivel, con respecto al plano fundacional.W: carga de viento Me: que es el peso propio del edificio Pp por la distancia entre su recta de accin y el punto de giro a. TENSION ADMISIBLE DEL TERRENO

Donde:Para poder disear y calcular esta tipologa y elementos estructurales debemos conocer la intensidad de la carga actuante (W) , y sus efectos en las construcciones (Momento volcador y corte)

RIGIDEZ ZONA: (Santa Cruz = 170 Km/h Oruro = 190 Km/h)

LO IMPORTANTE ES SABER CUALES SON LOS FACTORES A TENER EN CUENTA PARA DETERMINAR LA CARGA DE VIENTO, PUES ESTO INFLUIR EN EL DISEO. DESTINO (cp = coeficiente de velocidad probable)El viento, como carga dinmica, como masa de aire en movimiento, es una fuerza con una velocidad y direccin como hemos dicho, lo cual al chocarse con la fachada del edificio se transforma en una presin la cual es mxima cuando acta perpendicular a la fachada y en su eje de simetra; este punto se llama punto de obstruccin (o) en un nivel considerado.

ALTURA: (>altura >ancho de fachado ; entonces ; mayor carga de viento) ENTORNO: (diferencia entre La Paz y El Alto) FORMA: (a, b, h; que pueden disminuirse- rgido, homogneo, a o b o c >20 m Qz ) ESBELTEZ ORIENTACION, TEXTURA: edificio est expuesta a Barlovento , frontal al viento (presin) o a Sotavento (succin)

ACCIONES UNITARIAS

Hasta ahora tenemos una carga distribuida por unidad de superficie de fachada expuesta. Es decir que se ha reemplazado la carga dinmica por la carga esttica equivalente= Kn/m2 que est actuando a nivel de cada entrepiso.FINALMENTE VERIFICAMOS EL VOLCAMIENTO PARA SEGUIR CON EL CALCULOUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRESFACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEO Y URBANISMOCARRERA DE ARQUITECTURAESTRUCTURAS IIITema: EDIFICIOS EN ALTURA ACCION DEL VIENTONota. Comprende las estructuras poco sensibles a las rfagas y a los efectos dinmicos de viento. Incluye las construcciones cerradas techadas con sistemas de cubierta rgidos; es decir, que sean capaces de resistir las cargas debidas a viento sin que vare esencialmente su geometra. Se excluyen las construcciones en que la relacin entre altura y dimensin menor en planta es mayor que 5 o cuyo perodo natural de vibracin excede de 1 segundo. Se excluyen tambin las cubiertas flexibles, como las de tipo colgante, a menos que por la adopcin de una geometra adecuada, la aplicacin de pre esfuerzo u otra medida, se logre limitar la respuesta estructural dinmica.

ACCION DINAMICA DEL VIENTO

ACCION DINAMICA DEL VIENTOLa turbulencia del viento produce excitaciones dinmicas sobre la construccin. Algunas de ellas son mas sensibles a esta accin dinmica y es necesario en esos casos tenerla en cuenta en el proyecto estructural. La respuesta de la construccin depender de su forma, de los materiales, de su frecuencia fundamental de vibracin y del amortiguamiento.En general la accin dinmica del viento puede ser originada por una de las siguientes causas:1) Vrtices de Karman:2) Vibraciones auto inducidas3) Golpe o martilleo (buffeting)4) Galope5) Agitacin (flutter)6) Oscilacin por la energa contenida en las rfagasACCION DINAMICA DEL VIENTO1) Vortices de Karman:En construcciones cilndricas, tales como chimeneas, etc., segun la velocidad del viento, puede haber un desprendimiento alternado de vortices (Figura). Estos provocan fuerzas periodicas que pueden originar vibraciones transversales del edificio. La frecuencia de desprendimiento de los vortices es funcion de la forma y de las dimensiones de la construccion, de la velocidad del viento y del numero de Reynolds, y puede estimarse con la formula:

ACCION DINAMICA DEL VIENTOsiendo V la velocidad del viento, L una longitud caracterstica del problema, que en este caso puede ser el diametro de la construccion cilndrica, y S el denominado numero de Strouhal. Este numero depende de la forma de la construccion, del numero de Reynolds, de las caractersticas de turbulencia del flujo y del movimiento de oscilacion de la construccion. Para un cilindro empotrado en su base, S = 0.20 independientemente del numero de Reynolds. Hay una velocidad crtica que provoca resonancia:

donde fn es la frecuencia natural de la construccion.ACCION DINAMICA DEL VIENTO6) Oscilacin por la energa contenida en las rfagas:Las rfagas de viento pueden influir en los fenmenos descriptos anteriormente, pero tambin pueden producir directamente vibraciones en las construcciones. Un procedimiento simplificado para su consideracin fue introducido por Davenport (1966) adoptando un factor de rfaga F y calculando la presin de clculo p como:

Siendo la presin esttica de clculo.Solamente precisan ser verificadas dinmicamente las construcciones que tienen un perodo fundamental de vibracin mayor que 1 segundo y un amortiguamiento menor que 1% del amortiguamiento crtico. En ese caso hay dos posibilidades:

ACCION DINAMICA DEL VIENTOSi el perodo fundamental est comprendido entre 1 y 2 segundos, y la altura del edificio no es mayor que 100 metros. En ese caso basta con calcular el factor de rfagay mayorar la presin esttica como se indic arriba.Si el perodo es superior a 2 segundos deben aplicarse otros procedimientos El clculo del perodo fundamental para edificios puede realizarse mediante frmulas empricas como las siguientes:

ACCION DINAMICA DEL VIENTOPara edificios con estructura constituida por tabiques de mampostera

donde T es el perodo en segundos, L es la longitud del edificio en planta en la direccin del viento, expresada en metros, y h es la altura del mismo, en metros.Para edificios con estructura constituida por tabiques de hormign armado

Para edificios con estructura constituida por prticos de hormign armado

DETERMINACION DE LA CARGA DE VIENTO SEGUN EL CIRSOC 102 (NORMA ARGENTINA)

Esquema del procedimiento de calculo

Tabla 1. Valores de la velocidad de referencia para las capitales provinciales y algunas ciudades.

Tabla 2. Valores lmite de la Probabilidad Pm , del Perodo de vida m , y del coeficiente cp para los distintos grupos de construcciones.

Tabla 3. Tipos de rugosidad y valores del parmetro zo,i para cada tipo.

Tabla 4. Valores del coeficiente adimensional cz .

Tabla 5. Coeficiente de reduccin por dimensiones c d .

EJEMPLO 1Calcular las fuerzas actuantes generadas por el viento y disear la estructura resistente para un edificio destinado a oficinas, de 15 pisos, ubicado en la ciudad de La Plata.

EJEMPLO 1Clculo de la velocidad de referencia b. (de tabla 1). Para La Plata, b= 28 m/s.Clculo de Cp. (de tabla 2), segn el destino (oficinas) Cp=1.65Clculo de Vo. Velocidad bsica de diseo.Vo= b . Cp = 1.65 . m/s = 46.2 m/sClculo de la presin dinmica bsica Qo.Qo= 0.613 . (Vo) = 0.613 . (46.2) = 130.84 kg/mClculo de la presin dinmica de clculo Qz.Qz= Cd . Cz . Qoa). Cd es un coeficiente adimensional que tiene en cuenta las dimensiones del edificio. Depende de:1) Rugosidad: (de tabla 3), para ubicacin cntrica, rugosidad IV.2) Relacin alto/ancho del edificio b/h.b/h = 40/45 = 0.88 13) Relacin entre la altura h y la velocidad bsica Vo.h/Vo = 45/46.2 = 0.97 1Con estos valores entrando a la tabla 3 se obtiene Cd= 0.77EJEMPLO 1b). Cz es un coeficiente que da la variacin de la presin con la altura. De tabla 5 para rugosidad tipo IV. Entonces se obtiene la siguiente tabla:

El coeficiente C resultante en la direccin del viento surge de sumar 0.8 de presin con 0.4 de succin.C= 0.8 + 0.4 = 1.2

EJEMPLO 1Multiplicando C por Qz se obtienen las acciones unitarias W= C.Qz como se puede ver en la figura siguiente.

EJEMPLO 1Con estos valores podemos obtener las cargas que resultan de multiplicar W por la superficie de influencia.H1= 36.02 x 1040 = 14410 kgH2= 54.52 x 1040 = 21810 kgH3= 67.21 x 1040 = 26884 kgH4= 77.00 x 1040 = 30800 kgH5= 84.98 x 1040 = 16996 kgHT= H1 + H2 + . . . . . +H5 = 110980 kg 111 tPor suma de momentos respecto al piso determinamos a qu altura X se ubica HT.

EJEMPLO 1DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS HORIZONTALES.Si adoptamos para absorber HT un diseo estructural como el siguiente:

Tabique 1

Tabique 2

Jt= J1 + J2 = 0.425 m4R1= J1/Jt = 0.3125/0.425 = 0.735 (73.5%)R2= J2/Jt = 0.1125/0.425 = 0.265 (26.5%)Control R1 + R2 = 1H1= R1.HT= 0.735 x 111 t = 81.58 tH2= R2.HT= 0.265 x 111 t = 29.41 tCon estos valores calculamos solicitaciones en los tabiques y dimensionamos a la flexin compuesta.

EJEMPLO 1Supongamos que se funda a 5.00 m, el momento flector a dicho nivel ser:Tabique 1:M1=H1.(X+5m)= 81.58 x (25.9 + 5)= 81.58 x 30.90= 2520 t-mTabique 2:M2=H2.(X+5m)= 29.41 x (25.9 + 5)= 29.41 x 30.90= 908.77 t-mM1= 2520 t-mM2= 908.77 t-mEl esfuerzo axil N surge del estudio de las cargas verticales, peso propio, sobrecarga, etc.EJEMPLO 2Dimensionar un sistema de tabiques contraviento para un edificio de 1 planta baja y 29 pisos altos, sobre un area de 12x30 mAltura total:2.80m/piso x 30 pisos = 84 mSolicitacin de compresin en tabique:

EJEMPLO 2

Obtenindose as los diagramas de Momentos y Normales.EJEMPLO 2

Con los valores obtenidos diseando a flexion compuesta, se tieneBIBLIOGRAFIA Reglamento Cirsoc 102

Engineering for Arquitecture Robert E Fischer Ed. McGraw Hill Book Company. 1980

Techniques of successful practice for architects and engineers. William B. Foxhall. Ed. MacGraw- Hill Book Company 1980

Diseo Estructural en Arquitectura. Salvadori y Levy. Ed.CECSA Bs.As.

High- Rise Building Structures. W.Scheuller. John Willey & sons.

www.l.union.edu/merkeld/ citicorp.html Normas y Especificaciones para estudios proyectos construccin e instalaciones. Volumen 4 SEGURIDAD ESTRUCTURAL TOMO III DISEO POR VIENTO. 2011