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TALLER SOBRE LA ACTUALIZACIÓN DEL REGLAMENTO DE

CONSTRUCCIONES DEL DF

DISEÑO POR VIENTO

Dr. Alberto López López

3 y 4 de Junio de 2005

INDICE

• INTRODUCCIÓN

• FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO

• OBJETIVO

• REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y LA NTC-DISEÑO POR VIENTO DEL RCDF, 2004

• ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE REGIONALIZACIÓN EÓLICA

• REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL D.F.

• NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO

• EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN

INTRODUCCIÓN

Retrato de la edad media, muestra los furiosos dioses del vientoque hacen encallar al héroe griego Eneas delante de la costa

de Cartago.

INTRODUCCIÓN

La “torre de los vientos” de más de 2000 años de edad que se halla al pie de la Acrópolis en Atenas, asigna diferentes dioses del viento a cada uno de los ocho puntos cardinales.

El dios más temido era “Boreas”, muy frío y tormentoso, que soplaba del norte.

Falla del puenteTacoma en los

E.U.A.

INTRODUCCIÓN

FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO

Efecto de la variación de la temperatura con la altura sobre el nivel del mar.


Ejemplo de experimento para demostrar la circulación de la atmósfera como resultado de variaciones de la temperatura


Si las columnas de aire en el experimento anterior representaranlas columnas de aire sobre el ecuador y sobre los polos, se

tiene entonces el proceso de circulación de la atmósfera en latierra.


Atmósfera Desplazamiento

Estados de la atmósfera: estabilidad positiva, inestabilidad y estabilidad neutra. Estos estados generan las condiciones

climáticas y de tormenta en una región.


La rotación de la tierra genera sobre las partículas de aire efectos centrífugos que inducen movimiento.

OBJETIVO

Presentar la metodología actual, los criterios y aplicaciones

relevantes para el diseño de estructuras contra la acción del viento, con base en las nuevas

NTC-2004 del RCDF

ALCANCE DE LA NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO

Se amplían los requisitos de diseño por viento contenidos en el Capítulo VII del Título

Sexto del RCDF-2004.

REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO

ALCANCE DE LA NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO

Se aplicarán los procedimientos indicados conforme a los

criterios generales de diseño especificados en el Título

Sexto del RCDF-2004


TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL

DE LAS CONSTRUCCIONES

CAPÍTULO I GENERALIDADESArt. 139.- Para los efectos de este título las construcciones

se clasifican según su importancia y destino en dos

grupos: A y B


Capítulo III DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

Art. 147.- Toda estructura y cada una de sus partes deben

diseñarse para cumplir con dos requisitos básicos:




I. Tener seguridad adecuada contra la aparición de todo

estado límite de falla posible ante las combinaciones de

acciones más desfavorables que puedan presentarse durante su vida esperada




II. No rebasar ningún estado límite de servicio ante

combinaciones de acciones que corresponden a

condiciones normales de operación




Art. 150.- En el diseño de toda estructura deben tomarse en

cuenta los efectos de las cargas muertas, de las cargas vivas, del sismo y del viento, cuando este

último sea significativo…




Art. 151.- Se considerarán tres categorías de acciones, de

acuerdo con la duración en que obren sobre las estructuras

con su intensidad máxima, las cuales están contenidas en las

Normas correspondientes




NTC SOBRE CRITERIOS Y ACCIONES PARA EL DISEÑO

ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES

2.1 Tipo de acciones, según su duración2. ACCIONES DE DISEÑO

Se consideran tres categorías de acciones:PERMANENTESVARIABLESACCIDENTALES


Art. 153.- La seguridad de una estructura debe verificarse para el

efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad

no despreciable de ocurrir simultáneamente, considerándose

dos categorías de combinaciones que se describen en las Normas.

TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE

LAS CONSTRUCCIONES


NTC SOBRE CRITERIOS Y ACCIONES PARA EL DISEÑO

ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES

2.3 Combinaciones de Acciones

a) Combinaciones de Acciones Permanentes y variables

b) Combinaciones de Acciones Permanentes, variables y

accidentales


ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE

REGIONALIZACIÓN EÓLICA

La pregunta que todo diseñador se hace es la siguiente:

¿Cual es el valor máximo de la velocidad de viento que puedo esperar durante los próximos 20 años de vida útil de mi estructura?

En términos de la probabilidad y la estadística de valores extremos esta frase se puede cambiar como:

¿Cual es la probabilidad, P, de que la máxima velocidad de viento no exceda el valor extremo Vmáx?

ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE REGIONALIZACIÓN EÓLICA

ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE REGIONALIZACIÓN EÓLICA

REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL D.F.

• TACUBAYA (1941-1999)• AEROPUERTO (1968-1990)• CHAPINGO (1961-1989)• PACHUCA (1941-1952)• PUEBLA (1979-1988)• QUERÉTARO (1943-1985)• TLAXCALA (1971-1990)• TOLUCA (1941-1989)• TULANCINGO (1970-1990)

• HANGARES• MERCED• PEDREGAL• PLATEROS

OBSERVATORIOS UTILIZADOS DEL SMN

OBSERVATORIOS UTILIZADOS DEL SISTEMA RAMA

PERIODO 1986 - 1999PERIODO 1941 - 1990

REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL

PERIODO DE RETORNO (Años)SITIO

10 50 200

TACUBAYA 29.72 34.01 37.53

MERCED 28.63 34.46 39.24

AEROPUERTO 31.54 35.77 39.23

HANGARES 32.38 38.00 42.53

CHAPINGO 26.50 30.71 34.20

PACHUCA 32.84 35.98 38.16

PUEBLA 28.11 31.72 34.55

QUERÉTARO 31.87 36.17 39.41

TLAXCALA 25.16 29.24 32.56

TULANCINGO 23.91 28.01 31.38

TOLUCA 24.36 27.22 29.41

VELOCIDADES DE RÁFAGA DEL VIENTO (m/s) PARA DISTINTOS PERIODOS DE RETORNO



Ajuste de velocidades de la estación Hangares a funciones de extremos.


20

30

40

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Periodo de retorno (Años)

Velo

cida

d de

ráfa

ga (m

/s)

TACUBAYA MERCED AEROPUERTO HANGARES


Intervalos de tiempo de medición de las ráfagas.


El Factor de Ráfaga es la relación entre velocidades registradas con diferentes intervalos de promediación.

NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR

VIENTO

NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO2.2 Clasificación de las estructuras

a) TIPO 1. Estructuras poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento

NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO

2.2.1 Según su importancia: A, B y temporales

2.2.2 Según su respuesta al viento:


b) TIPO 2. Estructuras sensibles a las ráfagas de corta duración. Su relación de esbeltez es mayor que cinco o su periodo fundamental mayor que un segundo

c) TIPO 3. Estructuras como las del Tipo 2 en que además, por la forma de su sección transversal, se propicia la generación de vórtices


d) TIPO 4. Estructuras que por su forma o lo largo de sus periodos de vibración presentan problemas aerodinámicos especiales

NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO

3. MÉTODOS SIMPLIFICADO Y ESTÁTICO PARA DISEÑO POR VIENTO


3.1 Determinación de la velocidad de diseño, VD

VD = FTR Fα VR


Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Inciso 3.1 Determinación de la velocidad de diseño, para definir el valor de cada parámetro


0

100

200

300

400

500

600

0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

Factor de variación con la altura

Altu

ra s

obre

el t

erre

no,

z (m

)

NTC-95 NTC-2000

FACTOR DE VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD CON LA ALTURA, TERRENO DE RUGOSIDAD R2, COMPARACIÓN CON NTC-1995


0

100

200

300

400

500

600

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

Factor de variación con la altura

Altu

ra s

obre

el t

erre

no,

z (m

)

NTC-2000 NUEVA ZELANDA ISO 4354

FACTOR DE VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD CON LA ALTURA, TERRENO DE RUGOSIDAD R2, COMPARACIÓN CON REG. INTERN.


3. MÉTODOS SIMPLIFICADO Y ESTÁTICO PARA DISEÑO POR VIENTO


3.2 Determinación de la presión de diseño, pz

pz = 0.048 Cp VD


Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Inciso 3.3 Factores de presión, para definir sus valores


5. EMPUJES DINÁMICOS PARALELOS AL VIENTO


0.143.0 ≥⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++

βSFB

CRgG =

e


=

+PRESIÓN DEL VIENTO

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

t ( se g)

+PRESIÓN DEL VIENTO

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

t ( se g)

…+

PRESIÓN DEL VIENTO

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

t ( se g)


RESPUESTA ANTE CARGA ARMÓNICA


FACTOR DE AMPLIFICACIÓN

0

5

10

0 1

ω/ωn

HRESPUESTA ANTE CARGA ARMÓNICA


RESPUESTA FLUCTUANTE


⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

+=

RgR

gRR

R

R

σσ

1

FACTOR DE RESPUESTADINÁMICA


RESPUESTA FLUCTUANTE


0.143.0 ≥⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++

βSFB

CRgG =

e

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICA EN LA DIRECCIÓN DEL

VIENTO

Revisar las NTC-2004, Inciso 5, para evaluar los factores de esta ecuación.



6. EFECTOS DE VÓRTICES PERIÓDICOS SOBRE ESTRUCTURAS PRISMATICAS


Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Incisos 6 y 7, para definir valores de efectos dinámicos de vórtices y desplazamientos permisibles

EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN


900

300

600

Propiedades geométricas y mecánicas

50.8

A A

Corte A-A

I = 115,338 cm4

w = 311 kg/m

E = 2.04 x 10 kg/cm6 2

Fuerzas con viento normal al plano del anuncio

2502 kg

900

150

40.0 kg/m

FUERZAS APLICANDO LAS NTC-2004



900

Fuerzas con viento paralelo al plano del anuncio

900

150

1338 kg

40.0 kg/m



Fuerzas con viento normal al plano del anuncio

1167 kg

20.3 kg/m900

150

900 4.6 kg/m



900

Fuerzas con viento paralelo al plano del anuncio

20.3 kg/m 900

150

4.6 kg/m

Referencias1) “Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE, Diseño por Viento”, IIE-CFE,

México, 1993.2) "Basis of the Mexican Wind Handbook for the evaluation of the dynamic

response of slender structures", 9th. International Conference on Wind Engineering, New Delhi, India, 1995.

3) "Terrain related parameters for the evaluation of turbulence and their application to the response of transmission structures", 9th. International Conference on Wind Engineering, New Delhi, India, 1995.

4) “Updated regional gust wind velocities and recommendations for structural design in the Mexico City Valley”, First American Conference of Wind Engineering, Clemenson, N.C., USA, June, 2001.

5) “Wind design for Mexico: A review of period 1964-2003”, Eleventh International Conference on Wind Engineering, Lubbock, Texas, USA, June, 2003.

PARTICIPANTESINSTITUTO DE INGENIERÍA - UNAMM.C. NEFTALÍ RODRIGUEZ CUEVAS

DR. LUIS ESTEVA MARABOTOINSTITUTO DE INVESTIGACIONES

ELÉCTRICASDR. ALBERTO LÓPEZ LÓPEZM.I. CELSO J. MUÑOZ BLACK

ASESOR EXPERTODR. JORGE SÁNCHEZ SESMA

Gracias por su Participación en el Taller

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