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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA

ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO

Parte

I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL SECCIÓN DE GRADUADOS

IDEAS BÁSICAS z z z z

z

EL VIENTO TIENE UN PAPEL IMPORTANTE EN LAS CONSTRUCCIONES. SUS ASPECTOS SON POCO FAMILIARES A LOS INGENIEROS. ES TEMA MULTIDISCIPLINARIO DEBE TRATARSE CON LA DEBIDA IMPORTANCIA EN LA CURRÍCULA DE ESTUDIOS. ES NECESARIO CONOCER LAS FUERZAS DEL VIENTO EN LAS ZONAS URBANAS Y RURALES DEL PAIS.

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I

FALLA POR VIENTO DEL PUENTE TACOMA, USA, EN 1935 ( EFECTO DE RESONANCIA)

ARCO DE CELOSÍA - FALLA POR VIENTO ( INVERSIÓN DE ESFUERZOS)

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I

CONTENIDO z z z z z z

DEFINICIONES ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS DE VIENTO NORMAS ASCE 7-98 EJEMPLO DE APLICACIÓN CONCLUSIONES

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I DEFINICIONES z z z z z z z

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

¾VELOCIDAD DEL VIENTO EL MOVIMIENTO DEL AIRE SE DESCRIBE POR SU VECTOR VELOCIDAD. HAY VARIAS DEFINICIONES PARA LA VELOCIDAD DEL VIENTO: • VELOCIDAD PICO (ráfaga de 3 segundos) (ASCE 7-95) • 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. SE MIDE A UNA ALTURA DE 10m EN TERRENO PLANO LIBRE DE OBSTÁCULOS

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾ 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.

¾ VARIACION DEL VIENTO CON LA ALTURA Vz = Vg ( z / zg )1/a

0 < z < zg

Vz = Vg Vz

:

z > zg

VELOCIDAD DEL VIENTO A CUALQUIER ALTURA, kph

Vg :

VELOCIDAD DEL VIENTO GRADIENTE, kph.

z

:

ALTURA ENCIMA DEL SUELO, m.

zg

:

ALTURA GRADIENTE, m.

1/a :

POTENCIA.

kph :

KILÓMETROS POR HORA.

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾TURBULENCIAS 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 MÁS IMPORTANTE EN 0.1Hz QUE EN 1.0Hz.

¾TURBULENCIAS 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: FREC. RÁFAGA =

FREC. DE VIBRACIÓN DE LA ESTRUCTURA

LAS ESTRUCTURAS ESBELTAS SON MÁS SUSCEPTIBLES A SER AFECTADAS POR LAS RÁFAGAS

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾EFECTOS DE LA TOPOGRAFIA LA TOPOGRAFÍA LOCAL INFLUYE SOBRE EL VIENTO. SUS EFECTOS PRINCIPALES SON: AMPLIFICACIONES SOBRE LA CIMA DE CERROS O COLINAS Y “TUNELIZACIÓN” EN LOS VALLES. SE REQUIERE INVESTIGACIÓN LOCAL.

¾ PROBALIDADES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO DAVENPORT PROPONE PARA 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 QUE LA VELOCIDAD SEA EXCEDIDA EN UN INTERVALO MEDIO DE RECURRENCIA. BASADO EN ESTA TEORÍA: • VARGAS, PEÑARANDA Y PONCE: PROPUSIERON MAPA EÓLICO DE LA DISTRIBUCIÓN DE VIENTOS EXTREMOS EN EL PERÚ. (UNI, 1966). • ZAPATA Y ESCALANTE AMPLIARON ESTE ESTUDIO. (UNI, 1987).

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MAPA EÓLICO DE LA DISTRIBUCIÓN DE VIENTOS EXTREMOS EN EL PERÚ (UNI, 1966,87) Isotacas quantiles de 0.02 K.P.H. a 10 m del suelo Periodo de recurrencia :50 años

¾ PROBALIDADES 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 ESTÁ DADA POR LA EXPRESIÓN:

P= 1 - (1-Pa)n Pa : PROBABILIDAD ANUAL DE EXCEDENCIA (RECÍPROCA DEL VALOR MEDIO DE RECURRENCIA) n : VIDA ÚTIL DE LA ESTRUCTURA A MAYOR TIEMPO, MAYOR PROBABILIDAD QUE SE EXCEDA LA VELOCIDAD EXTREMA.

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾ RELACIONES ENTRE VELOCIDAD DE LA MILLA DE VIENTO, VELOCIDAD MEDIA EN UNA HORA Y VELOCIDAD DE RAFAGA DE 3 seg. ASCE-7 HASTA 1993 ACOSTUMBRABA A DEFINIR LA VELOCIDAD DEL VIENTO COMO LA VELOCIDAD DE UNA MILLA DE VIENTO; DESDE 1995 SUS NORMAS SE BASAN AHORA EN LA VELOCIDAD DE RAFAGA MEDIDA EN 3 SEGUNDOS, ELLO 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 seg.

¾ FACTOR DE CONVERSIÓN EN LA VELOCIDAD DEL VIENTO

DE VELOCIDAD MEDIA POR HORA A VELOCIDAD DE RAFAGA DE VIENTO

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾TORMENTAS DE VIENTO SE LLAMAN ASÍ 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. NO SE TRATARÁ ESTE TEMA EN ESTA CONFERENCIA.

ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES z z z

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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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾ INTERACCIÓN VIENTO ESTRUCTURA

TERMINOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN

¾EFECTOS DEL VIENTO

ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾EFECTOS DEL VIENTO

ABERTURAS Y PRESIÓN INTERNA DEL VIENTO

¾EFECTOS DEL VIENTO

EL VIENTO EJERCE PRESIONES SOBRE LAS SUPERFICIES DE LA CONSTRUCCIÓN. PRESIÓN POSITIVA: HACIA LA SUPERFICIE (presión) PRESIÓN NEGATIVA: DESDE LA SUPERFICIE (Succión)

HAY EFECTOS GLOBALES Y LOCALES.

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾ NORMAS PARA CONSIDERAR EL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS ACCIONES DEL VIENTO PARA EL DISEÑO: • PROCEDIMIENTO ANALÍTICO: SE BASA EN RESULTADO DE ESTUDIOS EN MODELOS. • TÚNELES DE VIENTO: INVESTIGACIÓN EN LABORATORIOS CON MODELOS ESTA CONFERENCIA TRATA SOBRE EL PROCEDIMIENTO ANALÍTICO PROPUESTO POR LAS NORMAS ASCE 7-98 MINIMUM DESIGN LOADS FOR BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES, CAP. 6

¾ RELACIÓN ENTRE EL VIENTO Y SUS CORRESPONDIENTES PRESIONES

Presión Presión del por la = viento velocidad estimada del viento en la zona

p

=

q

·

Factor aero dinámico de forma

C

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·

Factor de respuesta dinámica de ráfaga

GRF

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ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES e-Conferencia ICG / M.Sc. LUIS ZAPATA BAGLIETTO Parte I ¾ RELACIÓN ENTRE EL VIENTO Y SUS CORRESPONDIENTES PRESIONES q : PRESIÓN QUE GENERA LA VELOCIDAD DEL VIENTO (N/m2) q = 0.05 K*Kt*I(V)2 K : COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN DE LA ZONA Y DE LA ALTURA Kt: COEFICIENTE DE TOPOGRAFÍA I : FACTOR DE IMPORTANCIA DE LA CONSTRUCCIÓN V : VELOCIDAD BÁSICA DE DISEÑO DEL VIENTO (Km/h)

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