ANÁLISIS POR VIENTO DE

Transcripción

1 AVANCES EN LOS ESTUDIOS SOBRE VIENTO QUE SE REALIZAN EN LA REGIÓN ANÁLISIS POR VIENTO DE ESTRUCTURAS DE MEMBRANA Dr. Mauricio Gamboa-Marrufo

2 INTRODUCCIÓN En este seminario se presentan los resultados del proyecto Análisis por viento de estructuras de membrana aprobado por el CONACYT en el marco del programa México-Hungría (NKTH) Se expone el trabajo realizado en la Facultad de Ingeniería de la UADY en una tenso-estructura con geometría común y los resultados obtenidos en la Budapest University of Technology and Economics en la misma.

3 INTRODUCCIÓN Estructura de membrana o Tenso-Estructuras Facilidad de cubrir grandes claros. Ligereza y fácil ensamblaje. Mínimo consumo de materiales. Novedosos y atractivos diseños. El diseño de este tipo de estructuras tendrá que llevarse a cabo mediante las recomendaciones de expertos en la materia y en pruebas de túnel de viento (CFE Viento Ed. 2008) Respuesta dinámica de cubiertas deformables con forma cónica. ( ) Pista de Patinaje en el Parque Olímpico de Munich, Alemania

4 INTRODUCCIÓN La determinación de la carga por viento, específicamente la obtención de los coeficientes de presión a utilizar durante el diseño de estructuras de membrana, es particularmente complicada debido a las geometrías que adoptan las superficies de este tipo de estructuras. En el caso de tenso estructuras con claros extensos las presiones deben obtenerse por medio de experimentos en túneles de viento. En el caso de tenso estructuras más pequeñas, a menudo las presiones se aproximan con base en experimentos anteriores de superficies similares o basándose en las recomendaciones para cubiertas inclinadas proporcionadas en los manuales de diseño.

5 INTRODUCCIÓN La norma europea: EN 13782:2005 (E): Temporary structures, Tents, Safety (Estructuras Temporales, Carpas, Seguridad), recomienda dos condiciones de carga para el diseño de este superficies hiperbólicas. Una que consiste en utilizar en toda la superficie un coeficiente de presión, Cp, de -0.7 y otra en la que la superficie queda sujeta a un Cp de 0.3. En Hungría múltiples estructuras de membrana han sido diseñadas basándose en coeficientes de presión aproximados determinándolos con una función del ángulo entre el vector normal a la superficie y la dirección del viento. La función se proporciona p originalmente para cubiertasplanas. Usualmente los coeficientes de presión se calculan para cada elemento del modelo numérico de la cubierta con base en la funciónmencionadaanteriormente. i i

6 ESTRUCTURAS ANALIZADAS Superficie analizada

7 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Túnel aerodinámico de la FIUADY Acometida, Rectificadores y Mallas Zona de Pruebas Difusor Zona de Contracción 3.0 x 3.0 m 1 x 1 m a D=1.378 m con m de largo Ventilador 1.0 x 1.0 m con 1.5 m de largo D=1.378 m HP Acometida de 3 x 3 m, Zona de pruebas de 1 x 1 x 1.5 m, Ventilador de 125 HP y m de diámetro 3x3ma1x1mcon36mdelargo 3 x 1 m 3.6 m Longitud total t aprox. de 12.5 m, permitiendo velocidades d en la zona de pruebas de 35m/s (126 km/hr)

8 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Modelación Los modelos utilizados fueron construidos de plaster, material rígido y resistente, por medio de una impresora láser 3-D de la Z-Corporation modelo Spectrum z510. De esta manera se obtuvieron modelos con la geometría exacta de las tenso estructuras analizadas.

9 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Modelación La estructura analizada fue construida a escala 1:260 dejando orificios para medir presiones convenientemente distribuidos en la superficie hiperbólica. Las dimensiones del modelo son de 385 mm diagonalmente y 71 mm de altura.

10 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Instrumentación Los orificios para medir presiones se conectaron a un multi-sensor de presiones de 16 canales marca Esterline, modelo 9116 por medio de un sistema de tubos. Multi-sensor de presiones de 16 canales Sistema de tubos para conexión

11 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Coeficientes de presión Todas las presiones obtenidas se presentan en este trabajo como coeficientes de presión, Cp, que se definen como: Cp Lectura de presión ( p) p p 0 = = 1 2 Presión Dinámica de Referencia ( p r ) ρ u 2 r Donde: p 0 es la presión local en la superficie. p es la presión estática del flujo inalterado aplicado al otro lado dldi del diafragma del transductor t de presiones. r es la densidad del aire ur es la velocidad del flujo inalterado en un punto de referencia lejano al punto en que se encuentra el modelo

12 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Experimentación Durante cada experimento el modelo fue sujeto a un flujo de viento laminar. El modelo se localizó en el centro del área de trabajo del túnel de viento a 100 mm de la entrada del flujo de viento al mismo. Localización del modelo en el área de trabajo del túnel de viento

13 OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY Experimentación Cada experimento duro 120 segundos con lecturas de presiones a razón de 2 Hz y se repitió 2 o 3 veces con velocidades de viento de 20 y 25 m/s. La adquisición de datos se realizó para tres direcciones del viento sobre el modelo.

14 COEFICIENTES DE PRESIÓN APROXIMADOS Norma Húngara (Techos planos) El cálculo de los coeficientes de presión, Cp, en la Norma Húngara para techos planos se realiza con la siguiente tabla que se basa en el ángulo entre la dirección del viento y el vector normal entrante a la superficie: α 0<α<30 30 <α<75 75 <α Superficie surface of del the techo roof c p (75 α)/ wind Dirección directiondel viento α normal vector Vector normal of the al roof techo

15 RESULTADOS Cp s Viento Dirección 1 Túnel de viento FIUADY Norma Húngara (Techos planos)

16 RESULTADOS Cp s Viento Dirección 2 Túnel de viento FIUADY Norma Húngara (Techos planos)

17 RESULTADOS Cp s Viento Dirección 3 Túnel de viento FIUADY Norma Húngara (Techos planos)

18 RESULTADOS Fuerzas Internas correspondientes a Cp s Ya que los valores máximos de los coeficientes de presión, Cp, no son suficientes para decidir si un coeficiente de presión aproximado está del lado de la seguridad, las fuerzas internas fueron calculadas con base en los diferentes coeficientes de presión. El análisis de la estructura se realizó por el Método de Relajación Dinámica. Durante el análisis estático la presión dinámica fue de 1 kn/m 2.

19 RESULTADOS Fuerzas Internas correspondientes a Cp s Cables de viento Cables de nieve Fza Max [kn] Fza Min[kN] No Trabajan Fza Max [kn] Fza Min [kn] No Trabajan Estructura Descargada Viento dirección 1, Cp experimental Viento dirección 1, Cp basado en función Viento dirección 2, Cp experimental Viento dirección 2, Cp basado en función Viento dirección 3, Cp experimental Viento direction 3, Cp basado en función Presión constante t Cp = Presión constante Cp =

20 RESULTADOS Fuerzas en cables (kn) Viento Dirección 3 Túnel de viento FIUADY Norma Húngara (Techos planos) Eurocódigo Cp =

21 CONCLUSIONES Los resultados indican que, en el caso de la estructura analizada, el uso de la función aplicada a menudo en Hungría para la determinación de Coeficientes de Presión, así como los dos casos de carga propuestos por la norma europea EN 13782:2005 (E), dan resultados similares a los experimentales. La máxima ái fuerza calculada l con base en los cinco diferentes conjuntos de coeficientes de presión aproximados son cercanos a las fuerzas máximas obtenidas en los tres conjuntos de coeficientes de presión experimentales.

22 GRACIAS!