diseÑo por viento capitulo3
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Captulo 3
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Captulo 3
Anlisis esttico.
Este captulo esta basado en su gran mayora en el Manual de Diseo por Viento,
publicado por la Comisin Federal de Electricidad, Mxico (CFE), en el ao de 1993.
Los empujes medios que se evalan para el anlisis esttico son aplicables al diseo
de las estructuras pertenecientes al Tipo 1.
3.1 Limitaciones.
El mtodo esttico puede utilizarse para disear estructuras o elementos
estructurales poco sensibles a la accin turbulenta del viento. Esta condicin se satisface
cuando:
a) la relacin H/D 5, en donde H es la altura de la construccin y D e la
dimensin mnima de la base,
b) el periodo fundamental de la estructura es menor o igual que un segundo.
Para el caso de construcciones cerradas, techos aislados, toldos y cubiertas
adyacentes, no es necesario calcular su periodo fundamental cuando se cumplan las
siguientes condiciones:
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a) la altura total de la construccin, H, es menor o igual que 15 metros.
b) la planta de la estructura es rectangular o formada por una combinacin de
rectngulos.
c) La relacin H/D es menor que cuatro para las construcciones cerradas y menor
que uno para techos aislados; para toldos y cubiertas adyacentes en voladizo, el
claro no debe ser mayor a 5 m.1
d) Para construcciones cerradas y techos aislados, la pendiente de sus techos, no
debe exceder los 20, y en techos de claros mltiples deber ser menor que 60;
para toldos y cubiertas adyacentes, la pendiente no ser mayor que 5.
3.2 Presiones y fuerzas debidas a la accin del viento.
3.2.1
Empujes medios.
I) Alcance.
Los empujes medios (estticos) evaluados de acuerdo con lo especificado en estos
incisos se aplican en el diseo de estructuras pertenecientes al Tipo 1.
2) Fuerzas sobre construcciones cerradas.
Una estructura es la que se compone de muros, techos a una o dos aguas, dispuestos
de tal manera que forman una construccin prismtica; dichos techos y muros no
necesariamente son impermeables, pueden tener aberturas, tales como ventanas o puertas,
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por donde el flujo del viento puede penetrar y generar presiones interiores. Asimismo, una
estructura de planta rectangular en la que uno de sus lados est completamente abierto se
considera como cerrada como una abertura dominante en ese lado. Cuando se tenga una
construccin con tres muros o menos, stos se disearn como elementos aislados.
Las fuerzas que se ejercen sobre los elementos de estructuras cerradas, muros y
techos, sern las resultantes de las presiones actuantes sobre sus superficies exteriores e
interiores y debern calcularse de acuerdo con la siguiente ecuacin.
ZZe APF =
con:
)( ieZ PPP = Para construcciones cerradas.
o
nZ PP = Para el caso en que se aplique la presin neta.
En donde:
eF es la fuerza del viento que acta perpendicularmente a la superficie de un
elemento de la construccin, en kg.
ZP la presin de diseo en la altura Z, en2
/ mkg
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eP la presin exterior, en 2/ mkg
iP la presin interior, en2
/ mkg
nP la presin neta, en2
/ mkg
ZA el rea de la estructura, o parte de ella en2m , a la altura z, sobre la que acta
la presin de diseo, ZP . Ella corresponder:
a) A una parte de alguna de las superficies de la construccin; la presin de
diseo que corresponde a una velocidad y direccin del viento dada, se
ver afectada por el coeficiente de presin, PC , el cual a su vez depende
de la forma de la estructura.
b) A la superficie de la construccin o de un elemento estructural,
proyectada sobre un plano normal al flujo del viento; la presin de
diseo se ver afectada por el coeficiente de arrastre, aC , segn la forma
de la construccin o del elemento estructural.
c) A las superficies que se indiquen en los incisos correspondientes cuando
se empleen coeficientes de fuerza, fC , o coeficientes de presin neta,
pnC , para evaluar la fuerza total del diseo.
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Las fuerzas y los momentos de volteo totales que actan sobre una construccin
debern obtenerse sumando los efectos de las presiones exteriores e interiores, o de las
presiones netas, que se presentan sobre sus superficies.
3.2.1.1 Presiones exteriores.
La presin exterior, eP , sobre una de las superficies de la construccin cerrada se
calcula utilizando la siguiente ecuacin:
zqKKCP LApee =
en donde:
eP es la presin exterior, en2/ mkg .
peC el coeficiente de presin exterior, adimensional.
AK el factor de reduccin de presin por tamao de rea, adimensional.
LK el factor de presin local, adimensional.
zq la presin dinmica de base del viento, en 2/ mkg .
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En las tablas 3.1, 3.2 y 3.3 se proporcionan valores de los coeficientes de presin
exterior, peC , para muros y techos de construcciones con planta rectangular cerrada. Los
parmetros referidos en esas tablas se ilustran en la figura 3.1, en la cual es importante
observar que la denominacin de los muros depende de la direccin en la que acta el
viento y que, en algunos casos, la altura H es funcin del ngulo .
Los valores del coeficiente de presin exterior que se presentan en este captulo se
refieren a las construcciones con planta rectangular cerrada. Si se adoptan otros valores de
peC , stos debern justificarse con base a resultados analticos o experimentales sobre la
distribucin de presiones del viento.
Cuando el valor de peC sea positivo, se tratar de un empuje sobre el rea en
cuestin; cuando sea negativo, se tratar de una succin. Esto significa que las presiones
positivas actan hacia la superficie y las negativas se alejan de sta.
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Figura 3.1 Definicin de parmetros de construcciones con planta cerrada.
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Tabla 3.1 Coeficiente de presin exterior peC , para muros enbarlovento y sotavento de construcciones con plantarectangular cerrada.
Tabla 3.2 Coeficiente de presin exterior PeC , para murosLaterales de construcciones con planta rectangularcerrada.
Distancia horizontal a lo largo de
un muro lateral medida a partir
de la arista comn con el muro de
barlovento
Coeficiente de presin exterior
peC
de 0 a 1H -0.65
de 1H a 2H -0.5
de 2H a 3H -0.3
> 3H -0.2
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Tabla 3.3 Coeficiente de presin exterior, PeC , para zonas de techosde construcciones con planta rectangular cerrada.
Barlovento Sotavento
10 -0.7 -0.3
15 -0.5, 0.0 -0.5
20 -0.3, 0.2 -0.6
25 -0.2, 0.3 -0.6
30 -0.2, 0.3 -0.6
35 0.0, 0.4 -0.6
45 0.5 -0.6
60 0.01 -0.6
10 -0.9 -0.5
15 -0.7 -0.5
20 -0.4, 0.0 -0.6
25 -0.3, 0.2 -0.6
30 -0.2, 0.2 -0.6
35 -0.2, 0.3 -0.6
45 0.0, 0.4 -0.6
60 0.01 -0.6
10 -1.3 -0.7
15 -1.0 -0.6
20 -0.7 -0.6
25 -0.5, 0.0 -0.6
30 -0.3, 0.2 -0.6
35 -0.2, 0.2 -0.6
45 0.0, 0.3 -0.6
60 0.01 -0.6
0 a 1H
1H a 2H
2H a 3H
> 3H
0 a H/2
> H/2
-1.3
-0.7
-0.9
-0.5
-0.3
-0.2
0.5
1.0
Normal a las generatrices
o paralela a las generatrices
Normal a las
generatrices
0.25
0.5
1.0
Toda el rea del
techo
Toda el rea del
techo
Toda el rea del
techo
Direccin del
vientoAngulo
Relacin
H/d
Distancia horizontal
sobre el techo
medida a partir de la
arista superior del
muro barlovento.
PeC
= 0
=0