UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECANICA

CENTRO DE ESTUDIOS DE POSGRADO

MAESTRA EN ESTRUCTURAS

SISMO RESISTENTE

Tema:

NORMATIVA DE DISEO POR VIENTO PARA PREVENIR DAOS EN

PORTICOS, GALPONES INDUSTRIALES, SOPORTES DE TUBERIAS Y

ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES EN CELOSIA PARA EL

ECUADOR

TESIS DE GRADO

Previa a la obtencin del Ttulo de

MAGSTER EN ESTRUCTURAS SISMO - RESISTENTE

Autor: Ing. Alex Bladimir Hurtado Yugcha

Director de Tesis: M.Sc. Ing. Carlos de la Torre D.

AMBATO-ECUADOR

2009

ii

Al Consejo de Posgrado de la Universidad Tcnica de Ambato.

El comit de defensa del Trabajo de Investigacin NORMATIVA DE DISEO POR VIETNO PARA PREVENIR DAOS EN PORTICOS, GALPONES INDUSTRIALES, SOPORTES DE TUBERIAS, Y ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES EN LA CELOSIA PARA EL ECUADOR, presentada por el Seor Maestrante Alex Bladimir Hurtado Yugcha y conformado por: el Ingeniero M.Sc. Luis Bautista, el Ingeniero M.Sc. Israel Alulema y el Ingeniero M.Sc. Ibn Mario; Ingeniero M.Sc. Carlos de la Torre Director de Tesis y presidido por el Ingeniero MSc. Luis Velsquez Medina Director del CEPOS UTA, una vez escuchada la defensa oral y revisado el Trabajo de investigacin de Grado escrita en la cual se ha constatado el cumplimiento de las observaciones realizadas por el Tribunal de Defensa, remite el presente Trabajo de Investigacin para uso y custodia en la biblioteca de la Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica. ---------------------------------------------- -------------------------------------- Msc. Ing. Francisco Pazmio M.Sc. Ing. Luis Velasquez PRESIDENTE DEL TRIBUNAL DIRECTOR DE CEPOS UTA --------------------------------------

M. Sc. Ing. Carlos de la Torre Director de Tesis

--------------------------------------

M. Sc. Ing. Luis Bautista Miembro del Tribunal --------------------------------------

M. Sc. Ing. Israel Alulema Miembro del Tribunal -------------------------------------- M.Sc. Ing. Ibn Mario Miembro del Tribunal

iii

AUTORA DE LA INVESTIGACIN

La responsabilidad del contenido del Trabajo de Investigacin de Grado, nos

corresponde exclusivamente al Ing. Alex Bladimir Hurtado Yugcha, y al Ingeniero

M.Sc. Carlos de la Torre Director del Trabajo de Investigacin de Grado; y el

patrimonio intelectual de la misma a la Universidad Tcnica de Ambato.

Ing. Alex Hurtado Ing. M.Sc. Carlos de la Torre Autor Director de Tesis

iv

DEDICATORIA

A mi Madre quien con su amor y

sacrificio me regal el tesoro ms

valioso que son mis estudios. A mi

Padre (+) que desde el cielo me da las

bendiciones para conseguir mis

objetivos trazados.

v

INDICE GENERAL

AGRADECIMIENTO

A Dios por ser quin me da la fuerza para sonrer ante las

adversidades de la vida y la valenta de decir no a los vicios del

mundo. l es el dueo de mi vida.

A mi madre, mis hermanas y mi esposa que me alentaron para

no desmayar en los momentos difciles.

A la Universidad Tcnica de Ambato, la Facultad de Ingeniera

Civil y Mecnica por brindarme la oportunidad de seguir

superndome.

Al M.Sc. Ing. Carlos de la Torre por ser ms que un maestro un

amigo.

Al Ing. Marcelo Guerra una persona extraordinaria que me

comparti sus sabios conocimientos y su ayuda incondicional.

Un agradecimiento especial al Instituto de Meteorologa e

Hidrologa INAMHI, por la informacin proporcionada para la

realizacin del trabajo de investigacin.

vi

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECANICA

CENTRO DE ESTUDIOS DE POSGRADO

MAESTRA EN ESTRUCTURAS

SISMO-RESISTENTES

NORMATIVA DE DISEO POR VIENTO PARA PREVENIR DAOS EN

PORTICOS, GALPONES INDUSTRIALES, SOPORTES DE TUBERIAS Y

ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES EN CELOSIA PARA EL ECUADOR

Autor: Ing. Alex Bladimir Hurtado Yugcha

Director: M.Sc. Ing. Carlos de la Torre

Fecha: Diciembre 2009

RESUMEN

En la presente investigacin se desarrolla una normativa de diseo por viento para

prticos, galpones industriales, soportes de tubera, y estructuras tridimensionales

en celosa, para solucionar los vacios y deficiencias que existe en el diseo

estructural, de esta manera prevenir daos en las estructuras que atenta contra la

integridad material y humana.

La normativa de diseo por viento tendr un anlisis minucioso de los parmetros

que influyen en el clculo de las presiones por viento, tal como la velocidad de

diseo de viento, forma, importancia, categora, topografa de terreno, factores de

afectacin y otros, sta permitir disear las futuras edificaciones con la debida

estimacin de dichas presiones que permitan dar seguridad y funcionalidad a las

estructuras

vii

NDICE GENERAL

CONTENIDOS P G I N A S

Cartula.i

Aprobacin......ii

Autora de la Investigacin....iii

Dedicatoria.iv

Agradecimiento...v

Resumen Ejecutivo.vi

Introduccin...1

CAPITULO I

1 EL PROBLEMA

1.1 Tema.3

1.2 P l an t e ami en t o de l P rob lem a . ..3

1.2.1 Contextual izacin..3

1.2.2 Anlisis Crtico..5

1.2.3 Prognosis6

1.2.4 Formulacin del Problema..6

1.2.5 Interrogantes...6

1.2.6 Delimitacin del Objetivo de Investigacin...6

Delimitacin de Contenido.6

Delimitacin Espacial...7

Delimitacin Temporal...7

1.3 Justificacin.7

1.4 Objetivos8

1.4.1 Objetivo General..8

1.4.2 Objetivos Especficos..8

viii

CAPITULO II

2 MARCO TERICO

2.1 Antecedentes Investigativos9

2.2 Fundamentacin Terica..12

2.2.1 Sistemas Estructurales.15

2.2.2 Clasificacin de los Sistemas Estructurales..16

2.2.3 Tipos de Estructuras..16

2.2.4 Materiales Estructurales.19

2.2.5 Definicin de Trminos Bsicos .23

2.3 Fundamentacin Legal..24

2.4 Red de Categoras Fundamentales..25

2.5 Hiptesis.......25

2.6 Variables...26

2.6.1. Variable Independiente26

2.6.2. Variable Dependiente26

CAPITULO III

3 METODOLOGA

3.1 Modalidad bsica de la investigacin...27

3.2 Nivel o Tipo de Investigacin..27

3.3 Pob l a c i n y m ue s t r a 28

3.3.1 Poblacin..28

3.3.2 Muestra.28

3.4 Operacionalizacin de Variables28

3.4.1 Variable Independiente.29

3.4.2 Variable Dependiente.30

3.5 Plan de Recoleccin de Informacin31

ix

3.6 Plan de Procesamiento de la Informacin31

CAPITULO IV.

4. ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

4.1. Anlisis.32

4.2 Interpretacin32

4.2.1 Curva de PEARSON III o Curva Binomial37

4.3. Verificacin de la Hiptesis48

CAPITULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones.49

5.2 Recomendaciones50

CAPITULO VI

6. LA PROPUESTA

6.1 Datos Informativos.51

6.2 Antecedentes de la Propuesta...51

6.3. Justificacin..55

6.4 Objetivos...56

6.4.1 Objetivo General..56

6.4.2 Objetivos Especficos...56

6.5 Anlisis de Factibilidad....56

x

6.6 Diseo por Viento.57

6.6.1 Alcance.....57

6.6 2 Requisitos Generales para el Anlisis y Estructuras....58

6.6.3 Clasificacin de las Estructuras segn su Importancia...60

6.6 4 Clasificacin Estructuras segn respuesta la accin del Viento...62

6.6 4.1 Efectos del Viento que deben Considerarse.64

6.6 5 Procedimientos para determinar la Accin del Viento.66

6.6 6 Determinacin de la Velocidad de Diseo VD..68

6.6 6.1 Categoras de terrenos y clases de Estructuras68

6.6 6.2 Mapas de Isotacas Velocidades Regional, VR....75

6.6 6.3 Factor de Exposicin, F........79

6.6 6.3.1 Factor de Tamao Fc... . . . ..79

6.6 6.3.2 Factor de Rugosidad y altura, Frz........80

6.6 6.4 Factor de Topografa FT.........81

6.6 6.5 Cambio de Periodo de Retorno .........84

6.6.7 Presin Dinmica de Base qz........88

6.6.8 Anlisis Esttico...........90

6.6.8.1 Limitaciones...............90

6.6.8.2 Presiones y Fuerzas debidas a la Accin del Viento...91

6.6.8.2.1 Empujes Medios...................91

6.6.8.2.1.1 Descripcin..................91

6.6.8.2.2 Fuerzas sobre Construcciones Cerradas........91

6.6.8.2.2.1 Presiones Exteriores.........92

6.6.8.2.2.2 Presiones Interiores........100

6.6.8.2.3 Construcciones Techos Horizontales Extremos Inclinados...104

6.6.8.2.4 Construcciones con techos de claros mltiples (r

xi

6.6.8.2.11 Fuerzas en miembros Estructurales Aislados...126

6.6.8.2.11.1 Marcos Abiertos Aislados...127

6.6.8.2.11.2 Marcos Abiertos Mltiples...128

6.6.8.2.11.3 Torres de Celosa Aisladas.....129

6.6.8.2.12 Chimeneas y Torres..........131

6.6.9 Anlisis Dinmico...134

6.6.9.1 Limitaciones...134

6.6.9.2 Determinacin de la Velocidad de Diseo, VD......134

6.6.9.3 Presiones Fuerzas sobre Estructuras Sensibles a Dinmicos.135

6.6.9.3.1 Presiones en la Direccin del Viento..............135

6.6.9.3.2 Fuerzas en la Direccin del Viento..............136

6.6.9.3.3 Factor de respuesta Dinmica debida a Rfaga..............137

6.6.9.3.4 Fuerzas Perpendiculares a la Accin del Viento........140

6.6.9.3.5 Direccin Transversal Techos y Toldos en Voladizo......149

6.6.9.3.6 Coeficientes de Arrastre y de Presin..............150

6.6.9.4 Inestabilidad Aeroelstica..............151

6.6.10 Ejercicios de Aplicacin...........159

6.6.10.1 Ejercicios N1...........159

6.6.10.2 Ejercicios N2...........160

6.6.10.3 Ejercicios N3...........163

6.6.10.4 Conclusin..........177

6.6.10.5 Recomendaciones...........178

6.7 Plan de Accin..............179

6.8 Administracin...............180

6.9 Previsin de la Evaluacin.................180

6.10 Bibliografa.181

6.11 Anexos.182

xii

NDICE DE CUADROS

Cuadro N 1 Valores Cd para clculo de presin del Viento10

Cuadro N 2 Normativa de Diseo por Viento..29

Cuadro N 3 Prticos, Galpones, Tridimensionales en Celosa30

Cuadro N 4 Plan de Accin179

Cuadro N 4 Plan de Monitoreo y Evaluacin de la Propuesta...180

NDICE DE GRFICOS

Figura N 1 Mapa Ubicacin Estacin Meteorolgica del Ecuador....34

Figura N 2 Curva Binomial.37

Figura N 3 Curva de Velocidades Mximas Versus Probabilidades..40

Figura N 4 Curva de Velocidades Estacin Inguincho...44

Figura N 5 Curva de Velocidades Estacin La Tola...47

Figura N I.1 Diagrama Flujo Procedimiento Cargas del Viento.67

Figura N I.2 Velocidades Regionales 200 Aos......76

Figura N I.3 Velocidades Regionales 50 Aos........77

Figura N I.4 Velocidades Regionales 10 Aos.....78

Figura N I.5 Velocidades Regionales de Excedencia p (%)..85

Figura N I.6 Velocidades Regionales 100 Aos...86

Figura N I.7 Velocidades Regionales 1000 Aos......87

Figura N I.8 Parmetros de Construcciones con Planta Cerrada.94

Figura N I.9 Zonas en Muros Laterales.....97

Figura N I.10 Factores de presin Local Kl, Recubrimientos....101

Figura N I.11 Techos Horizontales con Extremos Inclinados....105

Figura N I.12 Techos con Claros Mltiples....106

Figura N I.13 a Cubiertas de Arco Circular...109

Figura N I.13 b Cubiertas de Arco Circular Paralelo a las Generatrices..109

xiii

Figura N I.13 c Coeficiente Presin Exterior Cubiertas Arco Circular...110

Figura N I.13 d Coeficiente de Presin Local CPi.112

Figura N I.14 Techos Aislados..114

Figura N I.15 Factores de Presin Local Kl para Techos Aislados...118

Figura N I.16 Coeficiente de Presin Neta Cpn..119

Figura N I.17 Letreros y Muros Aislados....121

Figura N I.18 Letreros...123

Figura N I.19 Techos Silos y Tanques Cilndricos (0.25hc/b4.0)....125 Figura N I.20 Parmetros Factor de Respuesta Dinmica....141

Figura N I.21 Ovalizacin de la Seccin Transversal.......142

Figura N I.22 Disposicin de Barras o spoilers....148

Figura N I.23 Techos y Toldos en Voladizo.....150

Figura N I.24 Viento con un Angulo de Tanque ....153 Figura N I.25 Tres casos Bsicos Coeficientes Transversales......156

Figura N I.26 Diagrama de Inestabilidad Aeroelstica de Estructuras..158

Figura N I.C.1 Cambios en la Rugosidad del Terreno..................................71

Figura N I.C.2 Diagrama de Flujo corregir el factor de Exposicin.............74

Figura N I.C.3 Factor de Topografa ...............83

Figura N E.1 Ejercicio N1 Direccin del Viento....159

Figura N E.2 Ejercicio N2 Direccin del Viento161

Figura N E.3 Elevacin Frontal Posterior.164

Figura N E.3.1 Elevacin Frontal Posterior 1 y 5165

Figura N E.3.2 Areas Tributarias Estructura Principal..166

Figura N E.3.3 Presiones de Diseo172

Figura N E.3.4 Presiones de Diseo Prticos A y G...176

xiv

NDICE DE TABLAS

Tabla N 1 Escala de Beaufort....14

Tabla N 2 Ubicacin de Estaciones de Medicin33

Tabla N 3 Velocidades de Viento Querochaca36

Tabla N 4 Probabilidades en Porcentajes ()38

Tabla N 5 Clculo Estadstico Mtodo PEARSON III..39

Tabla N 6 Resultados de las Velocidades Mximas40

Tabla N 7 Estacin Inguincho42

Tabla N 8 Clculo Estacin Inguincho43

Tabla N 9 Resultados Estacin Inguincho..44

Tabla N 10 Estacin La Tola...45

Tabla N 11 Clculos Estacin La Tola..46

Tabla N 12 Resultados Estacin La Tola.47

Tabla N I.1 Categora del Terreno segn su Rugosidad69

Tabla N I.2 Estructura segn su Tamao.75

Tabla N I.3 Factor de Tamao, Fc80

Tabla N I.4 Valores de y ..81 Tabla N I.5 Resultados de Topografa Local FT..82

Tabla N I.5.1 Valores de Parmetros Topogrficos...83

Tabla N I.6 Probabilidades de Excedencia,(%).84

Tabla N I.7 Relacin entre Altitud y Presin Baromtrica.89

Tabla N I.8 Coeficiente de Presin Exterior Cpe Muros en Barlovento...95

Tabla N I.9 Coeficiente de Presin Exterior Muros Laterales..95

Tabla N I.10 Coeficiente de Presin Exterior Techos de Construccin.96

Tabla N I.11 Factor de Reduccin, KA, Techos u Muros Laterales97

Tabla N I.12 Factor de Presin Local KL, Recubrimiento y Soportes99

Tabla N I.13 a Coeficiente Presin Interior Cpi, Muros Permeables...102

Tabla N I.13 b Coeficiente Presin Interior Superficies con Aberturas104

Tabla N I.14 Coeficiente Presin Exterior, Techos dos Aguas107

Tabla N I.15 Coeficiente Presin Exterior, Techos Forma Sierra107

xv

Tabla N I.16 a Coeficiente de Presin Exterior Cubiertas Arco Circular...110

Tabla N I.16 b Coeficiente Presin Interior Cubiertas de Arco Circular113

Tabla N I.17 a Coeficiente Presin Techos Aislados 0.25 / .115 Tabla N I.17 b Coeficiente Presin , , H/d

xvi

Anexo N 7 Estacin Nuevo Rocafuerte....189

Anexo N 8 Estacin Puyo 190

Anexo N 9 Estacin La Victoria INHERI..191

Anexo N 10 Estacin La Concordia....192

Anexo N 11 Estacin Baos....193

Anexo N 12 Estacin Simn Bolvar.194

Anexo N 13 Estacin Caar....195

Anexo N 14 Estacin La Argelia Loja.196

Anexo N 15 Estacin Milagro Ingenio Valdez.197

Anexo N 16 Estacin Sangay Santa Ana198

Anexo N 17 Estacin Tena..199

Anexo N 18 Estacin El ngel.200

Anexo N 19 Estacin San Gabriel...201

Anexo N 20 Estacin Otavalo.202

Anexo N 21 Estacin Cotopaxi.203

Anexo N 22 Estacin Patate.204

Anexo N 23 Estacin Chillanes.205

Anexo N 24 Estacin Guamote.206

Anexo N 25 Estacin Pachamama - Tixn..207

Anexo N 26 Estacin Biblian.208

Anexo N 27 Estacin Paute.209

Anexo N 28 Estacin Cariamanga.210

Anexo N 29 Estacin Muisne.211

Anexo N 30 Estacin Cayapas....212

Anexo N 31 Estacin El Carmen.213

Anexo N 32 Estacin Pedernales - Manab.214

Anexo N 33 Estacin Arenillas.215

Anexo N 34 Estacin Machala -UTM.216

Anexo N 35 Estacin Papallacta.217

Anexo N 36 Estacin Gualaquiza.218

Anexo N 37 Estacin Yanzatza.219

Anexo N 38 Estacin Charles Darwin.220

xvii

Anexo N 39 Estacin San Cristbal - Galpagos.221

Anexo N 40 Estacin Querochaca (U.T.A).222

Anexo N 41 Estacin Vinces.223

Anexo N 42 Estacin Tomaln - Tabacundo.224

Anexo N 43 Estacin Guayaquil Estatal.225

Anexo N 44 Velocidades de las ciudades importantes226

Anexo N 45 Factor de Exposicin, 227 Anexo N 46 Factor de Correccin por Densidad Relativa228

Anexo N 47 Factor de Presin Local KL caso tabla I.12 1 y 2a...229

Anexo N 48 Factor de Presin Local KL caso tabla I.12 1 y 4....230

Anexo N 49 Coeficiente de Arrastre Ca..............231

Anexo N 50 Coeficiente de Arrastre Ca..............232

Anexo N 51 Fuerza Longitudinal CFX Prismas Rectangulares.233

Anexo N 52 Fuerza Transversal CFX Prismas Rectangulares......233

Anexo N 53 Longitudinal CFX y CFY Perfiles Estructurales234

Anexo N 54 Clculo Estacin La Tola....235

Anexo N 55 Clculo Estacin Izobamba.236

Anexo N 56 Clculo Estacin Rumipamba Salcedo237

Anexo N 57 Clculo Estacin Portoviejo - UTM.238

Anexo N 58 Clculo Estacin Pichilingue......239

Anexo N 59 Clculo Estacin Rocafuerte...240

Anexo N 60 Clculo Estacin Puyo241

Anexo N 61 Clculo Estacin La Victoria INHERI.242

Anexo N 62 Clculo Estacin La Concordia..243

Anexo N 63 Clculo Estacin Baos....244

Anexo N 64 Clculo Estacin Simn Bolvar245

Anexo N 65 Clculo Estacin Caar....246

Anexo N 66 Clculo Estacin La Argelia Loja.247

Anexo N 67 Clculo Estacin Milagro Ingenio Valdez248

Anexo N 68 Clculo Estacin Sangay Santa Ana249

Anexo N 69 Clculo Estacin Tena.250

Anexo N 70 Clculo Estacin El ngel.251

xviii

Anexo N 71 Clculo Estacin San Gabriel...252

Anexo N 72 Clculo Estacin Otavalo253

Anexo N 73 Clculo Estacin Cotopaxi254

Anexo N 74 Clculo Estacin Patate.255

Anexo N 75 Clculo Estacin Chillanes256

Anexo N 76 Clculo Estacin Guamote257

Anexo N 77 Clculo Estacin Pachamama - Tixn..258

Anexo N 78 Clculo Estacin Biblian.259

Anexo N 79 Clculo Estacin Paute.260

Anexo N 80 Clculo Estacin Cariamanga.261

Anexo N 81 Clculo Estacin Muisne.262

Anexo N 82 Clculo Estacin Cayapas....263

Anexo N 83 Clculo Estacin El Carmen264

Anexo N 84 Clculo Estacin Pedernales - Manab265

Anexo N 85 Clculo Estacin Arenillas266

Anexo N 86 Clculo Estacin Machala -UTM267

Anexo N 87 Clculo Estacin Papallacta.268

Anexo N 88 Clculo Estacin Gualaquiza.269

Anexo N 89 Clculo Estacin Yanzatza.270

Anexo N 90 Clculo Estacin Charles Darwin.271

Anexo N 91 Clculo Estacin San Cristbal - Galpagos..272

Anexo N 92 Clculo Estacin Querochaca (U.T.A) 273

Anexo N 93 Clculo Estacin Vinces274

Anexo N 94 Clculo Estacin Guayaquil..275

Anexo N 95 Clculo Estacin Tomaln - Tabacundo276

1

INTRODUCCION

La presente investigacin tiene como finalidad crear una normativa del diseo por

viento para prevenir daos en prticos, galpones industriales, soportes de tuberas y

estructuras tridimensionales en celosa para el Ecuador.

Su desarrollo se lo va realizando a lo largo de los diferentes captulos que se

conforma de la siguiente manera: Captulo I se enfoca el problema y se procede a

describir la contextualizacin, anlisis crtico, formulacin del problema,

delimitacin, objetivos y la justificacin. Se identifica cuales son las causas y efectos

de las deficiencias en los en los diseos estructurales por viento, se justifica el porqu

se realiza la investigacin.

En el Captulo II, se desarrolla el marco terico donde se desarrolla varios conceptos

referentes al tema, tambin se cuenta con la fundamentacin legal la misma que hace

hincapi la consideracin de todas las posibles presiones que puede sufrir las

estructuras como lo es el caso de presiones del viento.

El Captulo III tiene como objetivo abordar los procedimientos de la metodologa de

la investigacin, se desarrolla la operacionalizacin de variables

El Captulo IV enfoca el procesamiento de la informacin obtenida, y el anlisis e

interpretacin de resultados. Aqu se obtiene estimaciones de velocidades de viento

regionales y proyectarlas al futuro, las mismas que nos ayudarn a elaborar mapas de

isotacas en la repblica del Ecuador, y de esta manera poder determinar la velocidad

del viento para cualquier punto o localidad del pas, dato que ser el punto de partida

para el clculo de las presiones de viento, y la respectiva aplicacin de la normativa

de diseo por viento.

2

En el Captulo V se describe las conclusiones y recomendaciones, constituyen el

aporte y sugerencia personal que permita solucionar el problema.

Finalmente en el Captulo VI, la propuesta, que est constituida por la justificacin,

fundamentacin terica, objetivos, anlisis de factibilidad, y el desarrollo de la

normativa de diseo por viento mediante los procedimientos de clculo, tablas,

cuadros grficas, y flujogramas que permitan el clculo de las presiones de diseo

por viento..

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1 TEMA

NORMATIVA DE DISEO POR VIENTO PARA PREVENIR DAOS EN

PORTICOS, GALPONES INDUSTRIALES, SOPORTES DE TUBERIAS, Y

ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES EN CELOSIA PARA EL ECUADOR

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 CONTEXTUALIZACION

Desde tiempos inmemorables ciertas reas del globo terrqueo han sido vctimas de

tragedias o sucesos relacionados con la dinmica de la madre naturaleza y en los

ltimos aos tambin se ha incrementado con la negligencia humana al manejar los

avances tecnolgicos o cientficos de manera inadecuada. Estos fenmenos o hechos

son comnmente llamados tragedias o calamidades sin embargo estos reciben un

nombre especfico dentro del acervo cultural como desastres.

Uno de los fenmenos naturales que ha ocasionado un importante nmero de

desastres son los vientos, los mismos que son corrientes de aire que se producen a

partir de una diferencia de la presin atmosfrica. Esta diferencia hace que el aire se

desplace de las zonas de mayor presin a las de menor presin, dndose lugar a la

formacin de tornados y huracanes, los primeros son vientos huracanados que se

producen en forma giratoria a grandes velocidades, mientras que los segundos son

vientos que sobrepasan ms de 24 km/h., como consecuencia de la intraccin del

aire caliente y hmedo que viene del ocano Pacfico con el aire fro.

4

El viento ms fuerte que se ha medido con fiabilidad sobre la superficie de la tierra

tuvo una velocidad de 362 km/h y se registr en el monte Washington, en New

Hampshire (Estados Unidos), el 12 de abril de 1934.

Los vientos fuertes que amenazan una poblacin en el mundo entero se les ha

identificando con una denominacin, as podemos nombrar a varios como, el huracn

Katrina, el Huracn Omar, que afecto Norteamrica especialmente Estados Unidos,

El Huracn Paloma que afecto mayormente a Cuba, en Sudamrica se presenci el

Tornado de Barranquilla afectando la ciudad del mismo nombre en el Pas de

Colombia, etc.

Las fuertes presiones que producen los vientos huracanados son capaces de arrasar

con rboles arrancndolos de raz, levantar cubiertas, colapsar estructuras, etc., esto

ha hecho que varios pases del mundo le den importancia a este fenmeno para

contrarrestar el impacto que sufren las edificaciones que son sometidas a estas

presiones, mediante la creacin de normativas de diseo por viento para estructuras

de obras civiles, de esta manera poder controlar los efectos devastadores causados

por la fuerza de este fenmeno natural.

Existen varias normativas o cdigos que consideran el efecto de las presiones de

viento en las edificaciones, entre los ms conocidos podemos nombrar al cdigo

JAPONES, CHINO, INDU, aplicable a los pases orientales, de igual forma otro de

los cdigos vigentes a nivel de los pases europeos es el EUROCODIGO.

En Amrica los pases norteamericanos como Estados Unidos y Mxico han

desarrollado ms la investigacin en torno a este tema, los primeros cuentan con los

cdigos IBC - UBC, y los segundos cuentan con un manual de diseo por viento de

la Comisin Federal de Electricidad CFE. Esta normativa de diseo se ha convertido

en un modelo aplicable a los pases latinoamericanos con sus adaptaciones

respectivas.

En los pases sudamericanos se cuenta con normas de diseo por viento en pases

como Chile con la normativa NCH 432.OF 1971, Argentina del reglamento CIRSOC

5

102, Brasil la norma NBR 6123, Per el Reglamento Nacional de Edificaciones y

Colombia con el reglamento NSR 98.

El Ecuador no cuenta con una normativa de diseo por viento, por este motivo se ha

venido realizando los diseos estructurales aplicando normativas de pases cercanos

y en el peor de los casos se ha despreciado las presiones que produce el viento en los

clculos de las estructuras al no contar con un manual, por lo que se hace necesario la

creacin de una normativa de diseo por viento para prevenir daos en prticos,

galpones industriales, soportes de tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa.

Esta normativa de diseo por viento para el Ecuador se convierte en una necesidad

primordial para los profesionales del clculo y construccin de obras civiles, pues

diferentes regiones, han sufrido vientos que van desde suaves hasta fuertes a causa de

las alteraciones climticas, la prensa local habla de presencia de vientos huracanados

que han causado varios tipo de prdidas materiales y econmicas adems de la

suspensin de energa elctrica, servicio telefnico y falla en las obras civiles.

1.2.2 ANALISIS CRITICO

Los vientos han tomado fundamental importancia por la alteracin climatolgica en

el planeta entero. En el Ecuador se han presentado vientos huracanados que van de

60 a 80 km/h, hacindose necesario conocer la presin que produce el viento y sus

efectos en las obras civiles de las diferentes zonas del pas.

Debido al desconocimiento de las velocidades del viento en las regiones del Ecuador

y su influencia en el campo de la ingeniera civil, ha hecho que se asuma valores

aproximados que en varios casos no tienen nada que ver con la realidad,

convirtindose en un grave problema en el momento de calcular la presin que ejerce

el viento sobre una construccin.

Una Normativa de Diseo por viento para estructuras civiles sometidas a la accin de

vientos fuertes, servir para evitar en lo posible daos totales o parciales en las

edificaciones, donde se contar con procedimientos de clculos adecuados para

6

contrarrestar la presin ejercida por el viento. Para esto es necesario contar con datos

estadsticos de velocidades del viento y los diferentes parmetros que influyen en el

clculo final de presiones.

1.2.3 PROGNOSIS

Es importante considerar las presiones del viento en el diseo estructural de toda

edificacin, pues de no hacerlo estaremos poniendo en riesgo el colapso de la misma,

adems de las prdidas materiales y lo que es peor prdidas humanas.

1.2.4 FORMULACION DEL PROBLEMA

Se evitar los daos en los elementos estructurales de prticos, galpones

industriales, soportes de tubera y estructuras tridimensionales en celosa con la

normativa de diseo por viento en el Ecuador?

1.2.5 INTERROGANTES

Cules seran las zonas de mayor influencia de vientos en el Ecuador?

Qu registros de velocidad del viento se utilizarn para el clculo de la presin del

viento en las diferentes edificaciones?

Qu parmetros sern necesarios considerar para el clculo de la presin del viento?

Cmo se calcular la presin final que produce el viento en los diferentes tipos de

edificaciones?

1.2.6 DELIMITACION DEL OBJETO DE INVESTIGACION

DELIMITACION DE CONTENIDO

El contenido de este trabajo investigativo se basa en realizar la normativa de diseo

por viento para estructuras.

7

DELIMITACION ESPACIAL

El presente trabajo investigativo requiere realizar una normativa de diseo por viento

para prticos, galpones industriales, soportes de tuberas y estructuras

tridimensionales en celosa para el Ecuador. Para esto se requiere de la recopilacin

de informacin en el Instituto Nacional de Meteorologa INAMHI., La biblioteca de

La Universidad Tcnica de Ambato y Biblioteca virtual (Internet).

DELIMITACION TEMPORAL

El desarrollo del presente estudio se lo realizar en los meses comprendidos entre

Mayo del 2009 a Diciembre del 2009.

1.3 JUSTIFICACION

En el Ecuador se ha constatado los daos que produce la fuerza de los vientos en

ciertas pocas del ao y en determinadas regiones. De manera especial los daos que

se producen en las edificaciones causan inters en los profesionales y usuarios por

proteger las mismas. Contando con la ayuda de ciertos organismos como el instituto

de Meteorologa INAMHI y otros, encargados de controlar el clima del Ecuador, este

problema puede ser afrontado y controlarlo mediante la creacin de una normativa de

diseo por viento para prevenir daos en prticos, galpones industriales, soportes de

tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa.

La normativa de diseo por viento para edificaciones en nuestro pas

lamentablemente no existe, se ha venido diseando las estructuras con parmetros y

coeficientes tomados de cdigos de otros pases que en la realidad no tienen ninguna

relacin, y lo que es peor se ha despreciado el clculo de estas presiones de viento.

8

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 GENERAL

Desarrollar la normativa de diseo por viento para prevenir daos en prticos,

galpones industriales, soportes de tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa

para el Ecuador

1.4.2 ESPECIFICOS

Analizar los registros de velocidad del viento y otros factores atmosfricos

que posee el INAMHI, para establecer la presin que ejerce el viento en las

edificaciones que se realizan en el Ecuador.

Analizar la forma que tienen las edificaciones en el Ecuador para conocer la

influencia de la presin del viento sobre las mismas

Elaborar un cuadro de velocidades de las zonas de mayor influencia de los

vientos en el Ecuador

Determinar las ecuaciones, coeficientes y parmetros para el clculo de la

presin del viento en el Ecuador

Realizar un clculo demostrativo de la influencia de la presin de viento

sobre una estructura.

9

CAPITULO II

ESTRUCTURA DEL MARCO TEORICO

2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS

Las edificaciones en el mundo entero han ido evolucionando desde la ms

rudimentaria hasta la ms moderna, gracias al desarrollo tecnolgico y las

investigaciones realizadas han hecho posibles la aparicin de materiales de alta

calidad capaces de resistir cargas permanentes y eventuales que son utilizadas en la

construccin de las estructuras de las edificaciones, entre las principales se tiene:

- Estructuras de Hormign Armado

- Estructuras de Acero

- Estructuras de Madera

- Estructuras Mixtas

Las estructuras de hormign armado por su gran peso tienen poca afectacin en sus

elementos estructurales debido a las presiones de viento, mientras que las dems

estructuras, por su caracterstica liviana tienen variados periodos de vibracin a causa

de la fuerza del viento y por ende daos en los elementos estructurales. Esto ha

hecho que varios pases del mundo le den importancia a la investigacin de este tema

con el nico fin de contrarrestar este grave problema.

Uno de los primeros investigadores Boris Bresler, en su publicacin Diseo de

Estructuras de Acero, tratando de normar el clculo de las presiones de viento sobre

una superficie indica que esta presin depende de la velocidad del viento, de la

superficie, de la forma de esta, de la proteccin proporcionada por otras estructuras y

de la densidad del aire, la cual disminuye con la altitud y temperatura, propone la

siguiente ecuacin.

10

dVCqCp dd *21

** 2== 1

Donde: p = Presin sobre una superficies en kg/m2

V = Velocidad del viento en m/s2

d = Densidad del Aire en kg/m3

Cd = Cociente numrico, llamado coeficiente de empuje, y

q = Es la presin dinmica, igual a *V2*d

d = 1.226 Kg./m3 al nivel del mar, y para una velocidad de viento

V en km/h, q = 0.00483*V2, kg/m2

Para la utilizacin de esta ecuacin indica que las velocidades del viento pueden

alcanzar valores de hasta 240 Km/h o mayores, esto equivale a una presin dinmica

q de cerca de 300 kg/m2, una presin tan alta es excepcional y, generalmente se usa

valores entre 100 a 150 kg/m2, para las cargas de viento sobre los edificios (en los

E.U.A.), y propone la siguiente tabla para valores de Cd en funcin de la forma y

tamao.

CUADRO No.1 Cuadro de valores Cd para clculo de presin del viento

FORMA Cd ESTRUCTURA

Placa cuadrada (normal al viento)

Placa angosta y larga (normal al viento)

Cilindros largos (eje vertical)

Cilindros cortos (eje vertical)

Prisma cuadrangular alargado (eje vertical)

Esfera

1.1

2.0

0.8

0.7

1.3

0.2

Anuncios

Trabes

Chimeneas

Tanques

Edificios Altos

Tanques

FUENTE: ESTRUCTURAS DE ACEROS de Boris Bresler

En el pasado se usaron por lo comn dos ecuaciones para tomar en cuenta la

inclinacin de la superficie de contacto de las presiones, la de Newton y la de

Duchemin, pero eran vlidas solo para casos especiales de placas planas y no para

estructuras prismticas. Estudios realizados en tneles de viento, iniciados por Eiffel

en Paris y continuados por varios investigadores, han demostrado que las presiones

1 EC. 12-4 libro Estructuras de Acero de Boris Bresler

11

de viento en un edificio se caracterizan por las presiones negativas (succiones) que

existen en la mayor parte del techo y en el lado de sotavento del edificio, estas son en

realidad vacos o presiones menores que la atmsfera.

La mayora de los cdigos de construccin de los E.U.A. , proponen un valor bsico

para la fuerza de viento, en libras por pie cuadrado, pero permiten variaciones para

diferentes alturas de edificios, as como para las diferentes formas, por ejemplo:

15 lb./pie2 = 73 kg/m2 .. para edificios de menos de 60 pies de altura,

20 lb./pie2 = 98 kg/m2 .. para edificios de ms de 60 pies de altura,

30 lb./pie2 = 146 kg/m2 .. para tanques y anuncios, por estar ms expuestos al

viento. En tanques circulares se permite reducir el 40%.

Las cargas de viento sobre estructuras abiertas dice que debe calcularse tomando 1.5

veces el rea de stas.

Otra de las investigaciones en este tema es el manual de diseo por viento de la

Comisin Federal de Electricidad CFE de Mxico (1993), el cual desarrolla nuevos

procedimientos de los cuales el ms importante es la obtencin de la velocidad de

diseo en un sitio determinado, tomando en cuenta los parmetros que influyen en el

clculo de su valor, el sitio o regin de desplante, el tamao de construccin o

elemento estructural a disear, y las condiciones de topografa local que puedan

acelerar o desacelerar el flujo del viento.

Este manual ha desarrollado dos mtodos a travs de los cuales se obtienen las

presiones debida al flujo del viento. El primero es el Anlisis Esttico ste aplica al

caso de construcciones suficientemente rgidas y el segundo Anlisis Dinmico para

las flexibles con bajo amortiguamiento. Tambin recomienda un procedimiento para

disear los elementos que forman los recubrimientos de las estructuras.

Una de las normas, reconocidas en Sudamrica es El Reglamento CIRSOC 102

Accin del Viento sobre las Construcciones de Argentina, que proporciona tres

mtodos entre los cuales el proyectista puede elegir. Un mtodo simplificado,

12

Mtodo 1, mediante el cual el proyectista puede seleccionar las presiones de viento

directamente sin ningn clculo cuando el edificio rene los requisitos planteados en

este reglamento para la aplicacin de este procedimiento; y otros dos mtodos:

Mtodo Analtico y Procedimiento del Tnel de Viento.

Existen adems otros trabajos investigativos que se han plasmado en normas y

reglamentos de varios pases cuyo nico propsito es evitar desastres provocados por

la presin del viento en las diferentes estructuras existentes.

En el Ecuador se conoce que el diseo por viento en las edificaciones son muy

simplistas al no contar con este tipo de investigacin. Con el aporte de las

investigaciones realizadas en otros pases se pretende realizar la normativa de diseo

por viento para prevenir daos en prticos, galpones industriales, soportes de

tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa para el Ecuador.

.

2.2 FUNDAMENTACION TEORICA.

Una normativa de diseo por viento, tiene como principal parmetro el normar y

reglamentar el clculo de la presin que ejerce el viento sobre una superficie. El

viento tratndose del factor influyente en el clculo de la presin lo describiremos de

la siguiente manera.

- VIENTO.- Tiene varios conceptos se define como aire en movimiento, ste

trmino tambin se aplica al movimiento horizontal de la atmsfera en cambio los

movimientos verticales o casi verticales se llaman CORRIENTES.

La diferencia de presin atmosfrica debido a los cambios de temperatura son los que

producen el viento, mientras que las variaciones de distribucin de presin y

temperatura se deben a la distribucin desigual del calentamiento solar y varias

propiedades trmicas de la superficie terrestre y ocenica.

Los vientos pueden clasificarse en cuatro tipos: dominantes, estacionales, locales, por

ltimo ciclnicos y anticiclnicos

13

- VIENTOS DOMINANTES.- Existe una zona de bajas presiones cerca del

Ecuador a la que se denomina zona de calmas ecuatoriales, situadas entre los 10 de

latitud S y 10 de latitud N, aqu se tiene un aire caliente y sofocante. A unos 30 del

Ecuador en ambos hemisferios existe otra banda de presiones altas con calmas,

vientos suaves y variables. El aire superficial al moverse desde sta zona hasta la

banda ecuatorial de presiones bajas, constituye los vientos ALISOS, dominantes en

las latitudes menores.

En el hemisferio norte, el viento del norte que sopla hacia el Ecuador se desva por la

rotacin d la tierra hasta convertirse en un viento del noreste, llamada alisios del

noreste. En el hemisferio sur el viento del sur se desva de forma similar para ser el

alisio del sureste.

Las regiones ms fras de los polos tienden a ser centros de alta presin, en particular

en el hemisferio sur, y los vientos dominantes que parten de stas reas se desvan

para convertirse en los vientos polares del este.

Al aumentar la altura sobre la superficie de la Tierra, los vientos dominantes del

oeste se aceleran y cubren una superficie mayor entre el ecuador y el polo. As, los

vientos alisios y los polares del este son bajos y, en general, son reemplazados por

los del oeste sobre alturas de unos cientos de metros. Los vientos del oeste ms

fuertes se producen a alturas entre 10 y 20 km y tienden a concentrarse en una banda

estrecha llamada corriente de chorro, donde se han medido hasta 550 km/h de

velocidad.

- VIENTOS ESTACIONALES.- El aire sobre la tierra es ms clido en verano y

ms fri en invierno que el situado sobre el ocano adyacente sobre una misma

estacin. As, durante el verano, los continentes son lugares de presin baja con

vientos que soplan desde los ocanos, que estn ms fros. En invierno, los

continentes albergan altas presiones, y los vientos se dirigen hacia los ocanos, ahora

ms clidos. Los ejemplos tpicos de estos vientos son los monzones del mar de la

China y del Ocano Indico.

14

- VIENTOS LOCALES.- Parecido a las variaciones estacionales de temperatura y

presin entre la tierra y el agua, hay cambios diarios que ejercen efectos similares

pero ms localizados. En verano, sobre todo, la tierra est ms caliente que el mar

durante el da y ms fra durante la noche, esto induce un sistema de brisas dirigidas

hacia tierra de da y hacia el mar de noche. Estas brisas penetran hasta unos 50 km

tierra y mar adentro.

Hay cambios diarios de temperatura similares sobre terrenos irregulares que

provocan brisas en las montaas y los valles. Otros vientos inducidos por fenmenos

locales son los torbellinos y los vientos asociados a las tormentas.

- ESCALA DE VIENTO DE BEAUFORT.- Los marinos y los meteorlogos

utilizan la escala de viento de Beaufort para indicar la velocidad del viento. Fue

diseada en 1805 por el hidrgrafo irlands Francis Beaufort. Sus denominaciones

originales fueron modificadas ms tarde, la escala que se usa en la actualidad es la

siguiente.

Tabla No.1: Escala de Beaufort 2

Escala de Beaufort

Velocidad del Viento (km/h) Denominacin del viento

0 1 5 Calma

1 6 11 Ventolina

2 12 19 Muy flojo

3 20 38 Flojo

4 29 - 28 Bonancible

5 29 38 Fresquito

6 39 49 Fresco

7 50 61 Frescachn

8 62 74 Duro

9 75 88 Muy Duro

10 89 102 Temporal

11 103 117 Borrasca

12 Ms de 117 Huracn FUENTE: EL VIENTO Y SUS CONCECUENCIAS, Peter Dooley

2 El viento y sus consecuencias, Peter Dooley

15

Una veleta comn ser el instrumento que se utilice para medir la direccin del

viento, sta nos indicar de donde procede el viento mediante una conexin a un dial

o a una serie de conmutadores electrnicos que encienden pequeos focos en la

estacin de observacin para indicarlo. En tanto que la velocidad del viento se mide

por medio de un anemmetro.

Por otro lado las estructuras que soportan la presin o empuje del viento son

diversas, siendo necesario realizar una breve descripcin.

2.2.1 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Un sistema estructural deriva su carcter nico de cierto nmero de consideraciones;

las que pueden ser analizadas por separados, y son las siguientes:

a.- Funciones estructurales especficas resistencia a la compresin, resistencia a la

tensin; para cubrir claros horizontales, verticalmente; en voladizo u horizontal.

b.- La forma geomtrica u orientacin

c.- El o los materiales de los elementos

d.- La forma y unin de los elementos

e.- La forma de apoyo de la estructura

f.- Las condiciones especificas de carga

g.- Las consideraciones de usos impuestas

h.- Las propiedades de los materiales, procesos de produccin y la necesidad de

funciones especiales como desarmar o mover

Existen caractersticas para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una

funcin especfica. Los siguientes puntos son algunas de estas caractersticas:

economa, necesidades estructurales especiales, problemas de diseo, problemas de

construccin, material y limitacin de escala.

16

2.2.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES.

Estructuras macizas: Son aquellas en las que la resistencia y la estabilidad se logran

mediante la masa, aun cuando la estructura no sea completamente slida.

Estructuras reticulares: Consiste en una red de elementos ensamblados.

Estructuras superficiales: Pueden tener alto rendimiento debido a su funcin doble

como estructura y envolvente, pueden ser muy estables y fuertes.

2.2.3 TIPOS DE ESTRUCTURAS

MUROS ESTRUCTURALES

Tiene dos elementos distintivos en la estructura general del edificio:

Muros: Utilizados para dar estabilidad lateral, as como apoyo a los elementos que

cubren el claro. Generalmente son elementos a compresin. Pueden ser monolticos o

entramados ensamblados de muchas piezas. Aunque no se utilizan para transmisin

de carga vertical se utilizan, a menudo, para dar estabilidad lateral.

Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de estos se

encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros de madera y

viguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de acero.

SISTEMA DE POSTES Y VIGAS

El uso de troncos y rboles en las culturas primitivas como elementos de

construccin fue el origen de este sistema bsico, la cual es tcnica constructiva

importantes del repertorio estructural. Los dos elementos bsicos son:

Poste: es un elemento que trabaja a compresin lineal y est sujeto a aplastamiento o

pandeo, dependiendo de su esbeltez relativa.

17

Viga: bsicamente es un elemento lineal sujeto a una carga transversal; debe generar

resistencia interna a los esfuerzos cortantes y de flexin y resistir deflexin excesiva.

La estructura de vigas y postes requiere el uso de un sistema estructural secundario

de relleno para producir las superficies de los muros, pisos y techos. Algunas

variaciones de este sistema son:

- Extensin de los extremos de las vigas

- Sujecin rgida de vigas y postes

- Sujecin rgida con extensin de los extremos de las vigas

- Ensanchamiento de los extremos del poste

- Viga continua

MARCOS RIGIDOS

Se denomina as cuando los elementos de un marco lineal estn sujetos rgidamente,

es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexin entre los miembros, este

sistema asume un carcter particular. Si todas las juntas son rgidas, es imposible

cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar la flexin de los

dems.

SISTEMAS PARA CUBRIR CLAROS PLANOS

Consiste en producir el sistema en dos sentidos del claro, en vez de uno solo. El

mximo beneficio se deriva de un claro en dos direcciones si los claros son iguales.

Otro factor importante para incrementar el rendimiento es mejorar la caracterstica de

la flexin de los elementos que cubren el claro.

SISTEMA DE ARMADURAS

Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede

estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno

18

rgido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes

condiciones:

- Uso de juntas rgidas

- Estabilizar una estructura lineal, por medio de arreglos de los miembros en

patrones rectangulares cooplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama

celosa.

Cuando el elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo

en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificacin: arco

o torre de celosa.

SISTEMA DE ARCO, BOVEDA Y CUPULA

El concepto bsico de arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso

de compresin interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado

geomtricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro

que no est fijo en la forma de resistencia al momento, con apoyos en el mismo nivel

y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro. La forma resultante

es la de una curva de segundo grado o parbola. La forma bsica es la curva convexa

hacia abajo, si la carga es gravitacional.

ESTRUCTURAS A TENSION

La estructura de suspensin a tensin fue utilizada ampliamente por algunas

sociedades primitivas, mediante el uso de lneas cuerdas tejidas de fibras o bamb

deshebrado. Desde el punto de vista estructural, el cable suspendido es el inverso del

arco, tanto en forma como en fuerza interna. La parbola del arco a compresin se

jala para producir el cable a tensin. El acero es el principal material para este

sistema y el cable es la forma lgica.

ESTRUCTURAS DE SUPERFICIES

Son aquellas superficies extensas, delgadas y que funcionan para resolver solo

fuerzas internas dentro de ellas. El muro que resiste la compresin, que estabiliza el

19

edificio al resistir el cortante dentro de un plano y al cubrir claros como una viga,

acta como una estructura de superficie. La bveda y la cpula son ejemplos de este

tipo.

Las estructuras de superficie ms puras son las que estn sometidas a tensin. Las

superficies a compresin deben de ser ms rgidas que las que soportan tensin,

debido a la posibilidad de pandeo.

SISTEMAS ESPECIALES

Estructuras infladas: Se utiliza inyeccin o presin de aire como recurso estructural

en una variedad de formas.

Estructuras laminares: es un sistema para moldear superficies de arco o bveda,

utilizando una red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en

planta.

Cpulas geodsicas: ideada para formar superficies hemisfricas, se basa en

triangulacin esfrica.

Estructuras de mstil: existen estructuras similares a los rboles, que tienen piernas

nicas para apoyo vertical y que soportan una serie de ramas. Requiere bases muy

estables, bien ancladas contra el efecto del volteo provocado por fuerzas

horizontales.

2.2.4 MATERIALES ESTRUCTURALES

CONSIDERACIONES GENERALES:

En el estudio o diseo de estructuras, interesa conocer las propiedades particulares de

los materiales. Estas propiedades pueden dividir en estructurales esenciales y

generales.

20

a) Propiedades estructurales esenciales:

Resistencia: puede variar para los diferentes tipos de fuerzas, direcciones, edades o

valores de temperatura o contenido de humedad.

Resistencia a la deformacin: grado de rigidez, elasticidad, ductilidad; variacin

con el tiempo, temperatura, etc.

Dureza: resistencia al corte de la superficie, raspaduras, abrasin o desgaste.

Resistencia a la fatiga: prdida de la resistencia con el tiempo; fractura progresiva;

cambio de forma con el tiempo.

Uniformidad de estructura fsica: vetas y nudos en la madera, agrietamiento del

concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la cristalizacin en los metales.

b) Las propiedades generales:

Forma: natural, remoldada o reconstituida.

Peso: como contribuyente a las cargas gravitacionales de la estructura.

Resistencia al fuego: combustibilidad, conductividad, punto de fusin y

comportamiento general de altas temperaturas.

Coeficiente de expansin trmica: relacionado con los cambios dimensionales

debidos a las variaciones de temperatura.

Durabilidad: resistencia al clima, pudricin, insectos y desgastes.

Apariencia: natural o modificada.

Disponibilidad y uso: materiales de la zona y uso moderado

21

La eleccin de materiales debe hacerse en base a las propiedades, estructurales y

generales. Se tiene que categorizar, segn su importancia.

TIPOS DE MATERIALES

MADERA.

De uso general en la construccin, las limitaciones de forma y tamao se han

ampliado mediante la laminacin y los adhesivos. Las tcnicas especiales de sujecin

han hecho estructuras de mayor tamao mediante un mejor ensamble. La

combustibilidad, la podredumbre y la infestacin de insectos se pueden retardar con

la utilizacin de impregnaciones qumicas. El tratamiento con vapor o gas amoniacal

puede hacer altamente flexible a la madera, permitindole asumir formas plsticas.

ACERO.

El acero se usa en gran variedad de tipos y formas en casi cualquier edificio. Es el

material ms verstil de los sistemas estructurales, tambin el ms fuerte, resistente

al envejecimiento y muy confiable en cuanto a la calidad. El acero es completamente

industrializado y est sujeto a estrecho control de su composicin y de los detalles de

su moldeo y fabricacin. Tiene las cualidades adicionales deseables de no ser

combustible y ser estable dimensionalmente con el tiempo y los cambios de

temperatura. Las desventajas son su rpida absorcin de calor y la prdida de

resistencia (cuando se expone al fuego), corrosin (cuando se expone a la humedad y

al aire).

CONCRETO.

La palabra concreto se usa para describir una variedad de materiales que tienen un

elemento en comn: el uso de un agente aglutinante o aglomerante para formar una

masa slida a partir de un agregado suelto inerte ordinario. Los tres ingredientes

bsicos del concreto ordinario son agua, agente aglomerante (cemento) y agregado

suelto (arena y grava).

22

El concreto ordinario puede tomar una gran variedad de formas, tiene varios

atributos, el principal es su bajo costo y la resistencia a la humedad, oxidacin, fuego

y los desgastes.

Su principal desventaja es la falta de resistencia al esfuerzo de tensin. Debido a su

amorfismo, su amoldado y acabado, presentan a menudo, los mayores gastos en su

uso. El precolado de fbrica en formas permanentes es una tcnica comn utilizada

para superar ese problema.

ALUMINIO.

Se usa para una gran variedad de elementos estructurales, decorativos y funcionales

en la construccin de edificios. Las principales ventajas son su peso ligero y su alta

resistencia a la corrosin. Entre las desventajas estn su suavidad, su baja rigidez, sus

grandes variaciones de dimensin por su expansin trmica, su baja resistencia al

fuego y su costo relativamente alto.

MAMPOSTERIA.

Se usa para describir una variedad de deformaciones que constan de elementos

separados entre s por algn elemento aglutinante. Los elementos pueden ser roca

bruta o cortada, losetas o ladrillos cocidos de arcilla, o unidades de concreto.

Tradicionalmente, el aglutinante es mortero de cemento-cal. El ensamble resultante

es similar a una estructura de concreto y posee muchas propiedades.

Dos importantes de la estructura de mampostera son la contraccin del mortero y el

agrietamiento por expansin trmica.

PLASTICOS.

Los elementos de plstico representan la mayor variedad de uso en la construccin de

edificios. Algunos de los principales problemas con los plsticos son su falta de

23

resistencia al fuego, escasa rigidez, expansin trmica e inestabilidad qumica o

fsica con el tiempo.

Algunos de los usos en la construccin son: sustituto del vidrio, revestimiento,

adhesivos, elementos moldeados y espumas.

MATERIALES DIVERSOS:

VIDRIO: el vidrio ordinario posee considerable resistencia, pero tiene la

caracterstica indeseable de ser frgil y de fcil fragmentacin por impacto. Un

tratamiento especial puede aumentar su resistencia a las cargas y al impacto, pero es

costoso para usarlo en grandes cantidades. Es inconcebible el uso de este material en

construcciones de gran escala. Sin embargo, se usa para revestimientos, as como

ventaneara transparente.

FIBRA DE VIDRIO: es una forma fibrosa, en la cual es capaz de acercarse a su

resistencia ideal

En el Ecuador los materiales ms utilizados en la construccin de prticos, galpones

industriales, soportes de tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa son el

acero estructural y el concreto armado, siendo estas estructuras parte de la presente

investigacin a la cual se pretender prevenir los daos causados por la presin del

viento.

2.2.5 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS.

Viento.- Corriente de aire producida en la atmsfera por causas naturales

Presin de viento.- Es la accin o efecto de apretar o comprimir mediante la fuerza

ejercida por el viento sobre la unidad de superficie

Edificacin.- Construccin fija, hecha con materiales resistentes, para la habitacin

humana o para otros usos.

24

Estructura.- Armadura, generalmente de acero u hormign armado, que, fija la

estructura al suelo, sirve de sustentacin a un edificio.

Vientos alisios.- Los alisios son vientos que soplan siempre en la misma direccin,

desde los trpicos hacia el ecuador. Son vientos constantes de pequea intensidad

(unos 20 km/h).

Huracanes.- Son vientos fuertes segn la escala de Beaufort, los vientos mayores a

117 km/h, se los denomina como huracanes.

Veleta.- Instrumento metlico, ordinariamente en forma de saeta, que se coloca en

lo alto de un edificio, de modo que pueda girar alrededor de un eje vertical impulsada

por el viento, y que sirve para sealar la direccin del mismo

Normativa de diseo por viento.- Reglas que se deben seguir o a que se deben

ajustar para el diseo por viento.

Resistencia al viento.- Tolerar, aguantar o resistir a la accin de la presin del

viento.

Elemento estructural.- Cada una de las piezas que conforman la estructura total.

Falla estructural.- Dao material de un elemento que conforma la estructura el cual

pierde su resistencia.

Rfaga.- Viento fuerte y de corta duracin.

Empuje.- Fuerza producida por el viento

2.3 FUNDAMENTACION LEGAL.

El Cdigo Ecuatoriano de la construccin en su publicacin del INEN 2001, dice:

Todos los edificios, y cada una de sus partes, deben disearse y construirse para

sostener dentro de las limitaciones de los esfuerzos especificadas en este cdigo,

25

todas las cargas muertas y todas las otras cargas determinadas en esta parte o

cualquier otra parte de este cdigo, las cargas de impacto deben considerarse en el

diseo de cualquier estructura, cuando se prevea que puede ocurrir.

La Normativa de Diseo por Viento para nuestro pas pretende normar el clculo de

la carga por viento y la obtencin de la velocidad de diseo contando con los valores

de velocidad del viento emitidas por el INAMHI obtenidas bajo sus propias

normativas, adems para la configuracin de estructuras se apoyar en las normas,

CEC 2002, ACI-318S-05, UBC, AISC y otros.

2.4. RED DE CATEGORIAS FUNDAMENTALES

VARIABLE INDEPENDIENTE VARIABLE DEPENDIENTE

2.5 HIPOTESIS.

La normativa de diseo por viento ser necesaria para evitar daos en prticos,

galpones industriales, soportes de tubera y estructuras tridimensionales en celosa

para el Ecuador.

CONSTRUCCIONES CIVILES

SEGURIDAD ESTRUCTURAL

NORMATIVA DE DISEO

DISEO DE ESTRUCTURAS

ESTABILIDAD DE EDIFICACIONES

ANLISIS DE CARGAS

SISTEMA ESTRUCTURAL PORTICOS ..

TIPO DE EDIFICACIONES

26

2.6 VARIABLES

2.6.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

Normativa de diseo por viento para el Ecuador

2.6.2 VARIABLE DEPENDIENTE

Evitar daos en prticos, galpones industriales, soportes de tubera, y estructuras

tridimensionales en celosa.

27

CAPITULO III

METODOLOGIA

3.1 MODALIDAD BASICA DE LA INVESTIGACION

La investigacin sobre el tipo de estructuras como prticos, galpones industriales,

soportes de tuberas, y estructuras tridimensionales en celosa que se utilizan en obras

civiles para el Ecuador, es CUALITATIVA por que permitir analizar sus

caractersticas como forma, altura, rigidez, etc., para realizar su diseo de presiones

por viento ptimo.

Tambin la investigacin sobre la creacin de la normativa de diseo por viento de

estructuras, es CUANTITATIVA por que se realizar la tabulacin y clculos

matemticos que permitan encontrar la velocidad de diseo y la presin que ejerce el

viento sobre las estructuras.

3.2 NIVEL O TIPO DE INVESTIGACION

El tipo de investigacin para el desarrollo de la normativa de diseo por viento para

evitar daos en prticos, galpones industriales, soportes de tuberas, y estructuras

tridimensionales en celosa que se utilizan en obras civiles ser documental

bibliogrfica por que se requiere crear dicha normativa y calcular las presiones del

viento sobre stas estructuras, para esto es necesario contar con investigaciones,

ensayos y reglamentos realizados, y tambin con criterios de varios investigadores

que son expertos en este tema.

28

3.3 POBLACION Y MUESTRA

3.3.1 POBLACION

El universo de estudio para la creacin de la normativa de diseo por viento esta

direccionado a: prticos, galpones industriales, soportes de tubera y estructuras

tridimensionales en celosa para el Ecuador.

3.3.2 MUESTRA

El tipo de muestreo que se tiene es el probabilstico es decir que las estructuras

seleccionas para el diseo son de forma individual y directa.

3.4 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES

29

3.4.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

CUADRO No.2

NORMATIVA DE DISEO POR VIENTO

CONCEPTO CATEGORIA A MEDIR INDICADOR INDICE HERRAMIENTA

La normativa de diseo por viento son los procedimientos y reglas que se deben seguir o ajustar para determinar las velocidades de diseo y las fuerzas por viento que deben emplearse en el diseo de los diferentes tipos de estructuras que se proponen.

1 . P R O C E S O LO G I C O 2. CONTENIDO 3. REFERENCIACION

FACTORES DE

DISEO

COMPRENSIBLE

FORMULAS

TEXTOS

CUADROS

- DIRECCION DE ANALISIS -- FACTORE DE CARGA Y RESISTENCIA - SEGURIDAD CONTRA EL VOLTEO - SEGURIDAD CONTRA EL DESLIZAMIENTO. - PRESIONES INTERIORES. - SEGURIDAD DURANTE CONSTRUCCION. - EFECTO DE GRUPO DEBIDO A CONSTRUCCIONES VECINAS. - ANLISIS ESTRUCTURAL. - ITERACCION SUELO ESTRUCTURA - CLARA - CONCRETA - CLARA - COMPRENSIBLE

- MAPAS ISOSISTAS CALCULOS MATEMATICOS - ORDENANZAS MUNICIPALES - TABLAS DE CLASIFICACION CALCULOS MATEMATICOS REDACCION REDACCION

30

3.4.2 VARIABLE DEPENDIENTE

CUADRO No.3

EVITAR DAOS EN PORTICOS, GALPONES INDUSTRIALES, SOPORTES DE TUBERIA

Y ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES EN CELOSIA

CONCEPTO CATEGORIA A MEDIR INDICADOR INDICE HERRAMIENTA

Los daos estructurales pueden ser evitados mediante un control de fuerzas o presiones que ejerce sobre las diferentes estructuras, tales como prticos, galpones industriales, soportes de tuberas y estructuras tridimensionales en celosa, las mismas que son formas estructurales compuestas de piezas o elementos como, columnas, vigas, muros, etc., de hormign armado o elementos de perfilara metlica en celosas, que soportan cargas muertas, vivas, ssmicas, de viento y otras.

1. TIPO DE ESTRUCTURAS 2. CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS

- RIGIDAS - FLEXIBLES

- IMPORTANCIA

- RESPUESTA A LA ACCION DEL VIENTO

- BAJO PERIODO DE VIBRACION - ALTOS PERIODO DE VIBRACION - GRUPO A SEGURIDAD MUY ELEVADA - GRUPO B SEGURIDAD MODERADA - GRUPO C BAJO GRADO DE SEGURIDAD - TIPO 1, ESTRUCT. POCO SENSIBLES A LAS RAFAGAS Y LOS EFECTOS DINAMICOS DEL VIENTO - TIPO 2, ESTRUCT. SENSIBLES A LAS RAFAGAS DE CORTA DURACION ENTRE 1 5 seg. - TIPO 3, ESTRUCT. CILINDRICAS Y PRISMATICAS ESBELTAS. - TIPO 4, ESTRUCT. LARGOS PERIODEOS DE VIBRACION.

- CALCULOS MATEMATICOS OBSERVACION CALCULOS MATEMATICOS

31

3.5 PLAN DE RECOLECCION DE INFORMACION

Anlisis de la velocidad del viento que se puede utilizar en el clculo de la presin.

Evaluacin de la presione de viento que se generan en las diferentes regiones

del Ecuador.

Revisin de las presiones de viento obtenidas en otras normativas o cdigos de pases vecinos.

3.6 PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION

Redaccin y desarrollo del proceso lgico de la normativa de diseo por viento.

Obtencin de las velocidades de viento para el diseo de las estructuras.

Anlisis de parmetros que influyen en el clculo de la presin del viento

32

CAPITULO IV

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

4.1 ANALISIS

La elaboracin de la normativa de diseo por viento direccionada a prtico, galpones

industriales, soportes de tubera y estructuras tridimensionales en celosa para el

Ecuador, est basada principalmente en la velocidad del viento de todas las regiones

del pas. Esta velocidad ha sido medida mediante veletas que son aparatos

debidamente calibrados y se encuentran en las estaciones meteorolgicas ubicadas en

la mayora de las ciudades y estn a cargo del Instituto Nacional de Meteorologa e

Hidrologa INAMHI.

Los registros de velocidades del viento en el Ecuador servir para el desarrollo de

ste tema investigativo, los mismos que se tabularn con procedimientos estadsticos

que nos permitan tener una idea clara y precisa de la velocidad del viento.

4.2 INTERPRETACION

Para la interpretacin de resultados, debemos conocer primero los registros de

velocidades de viento que se han producido en el pasado y proyectarlos hacia el

futuro mediante procedimientos estadsticos que tengan un buen nivel de

confiabilidad.

En la siguiente tabla se detalla las estaciones de medicin y las ubicaciones en

coordenadas, obtenidas de los registros emitidos por el INHAMI, as como tambin

se muestra el mapa geogrfico que se grafic con las coordenadas de cada estacin

meteorolgica en el Ecuador.

33

TABLA No.2 Ubicacin de estaciones de medicin

ESTACION LATITUD (N-S) LONGITUD (E-W) ELEVACION "INGUINCHO" "M001" 0 15 30 N 78 24 3 W 3140 "LA TOLA" "M002" 0 13 46 S 78 22 0 W 2480 "ISOBAMBA" "M003" 0 22 0 S 78 33 0 W 3058 "RUMIPAMBA" "M004" 1 1 5 S 78 35 32 W 2680 "PORTOVIEJO UTM" "M005" 1 2 26 S 80 27 54 W 46 "PICHILINGUE" "M006" 1 6 0 S 79 27 42 W 120 "NUEVO ROCAFUERTE" "M007" 0 55 0 S 75 25 0 W 265 "PUYO" "M008" 1 30 27 S 77 56 38 W 960 "LA VICTORIA" "M009" 0 3 36 S 78 12 2 W 2262 "LA CONCORDIA" "M025" 0 1 36 N 79 22 17 W 379 "BAOS" "M029" 1 23 29 S 78 25 5 W 1695 "SAN SIMON" "M030" 1 38 45 S 78 59 52 W 2530 "CAAR" "M031" 2 33 5 S 78 56 15 W 3083 "LA ARGELIA LOJA" "M033" 4 2 11 S 79 12 4 W 2160 "MILAGRO I VALDEZ" "M037" 2 6 56 S 79 35 57 W 13 "SANGAY P. STA ANA" "M041" 1 41 35 S 77 57 0 W 880 "TENA" "M070" 0 59 5 S 77 48 50 W 665 "EL ANGEL" "M102" 0 37 35 N 77 56 38 W 3000 "SAN GABRIEL" "M103" 0 36 15 N 77 49 10 W 2860 "OTAVALO" "M105" 0 14 16 N 78 15 35 W 2550 "COTOPAXI" "M120" 0 37 9 S 78 34 19 W 3561 "PATATE" "M126" 1 18 1 S 78 30 0 W 2270 "CHILLANES" "M130" 1 58 32 S 79 3 48 W 2330 "GUAMOTE" "M134" 1 56 0 S 78 43 0 W 3020 "PACHAMAMA TIXAN" "M135" 2 11 42 S 78 46 54 W 3690 "BIBLIAN" "M137" 2 42 32 S 78 53 30 W 2640 "PAUTE" "M138" 2 46 39 S 78 45 32 W 2289 "CARIAMANGA" "M146" 4 20 0 S 79 33 16 W 1950 "MUISNE" "M153" 0 36 54 N 80 1 28 W 5 "CAYAPAS" "M154" 0 51 28 N 78 57 44 W 55 "EL CARMEN" "M160" 0 16 51 S 79 27 18 W 387 "PEDERNALES" "M168" 0 3 30 N 80 3 20 W 20 "ARENILLAS" "M179" 3 32 27 S 80 3 14 W 26 "MACHALA" "M185" 3 3 0 S 79 44 0 W 13 "PAPALLACTA" "M188" 0 21 54 S 78 8 41 W 3150 "GUALAQUIZA" "M189" 3 23 53 S 78 34 33 W 750 "YANZATZA" "M190" 3 50 15 S 78 45 1 W 830 "CHARLES DARWIN" "M191" 0 44 0 S 90 18 0 W 6 "SAN CRISTOBAL" "M221" 0 54 0 S 89 36 0 W 6 "QUEROCHACA" "M258" 1 24 0 S 78 35 0 W 2580 "VINCES" "M466" 1 32 57 S 79 45 0 W 14 "GUAYAQUIL U EST." "MA2V" 2 12 0 S 79 53 0 W 6

"TAMALON TABACUNDO" "MA2T" 0 2 0 N 78 14 0 W 2790 FUENTE: INAMHI

34

81

80

79

78

77

76

75 1 0 1 2 3 4 5

PR

OV

INC

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OCEANO

PACIFIC

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PERU

PERU

OCEANO PACIFICO

92

91

90

89

1 0 1

M00

1 M00

2

M00

3

M00

4M

005

M00

6

M00

7

M00

8

M00

9

M02

5

M02

9

M03

0 M03

1

M03

3

M03

7

M04

1

M07

0

M10

2M

103

M10

5

M12

0 M12

6

M13

0M

134

M13

5

M13

7M

138

M14

6

M15

3

M15

4

M16

0

M16

8

M17

9

M18

5

M18

8

M18

9

M19

0M25

8

M46

6

MA

2V

MA

2T

M19

1

M22

1

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A 200

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S E

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IST

ICO

S19

98-2

008

INH

AM

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ura

I.1 M

apa

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bica

cin

de

esta

cion

es m

eteo

rol

gica

s de

l Ecu

ador

35

Cada estacin meteorolgica registra velocidades de viento mensuales desde el ao

1985 hasta el 2008, tomando en cuenta que en algunas estaciones no existen

mediciones en un determinado mes del ao debido a mantenimientos o calibraciones

rutinarios en las veletas.

En los anexos del No. 1 al No. 43 se incluye todos los registros estadsticos de

velocidades de viento de las diferentes estaciones emitidos por el INHAMI.

Por ejemplo para la estacin meteorolgica QUEROCHACA M258 de la provincia

del Tungurahua El formato de datos de medicin de registros de velocidades es

como lo detalla la tabla No.3

Se puede observar claramente en esta estacin que las velocidades del viento en un

determinado ao son variables, los registros mensuales indican que la velocidad

media de viento es 13.2 m/s y la mxima es de 20 m/s equivalente 72 km/h que

segn la escala de viento de Beaufortr para vientos de 62 a 74 km/k los clasifica

como VIENTOS DUROS, estando al lmite de ser muy duros que van de 75 a 88

km/h, que no se descarta por la alteracin climtica

El diseo de las estructuras como prticos galpones industriales soportes de tuberas

y celosas tridimensionales tiene una relacin directa entre la vida til y el perodo de

retorno de las velocidades mximas esperadas, esto hace considerar que las

mencionadas estructuras se disearn para velocidades mximas esperadas.

Las velocidades mximas esperadas para el diseo de una estructura se puede

proyectar hacia el futuro mediante varios procedimientos estadsticos que de entre los

cuales utilizaremos la teora de los limites Mtodo Pearzon III o Binomial

36

TABLA No.3 Datos estadsticos de registros de velocidades de viento estacin Querochaca INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA E HIDROLOGIA DIRECCION DE INFORMATICA VIENTO MAXIMO MENSUAL Y DIRECCION (m/s) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ S E R I E S D E D A T O S M E T E O R O L O G I C O S ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ NOMBRE: QUEROCHACA(UTA) CODIGO: M258 PERIODO: 1980 - 2008 LATITUD: 1 24 0 S LONGITUD: 78 35 0 W ELEVACION: 2850 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ VALORES MENSUALES VALORES ANUALES AOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUMA MEDIA 1985 12.0 E 8.0 E 1986 10.0 E 10.0 E 10.0 E 14.0 E 10.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 8.0 E 10.0 E 14.0 E 134.0 11.1 1987 10.0 E 20.0 E 10.0 E 10.0 E 20.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 SE 16.0 SE 14.0 SE 14.0 E 20.0 SE 172.0 14.3 1988 10.0 SE 14.0 SE 14.0 SE 14.0 SE 10.0 E 20.0 SE 20.0 SE 14.0 SE 20.0 E 14.0 E 10.0 E 8.0 S 168.0 14.0 1989 14.0 E 20.0 N 14.0 E 10.0 E 14.0 E 18.0 E 20.0 SE 14.0 E 20.0 E 14.0 E 16.0 E 14.0 E 188.0 15.6 1991 12.0 SE 20.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 16.0 E 12.0 E 20.0 E 14.0 E 20.0 SE 8.0 E 14.0 E 178.0 14.8 1992 20.0 E 20.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 20.0 E 14.0 E 12.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 184.0 15.3 1993 18.0 E 20.0 E 14.0 SW 9.0 E 8.0 E 14.0 E 20.0 E 20.0 E 20.0 E 14.0 E 10.0 NE 12.0 E 179.0 14.9 1994 14.0 E 20.0 E 14.0 E 10.0 E 20.0 E 14.0 E 14.0 E 20.0 E 14.0 E 10.0 E 12.0 E 20.0 E 182.0 15.1 1995 16.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 E 10.0 E 12.0 E 20.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 162.0 13.5 1996 8.0 N 14.0 E 10.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 16.0 E 152.0 12.6 1997 10.0 SE 18.0 E 12.0 E 16.0 E 20.0 E 20.0 E 14.0 E 20.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 182.0 15.1 1998 14.0 E 20.0 E 12.0 E 14.0 E 12.0 SE 14.0 E 14.0 E 14.0 E 16.0 E 14.0 SE 14.0 W 14.0 E 172.0 14.3 1999 14.0 E 10.0 E 12.0 E 20.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 12.0 E 12.0 E 14.0 E 10.0 E 6.0 E 148.0 12.3 2000 10.0 E 8.0 E 12.0 E 8.0 E 10.0 W 14.0 E 14.0 E 14.0 E 8.0 SE 14.0 E 12.0 E 14.0 E 138.0 11.5 2001 12.0 E 14.0 E 14.0 E 14.0 E 12.0 E 14.0 E 12.0 E 12.0 E 10.0 E 2002 12.0 E 14.0 E 8.0 SE 14.0 E 14.0 E 14.0 E 20.0 E 14.0 E 10.0 E 10.0 E 10.0 E 14.0 E 154.0 12.8 2003 8.0 E 14.0 E 10.0 E 8.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 12.0 E 12.0 E 12.0 E 11.0 SE 139.0 11.5 2004 13.0 SE 10.0 E 13.0 E 11.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 10.0 E 12.0 E 8.0 E 2005 14.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 E 10.0 E 14.0 E 18.0 E 11.0 E 20.0 E 14.0 E 8.0 E 6.0 E 153.0 12.7 2006 14.0 E 8.0 E 10.0 E 8.0 E 10.0 E 14.0 E 14.0 E 8.0 E 10.0 E 12.0 E 8.0 E 10.0 SE 126.0 10.5 2007 10.0 E 10.0 E 14.0 E 7.0 SE 9.0 E 14.0 E 14.0 SE 10.0 E 10.0 E 12.0 E 8.0 E 2008 12.0 E 20.0 E 10.0 E 20.0 NW 10.0 E 10.0 E 14.0 E 12.0 E 12.0 E 6.0 E 10.0 SE suma 275.0 332.0 265.0 269.0 269.0 296.0 316.0 307.0 306.0 274.0 248.0 271.0 3428.0 285.6 media 12.5 15.0 12.0 12.2 12.8 14.0 15.0 14.6 13.9 13.0 11.2 11.7 158.4 13.2 mnima 8.0 8.0 8.0 7.0 8.0 10.0 10.0 8.0 8.0 8.0 6.0 6.0 6.0 mxima 20.0 20.0 14.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 16.0 20.0 20.0 amplit 12.0 12.0 6.0 13.0 12.0 10.0 10.0 12.0 12.0 12.0 10.0 14.0 14.0 desvia 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 coefi- 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 ciente-variacion FUENTE: INAMHI

37

4.2.1 CURVA DE PEARSON III O CURVA BINOMIAL.

En la teora de los valores lmites el inters principal no est en el promedio, sino en

los valores ms bajos o ms altos de la variable bajo estudio, es decir, el inters est

en los eventos asociados a los lmites ms alto o ms bajo de la distribucin. Por

ejemplo en la climatologa es necesario conocer el comportamiento de velocidades

extremas de vientos, huracanes, etc.

Este tipo de curvas es aplicable para registros de velocidades mximos o registros

medios, siempre que Cs sea mayor o igual que 2 Cv.

Donde:

a = Es una funcin de la moda y de la media aritmtica

g(a) = Integral de Euler de segundo grado

Figura No.2 Curva Binomial

Donde:

= Ordenada de la curva terica (para valores de: )

es una funcin de P%, Cs y se obtiene de la siguiente tabla propuesta en este mtodo.

( )( ) ( )dxeXP X

X

aaaa

aga --= 1

P(%)

X`

Cs>2Cv

Cs=2Cv

Cs

38

TABLA No 4. De probabilidades en porcentaje ()

Cs 0.01 0.1 1 2 5 10 25 50 75 80 90 95 99 99.9

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0

3.72 3.94 4.16 4.38 4.61 4.83 5.05 5.28 5.5

5.73 5.96 6.18 6.41 6.64 6.87 7.09 7.31 7.54 7.76 7.98 8.21

3.09 3.23 3.38 3.52 3.66 3.81 3.96 4.10 4.24 4.38 4.53 4.67 4.81 4.95 5.09 5.28 5.37 5.50 5.64 5.77 5.91 6.06 6.20 6.34 6.47 6.60 6.73 6.86 6.99 7.12 7.25

2.33 2.40 2.47 2.54 2.61 2.62 2.75 2.82 2.89 2.96 3.02 3.09 3.15 3.21 3.27 3.33 3.39 3.44 3.50 3.55 3.60 3.65 3.70 3.75 3.79 3.83 3.87 3.91 3.95 3.99 4.02

2.06 2.11 2.16 2.21 2.26 2.31 2.35 2.40 2.45 2.50 2.54 2.58 2.62 2.61 2.71 2.74 2.78 2.82 2.85 2.88 2.91 2.94 2.97 3.00 3.03 3.06 3.09 3.12 3.15 3.18 3.20

1.64 1.67 1.70 1.72 1.75 1.77 1.80 1.82 1.84 1.86 1.88 1.89 1.91 1.92 1.94 1.95 1.96 1.97 1.98 1.99 2.00 2.00 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.02 2.02 2.02

1.28 1.20 1.30 1.31 1.32 1.33 1.33 1.33 1.34 1.34 1.34 1.34 1.34 1.34 1.34 1.33 1.33 1.32 1.32 1.31 1.30 1.29 1.28 1.27 1.25 1.24 1.23 1.21 1.20 1.19 1.18

0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.59 0.58 0.57 0.55 0.54 0.52 0.51 0.49 0.47 0.46 0.44 0.42 0.40 0.39 0.37 0.35 0.33 0.32 0.30 0.28 0.26 0.24 0.22 0.20

0.00 -0.02 -0.03 -0.05 -0.07 -0.08 -0.10 -0.12 -0.13 -0.15 -0.16 -0.18 -0.19 -0.21 -0.22 -0.24 -0.25 -0.27 -0.28 -0.29 -0.31 -0.32 -0.33 -0.34 -0.35 -0.36 -0.37 -0.38 -0.38 -0.39 -0.40

-0.67 -0.68 -0.69 -0.70 -0.71 -0.71 -0.72 -0.72 -0.73 -0.73 -0.73 -0.74 -0.74 -0.74 -0.73 -0.73 -0.73 -0.72 -0.72 -0.72 -0.71 -0.70 -0.69 -0.68 -0.67 -0.66 -0.65 -0.64 -0.62 -0.61 -0.60

-0.84 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.85 -0.84 -0.84 -0.84 -0.83 -0.82 -0.81 -0.81 -0.80 -0.79 -0.78 -0.77 -0.75 -0.74 -0.72 -0.70 -0.68 -0.67 -0.63 -0.64 -0.62

-1.28 -1.27 -1.26 -1.24 -1.23 -1.22 -1.20 -1.18 -1.17 -1.15 -1.13 -1.10 -1.08 -1.06 -1.04 -1.02 -0.99 -0.97 -0.94 -0.92 -0.90 -0.87 -0.85 -0.82 -0.79 -0.77 -0.74 -0.72 -0.70 -0.67 -0.67

-1.64 -1.61 -1.58 -1.55 -1.52 -1.49 -1.45 -1.42 -1.38 -1.35 -1.32 -1.28 -1.24 -1.20 -1.17 -1.13 -1.10 -1.06 -1.02 -0.98 -0.95 -0.92 -0.89 -0.85 -0.82 -0.79 -0.76 -0.74 -0.71 -0.69 -0.65

-2.33 -2.25 -2.18 -2.10 -2.03 -1.96 -1.88 -1.81 -1.74 -1.66 -1.59 -1.52 -1.45 -1.38 -1.31 -1.26 -1.20 -1.14 -1.09 -1.04 -0.99 -0.95 -0.90 -0.87 -0.83 -0.80 -0.77 -0.74 -0.71 -0.69 -0.66

-3.09 -2.95 -2.81 -2.67 -2.54 -2.40 -2.27 -2.14 -2.02 -1.90 -1.79 -1.68 -1.58 -1.48 -1.39 -1.31 -1.24 -1.17 -1.11 -1.05 -1.00 -0.95 -0.91 -0.87 -0.83 -0.80 -0.78 -0.74 -0.71 -0.69 -0.67

Ejemplo, utilizando los coeficientes Cs (coeficiente de asimetra) de la tabla anterior

recomendados por el autor en la curva de Gumbel, Calcularemos la velocidad de

viento mximo de la estacin de Querochaca para una probabilidad de 15%,

aplicando el presente mtodo.

DATOS ESTACION QUEROCHACA M258.

Para el presente clculo se escogi las velocidades mximas de cada ao desde el

perodo 1985 al 2008, las mismas que se procedi a ordenarles en forma decreciente

de la siguiente manera.

39

TABLA No 5. Clculo estadstico mtodo PERASON III n Vmx AO Vmx P(%) Ki Ki-1 (Ki-1)

2 (Ki-1)3

cronolgico decreciente

1 12 1985 20 4.17 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

2 14 1986 20 8.33 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

3 20 1987 20 12.5 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

4 20 1988 20 16.67 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

5 20 1989 20 20.83 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

6 20 1991 20 25 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

7 20 1992 20 29.17 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

8 20 1993 20 33.33 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

9 20 1994 20 37.5 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

10 20 1995 20 41.67 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

11 18 1996 20 45.83 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

12 20 1997 20 50 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

13 20 1998 20 54.17 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

14 20 1999 20 58.33 1.12740 0.12740 0.01623 0.00207

15 14 2000 18 62.5 1.01466 0.01466 0.00021 0.00000

16 14 2001 14 66.67 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

17 20 2002 14 70.83 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

18 14 2003 14 75 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

19 14 2004 14 79.17 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

20 20 2005 14 83.33 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

21 14 2006 14 87.5 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

22 14 2007 14 91.67 0.78918 -0.21082 0.04445 -0.00937

23 20 2008 12 95.83 0.67644 -0.32356 0.10469 -0.03387

= 408 = 0.64325 -0.07052

17.74_

X

1710.01

)( 2__

1 =-

-= =

n

XKiCv

n

i

6411.0)1(

)1(

3

3

1 -=-

-= =

Cvn

KiCs

n

i

%57.3(%)_

==n

Cvx

%96.14(%)2

1 2=

+=

nCv

Cv

%88.80(%)5616

2

53

=++

=Cs

CvCvn

Cs

1100%

+=

ntni

xP -=X

VKi

max

40

Se observa que el error del Cs, es muy alto, debido a que la serie, es muy corta, se

recomienda calcular Cs, para series mayor a 100 datos.

Con el valor de Cs encontramos los valores de , de la tabla anterior (Probabilidades

en porcentajes)

Reemplazamos los valores obtenidos y mediante la presente ecuacin, determinamos

los valores de velocidades mximas, para las diferentes probabilidades.

TABLA No 6. Resultados de las velocidades mximas

T = 1 / (P%) P% Vp%Aos Cs=0.34

Tabla No210000 0.01 4.47 31.30

1000 0.10 3.58 28.60

100 1.00 2.57 25.54

50 2.00 2.23 24.50

20 5.00 1.73 22.99

10 10.00 1.31 21.71

4 25.00 0.64 19.68

2 50.00 -0.06 17.56

1.33 75.00 -0.7 15.62

1.11 90.00 -1.24 13.98

1.05 95.00 -1.54 13.07

1.01 99.00 -2.07 11.46

1.00 99.90 -2.62 9.79

Figura No 3. Curva de velocidades mxima vs probabilidad

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

VE

LO

CID

AD

MA

X P

RO

B. m

/s

P(%)

CURVA Vmax prob. VS P%

VELOCIDAD MAX. PROB. Vs P% LINEA DE TENDENCIA Vmax prob m/s

34.0)1710.0(2

2CvCs que considera se ;0.275.31710.06410.0

==

=-=-

=

CsCvCs

)1(%__

CvXXp f+=

41

Como el ejemplo de clculo nos pide la velocidad de viento mxima para un

probabilidad del 15% ingresamos a la curva graficada Vmax vs. Vmax prob, y

determinamos en las ordenadas la velocidad mxima V15% = 22 m/s. Que

corresponde a un perodo de retorno de 6.67 aos:

T = 1 / P% = 1 / (15/100) = 6.67 aos

Hay precisar que esta velocidad calculada corresponde solo a esta localidad donde

fue medido.

El procedimiento para las dems estaciones ubicadas en todo el pas es similar sus

clculos podemos observar en los anexos desde el No. 55 al No.95, una vez obtenido

de todas las estaciones los datos correspondientes podemos triangular e interpolar

valores para determinar las curvas de velocidades (mapa de isotacas) para la

repblica del Ecuador, mapa que ser fundamental para la obtencin de las

velocidades de viento en cualquier zona del pas

Interpretacin

Se puede observar claramente en esta estacin calculada que la velocidad de viento

mxima dentro de la categora de Beafurt se considera como DURA y esta aumenta

en funcin del perodo de retorno, que en las estructuras estn directamente ligadas

con la vida til. Esto sucede en diferentes zonas del pas y lo podremos observar en

los mapas de isotacas.

En nuestro pas se ha ignorado este fenmeno natural del viento, dando lugar a malos

diseos y como consecuencias sus respectivas fallas en los diseos estructurales

Con la tabulacin realizada y