tenso estructuras [modo de compatibilidad] · sistema de tubos. multi-sensor de presiones de 16...

REPRESENTACIÓN REGIONALEN EL ESTADO DE YUCATÁN

SEMINARIO SOBRE EL RIESGO EN ESTRUCTURASPOR EFECTOS DEL VIENTO

MÉRIDA, YUC., 3 JULIO DE 2010

AVANCES EN LOS ESTUDIOS SOBRE VIENTOQUE SE REALIZAN EN LA REGIÓN

ANÁLISIS POR VIENTO DEESTRUCTURAS DE MEMBRANAESTRUCTURAS DE MEMBRANA

Dr. Mauricio Gamboa-Marrufo




INTRODUCCIÓN

En este seminario se presentan los resultados del proyecto“Análisis por viento de estructuras de membrana” aprobadopor el CONACYT en el marco del programa México-Hungría(NKTH) 2008-2010.

Se expone el trabajo realizado en la Facultad de Ingeniería dep j gla UADY en una tenso-estructura con geometría común y losresultados obtenidos en la Budapest University of Technologyand Economics en la mismaand Economics en la misma.




Estructura de membrana

INTRODUCCIÓN

Estructura de membranao Tenso-Estructuras

• Facilidad de cubrir grandes claros.Facilidad de cubrir grandes claros.• Ligereza y fácil ensamblaje.• Mínimo consumo de materiales.• Novedosos y atractivos diseños• Novedosos y atractivos diseños.

El diseño de este tipo de estructurastendrá que llevarse a cabo medianteqlas recomendaciones de expertos enla materia y en pruebas de túnel de

viento (CFE Viento Ed 2008)viento (CFE Viento Ed. 2008)

4.4.6 Respuesta dinámica de cubiertasdeformables con forma cónica.

Pista de Patinaje en el ParqueOlímpico de Munich, Alemania

(4.4.1.20 – 4.4.1.23)




INTRODUCCIÓN

La determinación de la carga por viento, específicamente laobtención de los coeficientes de presión a utilizar durante eldiseño de estructuras de membrana , es particularmentecomplicada debido a las geometrías que adoptan lassuperficies de este tipo de estructuras.

En el caso de tenso estructuras con claros extensos laspresiones deben obtenerse por medio de experimentos entúneles de vientotúneles de viento.

En el caso de tenso estructuras más pequeñas, a menudolas presiones se aproximan con base en experimentoslas presiones se aproximan con base en experimentosanteriores de superficies similares o basándose en lasrecomendaciones para cubiertas inclinadas proporcionadas

l l d di ñen los manuales de diseño.




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 estesuperficies hiperbólicas. Una que consiste en utilizar en toda lasuperficie un coeficiente de presión, Cp, de -0.7 y otra en la quela superficie queda sujeta a un Cp de 0.3.p q j p

En Hungría múltiples estructuras de membrana han sidodiseñadas basándose en coeficientes de presión aproximadosdeterminándolos con una función del ángulo entre el vectornormal a la superficie y la dirección del viento. La función seproporciona originalmente para cubiertas planas.p p g p p

Usualmente los coeficientes de presión se calculan para cadaelemento del modelo numérico de la cubierta con base en laf ió i d ifunción mencionada anteriormente.




ESTRUCTURAS ANALIZADAS

Superficie analizada




OBTENCIÓN DE COEFICIENTES DE PRESIÓN - FIUADY

Túnel aerodinámico de la FIUADY

Acometida, Rectificadores y Mallas Zona de Pruebas Difusor

Zona de Contracción Ventilador

3.0 x 3.0 m 1 x 1 m a D=1.378 mcon 3.102 m de largo

Ventilador

3 x 3 m a 1 x 1 m con 3 6 m de largo

1.0 x 1.0 m con 1.5 m de largo D=1.378 m - 125 HP

Acometida de 3 x 3 m, Zona de pruebas de 1 x 1 x 1.5 m, Ventilador de 125 HP y 1.378 m de diámetroL it d t t l d 12 5 iti d l id d l d b d 35 / (126 k /h )3 x 3 m a 1 x 1 m con 3.6 m de largo Longitud total aprox. de 12.5 m, permitiendo velocidades en la zona de pruebas de 35m/s (126 km/hr)





ModelaciónLos modelos utilizados fueron construidos de plaster, material rígido yresistente por medio de una impresora láser 3 D de la Z Corporationresistente, por medio de una impresora láser 3-D de la Z-Corporationmodelo Spectrum z510. De esta manera se obtuvieron modelos con lageometría exacta de las tenso estructuras analizadas.





ModelaciónLa estructura analizada fue construida a escala 1:260 dejando orificios paramedir presiones convenientemente distribuidos en la superficie hiperbólicamedir presiones convenientemente distribuidos en la superficie hiperbólica.Las dimensiones del modelo son de 385 mm diagonalmente y 71 mm dealtura.





InstrumentaciónLos orificios para medir presiones se conectaron a un multi-sensor depresiones de 16 canales marca Esterline modelo 9116 por medio de unpresiones de 16 canales marca Esterline, modelo 9116 por medio de unsistema de tubos.

Multi-sensor de presiones de 16 canalesSistema de tubos para conexión





Coeficientes de presiónTodas las presiones obtenidas se presentan en este trabajo como coeficientesde presión Cp que se definen como:de presión, Cp, que se definen como:

20)( ppppresióndeLecturaCp ∞−

== 221)( rr upeferenciaRdeDinámicaPresión

Cpρ

Donde:

• p0 es la presión local en la superficie.• p∞ es la presión estática del flujo inalterado aplicado al otro lado

d l di f d l t d t d idel diafragma del transductor 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





Experimentación• Durante cada experimento el modelo fue sujeto a un flujo de viento

laminarlaminar.• El modelo se localizó en el centro del área de trabajo del túnel de viento a100 mm de la entrada del flujo de viento al mismo.

Localización del modelo en el área de trabajo del túnel de viento





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/s2 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.




COEFICIENTES DE PRESIÓN APROXIMADOS

Norma Húngara (Techos planos)El cálculo de los coeficientes de presión, Cp, en la Norma Húngara paratechos planos se realiza con la siguiente tabla que se basa en el ángulo entretechos planos se realiza con la siguiente tabla que se basa en el ángulo entrela dirección del viento y el vector normal entrante a la superficie:

α 0<α<30° 30°<α<75° 75°<α

surface ofthe roof

Superficie del techo

cp 0.6 1.4·(75°‐α)/45‐0.8 ‐0.8 wind directionDirección del viento

normal vectorof the roof

α

Vector normal al techo




RESULTADOS

Cp’s – Viento Dirección 1

N Hú (T h l )Tú l d i t FIUADY Norma Húngara (Techos planos)Túnel de viento FIUADY

0.37 0.24

-0.64 -0.60




RESULTADOS



0.39 -0.04

-0.56 -0.60




RESULTADOS



0.40 0.51

-1.50 -0.60




RESULTADOS

Fuerzas Internas correspondientes a Cp’sYa que los valores máximos de los coeficientes de presión, Cp, no sonsuficientes para decidir si un coeficiente de presión aproximado está delsuficientes para decidir si un coeficiente de presión aproximado está dellado de la seguridad, las fuerzas internas fueron calculadas con base en losdiferentes coeficientes de presión.

El análisis de la estructura se realizó por el Método de RelajaciónDinámica. Durante el análisis estático la presión dinámica fue de 1 kN/m2.




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 240 74 0 256 113 0Viento dirección 1,

Cp experimental 365 0 2 263 0 5Viento dirección 1,

Cp basado en función 450 138 0 176 0 8Viento dirección 2,

Cp experimental 340 176 0 330 0 8Viento dirección 2,

Cp basado en función 451 243 0 260 0 16Viento dirección 3,

Cp experimental 519 88 0 336 0 8Viento direction 3,

Cp basado en función. 450 243 0 362 0 14P ió t tPresión constante

Cp = - 0.7 519 278 0 180 0 16Presión constante

Cp = 0.3 203 8 0 291 211 0




RESULTADOS

Fuerzas en cables (kN) – Viento Dirección 3Norma Húngara (Techos planos)Túnel de viento FIUADY

0.519 0.450

00

Eurocódigo Cp = -0.7

0.519

0




CONCLUSIONES

Los resultados indican que, en el caso de la estructura analizada, el uso dela función aplicada a menudo en Hungría para la determinación dela función aplicada a menudo en Hungría para la determinación deCoeficientes de Presión, así como los dos casos de carga propuestos por lanorma europea EN 13782:2005 (E), dan resultados similares a los

i t l L á i f l l d b l iexperimentales. La máxima fuerza calculada con base en los cincodiferentes conjuntos de coeficientes de presión aproximados son cercanos alas fuerzas máximas obtenidas en los tres conjuntos de coeficientes depresión experimentales.




GRACIAS!¡GRACIAS!

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