TALLER SOBRE LA ACTUALIZACIÓN DEL REGLAMENTO DE
CONSTRUCCIONES DEL DF
DISEÑO POR VIENTO
Dr. Alberto López López
3 y 4 de Junio de 2005
INDICE
• INTRODUCCIÓN
• FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
• OBJETIVO
• REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y LA NTC-DISEÑO POR VIENTO DEL RCDF, 2004
• ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE REGIONALIZACIÓN EÓLICA
• REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL D.F.
• NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
• EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN
INTRODUCCIÓN
Retrato de la edad media, muestra los furiosos dioses del vientoque hacen encallar al héroe griego Eneas delante de la costa
de Cartago.
INTRODUCCIÓN
La “torre de los vientos” de más de 2000 años de edad que se halla al pie de la Acrópolis en Atenas, asigna diferentes dioses del viento a cada uno de los ocho puntos cardinales.
El dios más temido era “Boreas”, muy frío y tormentoso, que soplaba del norte.
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
Efecto de la variación de la temperatura con la altura sobre el nivel del mar.
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
Ejemplo de experimento para demostrar la circulación de la atmósfera como resultado de variaciones de la temperatura
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
Si las columnas de aire en el experimento anterior representaranlas columnas de aire sobre el ecuador y sobre los polos, se
tiene entonces el proceso de circulación de la atmósfera en latierra.
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
Atmósfera Desplazamiento
Estados de la atmósfera: estabilidad positiva, inestabilidad y estabilidad neutra. Estos estados generan las condiciones
climáticas y de tormenta en una región.
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
La rotación de la tierra genera sobre las partículas de aire efectos centrífugos que inducen movimiento.
OBJETIVO
Presentar la metodología actual, los criterios y aplicaciones
relevantes para el diseño de estructuras contra la acción del viento, con base en las nuevas
NTC-2004 del RCDF
ALCANCE DE LA NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
Se amplían los requisitos de diseño por viento contenidos en el Capítulo VII del Título
Sexto del RCDF-2004.
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
ALCANCE DE LA NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
Se aplicarán los procedimientos indicados conforme a los
criterios generales de diseño especificados en el Título
Sexto del RCDF-2004
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
CAPÍTULO I GENERALIDADESArt. 139.- Para los efectos de este título las construcciones
se clasifican según su importancia y destino en dos
grupos: A y B
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
Capítulo III DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Art. 147.- Toda estructura y cada una de sus partes deben
diseñarse para cumplir con dos requisitos básicos:
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
I. Tener seguridad adecuada contra la aparición de todo
estado límite de falla posible ante las combinaciones de
acciones más desfavorables que puedan presentarse durante su vida esperada
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
II. No rebasar ningún estado límite de servicio ante
combinaciones de acciones que corresponden a
condiciones normales de operación
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
Art. 150.- En el diseño de toda estructura deben tomarse en
cuenta los efectos de las cargas muertas, de las cargas vivas, del sismo y del viento, cuando este
último sea significativo…
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
Art. 151.- Se considerarán tres categorías de acciones, de
acuerdo con la duración en que obren sobre las estructuras
con su intensidad máxima, las cuales están contenidas en las
Normas correspondientes
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL
DE LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
NTC SOBRE CRITERIOS Y ACCIONES PARA EL DISEÑO
ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES
2.1 Tipo de acciones, según su duración2. ACCIONES DE DISEÑO
Se consideran tres categorías de acciones:PERMANENTESVARIABLESACCIDENTALES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
Art. 153.- La seguridad de una estructura debe verificarse para el
efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad
no despreciable de ocurrir simultáneamente, considerándose
dos categorías de combinaciones que se describen en las Normas.
TÍTULO SEXTODE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE
LAS CONSTRUCCIONES
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
NTC SOBRE CRITERIOS Y ACCIONES PARA EL DISEÑO
ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES
2.3 Combinaciones de Acciones
a) Combinaciones de Acciones Permanentes y variables
b) Combinaciones de Acciones Permanentes, variables y
accidentales
REQUISITOS DEL NUEVO RCDF Y NTC-DISEÑO POR VIENTO
La pregunta que todo diseñador se hace es la siguiente:
¿Cual es el valor máximo de la velocidad de viento que puedo esperar durante los próximos 20 años de vida útil de mi estructura?
En términos de la probabilidad y la estadística de valores extremos esta frase se puede cambiar como:
¿Cual es la probabilidad, P, de que la máxima velocidad de viento no exceda el valor extremo Vmáx?
ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE REGIONALIZACIÓN EÓLICA
• TACUBAYA (1941-1999)• AEROPUERTO (1968-1990)• CHAPINGO (1961-1989)• PACHUCA (1941-1952)• PUEBLA (1979-1988)• QUERÉTARO (1943-1985)• TLAXCALA (1971-1990)• TOLUCA (1941-1989)• TULANCINGO (1970-1990)
• HANGARES• MERCED• PEDREGAL• PLATEROS
OBSERVATORIOS UTILIZADOS DEL SMN
OBSERVATORIOS UTILIZADOS DEL SISTEMA RAMA
PERIODO 1986 - 1999PERIODO 1941 - 1990
REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL
PERIODO DE RETORNO (Años)SITIO
10 50 200
TACUBAYA 29.72 34.01 37.53
MERCED 28.63 34.46 39.24
AEROPUERTO 31.54 35.77 39.23
HANGARES 32.38 38.00 42.53
CHAPINGO 26.50 30.71 34.20
PACHUCA 32.84 35.98 38.16
PUEBLA 28.11 31.72 34.55
QUERÉTARO 31.87 36.17 39.41
TLAXCALA 25.16 29.24 32.56
TULANCINGO 23.91 28.01 31.38
TOLUCA 24.36 27.22 29.41
VELOCIDADES DE RÁFAGA DEL VIENTO (m/s) PARA DISTINTOS PERIODOS DE RETORNO
REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL
REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL
Ajuste de velocidades de la estación Hangares a funciones de extremos.
REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Periodo de retorno (Años)
Velo
cida
d de
ráfa
ga (m
/s)
TACUBAYA MERCED AEROPUERTO HANGARES
REGIONALIZACIÓN EÓLICA DEL DISTRITO FEDERAL
El Factor de Ráfaga es la relación entre velocidades registradas con diferentes intervalos de promediación.
NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO2.2 Clasificación de las estructuras
a) TIPO 1. Estructuras poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
2.2.1 Según su importancia: A, B y temporales
2.2.2 Según su respuesta al viento:
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
b) TIPO 2. Estructuras sensibles a las ráfagas de corta duración. Su relación de esbeltez es mayor que cinco o su periodo fundamental mayor que un segundo
c) TIPO 3. Estructuras como las del Tipo 2 en que además, por la forma de su sección transversal, se propicia la generación de vórtices
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
d) TIPO 4. Estructuras que por su forma o lo largo de sus periodos de vibración presentan problemas aerodinámicos especiales
NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO
3. MÉTODOS SIMPLIFICADO Y ESTÁTICO PARA DISEÑO POR VIENTO
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
3.1 Determinación de la velocidad de diseño, VD
VD = FTR Fα VR
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Inciso 3.1 Determinación de la velocidad de diseño, para definir el valor de cada parámetro
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
0
100
200
300
400
500
600
0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
Factor de variación con la altura
Altu
ra s
obre
el t
erre
no,
z (m
)
NTC-95 NTC-2000
FACTOR DE VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD CON LA ALTURA, TERRENO DE RUGOSIDAD R2, COMPARACIÓN CON NTC-1995
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
0
100
200
300
400
500
600
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Factor de variación con la altura
Altu
ra s
obre
el t
erre
no,
z (m
)
NTC-2000 NUEVA ZELANDA ISO 4354
FACTOR DE VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD CON LA ALTURA, TERRENO DE RUGOSIDAD R2, COMPARACIÓN CON REG. INTERN.
NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO
3. MÉTODOS SIMPLIFICADO Y ESTÁTICO PARA DISEÑO POR VIENTO
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
3.2 Determinación de la presión de diseño, pz
pz = 0.048 Cp VD
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Inciso 3.3 Factores de presión, para definir sus valores
NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO
5. EMPUJES DINÁMICOS PARALELOS AL VIENTO
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
0.143.0 ≥⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
βSFB
CRgG =
e
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
=
+PRESIÓN DEL VIENTO
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
t ( se g)
+PRESIÓN DEL VIENTO
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
t ( se g)
…+
PRESIÓN DEL VIENTO
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
t ( se g)
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
FACTOR DE AMPLIFICACIÓN
0
5
10
0 1
ω/ωn
HRESPUESTA ANTE CARGA ARMÓNICA
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
+=
RgR
gRR
R
R
σσ
1
FACTOR DE RESPUESTADINÁMICA
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
0.143.0 ≥⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
βSFB
CRgG =
e
FACTOR DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICA EN LA DIRECCIÓN DEL
VIENTO
Revisar las NTC-2004, Inciso 5, para evaluar los factores de esta ecuación.
NTC SOBRE DISEÑO POR VIENTO
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
6. EFECTOS DE VÓRTICES PERIÓDICOS SOBRE ESTRUCTURAS PRISMATICAS
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
6. EFECTOS DE VÓRTICES PERIÓDICOS SOBRE ESTRUCTURAS PRISMATICAS
NUEVOS CRITERIOS DE LAS NTC-2004 DISEÑO POR VIENTO
Revisar la NTC-2004 Diseño por Viento, Incisos 6 y 7, para definir valores de efectos dinámicos de vórtices y desplazamientos permisibles
EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN
900
300
600
Propiedades geométricas y mecánicas
50.8
A A
Corte A-A
I = 115,338 cm4
w = 311 kg/m
E = 2.04 x 10 kg/cm6 2
Fuerzas con viento normal al plano del anuncio
2502 kg
900
150
40.0 kg/m
FUERZAS APLICANDO LAS NTC-2004
EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN
FUERZAS APLICANDO LAS NTC-2004
900
Fuerzas con viento paralelo al plano del anuncio
900
150
1338 kg
40.0 kg/m
EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN
FUERZAS APLICANDO LAS NTC-1995
Fuerzas con viento normal al plano del anuncio
1167 kg
20.3 kg/m900
150
900 4.6 kg/m
EJEMPLO ILUSTRATIVO DE APLICACIÓN
FUERZAS APLICANDO LAS NTC-1995
900
Fuerzas con viento paralelo al plano del anuncio
20.3 kg/m 900
150
4.6 kg/m
Referencias1) “Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE, Diseño por Viento”, IIE-CFE,
México, 1993.2) "Basis of the Mexican Wind Handbook for the evaluation of the dynamic
response of slender structures", 9th. International Conference on Wind Engineering, New Delhi, India, 1995.
3) "Terrain related parameters for the evaluation of turbulence and their application to the response of transmission structures", 9th. International Conference on Wind Engineering, New Delhi, India, 1995.
4) “Updated regional gust wind velocities and recommendations for structural design in the Mexico City Valley”, First American Conference of Wind Engineering, Clemenson, N.C., USA, June, 2001.
5) “Wind design for Mexico: A review of period 1964-2003”, Eleventh International Conference on Wind Engineering, Lubbock, Texas, USA, June, 2003.
PARTICIPANTESINSTITUTO DE INGENIERÍA - UNAMM.C. NEFTALÍ RODRIGUEZ CUEVAS
DR. LUIS ESTEVA MARABOTOINSTITUTO DE INVESTIGACIONES
ELÉCTRICASDR. ALBERTO LÓPEZ LÓPEZM.I. CELSO J. MUÑOZ BLACK
ASESOR EXPERTODR. JORGE SÁNCHEZ SESMA
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