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Capitulo 1
Introducción
1.1 Introducción
En este proyecto de tesis se desarrolló un software para calcular las presiones de viento sobre una nave industrial, basándose en el manual de diseño por viento de la Comisión Federal de Electricidad, México (CFE,) junto con el Reglamento de Construcción del Distrito Federal, México. Este software fue hecho con el programa Visual Basic 6.0 de Microsoft junto con Cristal Reports de la empresa Seagate para realizar el reporte impreso.
1.2 Viento
Según el libro Aire en movimiento. Este término se suele aplicar al movimiento horizontal propio de la atmósfera; los movimientos verticales, o casi verticales, se llaman corrientes. Los vientos se producen por diferencias de presión atmosférica, atribuidas, sobre todo, a diferencias de temperatura. Las variaciones en la distribución de presión y temperatura se deben, en gran medida, a la distribución desigual del calentamiento solar, junto a las diferentes propiedades térmicas de las superficies terrestres y oceánicas. Cuando las temperaturas de regiones adyacentes difieren, el aire más caliente tiende a ascender y a
soplar sobre el aire más frío y, por tanto, más pesado. Los vientos generados de esta forma suelen quedar muy perturbados por la rotación de la Tierra.
Los vientos pueden clasificarse en cuatro clases principales: dominantes, estacionales, locales y, por último, ciclónicos y anticiclónicos
1.2.1 Los vientos dominantes.
Cerca del ecuador hay una banda de bajas presiones, llamada zona de calmas ecuatoriales, situada entre los 10° de latitud S y los 10° de latitud N. En esta zona, el aire es caliente y sofocante. A unos 30° del ecuador en ambos hemisferios hay otra banda de presiones altas con calmas, vientos suaves y variables. El aire superficial, al moverse desde esta zona hasta la banda ecuatorial de presiones bajas, constituye los vientos alisios, dominantes en las latitudes menores. En el hemisferio norte, el viento del norte que sopla hacia el ecuador se desvía por la rotación de la Tierra hasta convertirse en un viento del noreste, llamada alisio del noreste. En el hemisferio sur el viento del sur se desvía de forma similar para ser el alisio del sureste. 1
Desde el lado polar de la banda de presión alta en ambos hemisferios la presión atmosférica disminuye hacia centros de presión baja en latitudes medias y altas. Los vientos dirigidos
(^1) El viento y sus consecuencias, Peter Dooley
1.2.2 Los vientos estacionales.
El aire sobre la Tierra es más cálido en verano y más frío en invierno que el situado sobre el océano adyacente en una misma estación. Así, durante el verano, los continentes son lugares de presión baja con vientos que soplan desde los océanos, que están más fríos. En invierno, los continentes albergan altas presiones, y los vientos se dirigen hacia los océanos, ahora más cálidos. Los ejemplos típicos de estos vientos son los monzones del mar de la China y del océano Índico.
1.2.3 Los vientos locales.
Parecidos a las variaciones estacionales de temperatura y presión entre la tierra y el agua, hay cambios diarios que ejercen efectos similares pero más localizados. En verano, sobre todo, la Tierra está más caliente que el mar durante el día y más fría durante la noche: esto induce un sistema de brisas dirigidas hacia tierra de día 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 montañas y en los valles. Otros vientos inducidos por fenómenos locales son los torbellinos y los vientos asociados a las tormentas.
1.2.4 Escala de viento de Beaufort.
Los marinos y los meteorólogos utilizan la escala de viento de Beaufort para indicar la velocidad del viento. Fue diseñada en 1805 por el hidrógrafo irlandés Francis Beaufort. Sus denominaciones originales fueron modificadas más tarde; la escala que se usa en la actualidad es la dada en la tabla adjunta.
un instrumento que consiste en tres o cuatro semiesferas huecas montadas sobre un eje vertical. El anemómetro gira a mayor velocidad cuanto mayor sea la velocidad del viento, y se emplea algún tipo de dispositivo para contar el número de revoluciones y calcular así su velocidad.^1
1.3 Como afecta el viento a las estrucuturas.
En la determinación de las velocidades de diseño sólo se considerarán los efectos de los vientos que ocurren normalmente durante el año en todo el país y los causados por huracanes, tormentas tropicales o algún otro evento meteorológico que pueda causar algún incremento en las velocidades de los vientos del Golfo de México, del Caribe y del Pacífico. No se tomará en cuenta la influencia de los vientos generados por tornados, debido a que en nuestro país no existe suficiente información de este evento.
1.3.1 Clasificación de las estructuras según su importancia.
(^1) El viento y sus consecuencias, Peter Dooley.
Grupo A Estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad elevado. Pertenecen a este grupo aquéllas que en caso de fallar causarían la pérdida de un número importante de vidas, o perjuicios económicos o culturales excepcionalmente altos; asimismo, las construcciones y depósitos cuya falla implique un peligro significativo por almacenar o contener sustancias tóxicas o inflamables , así como aquéllas cuyo funcionamiento es imprescindible y debe continuar después de la ocurrencia de vientos fuertes tales como los provocados por huracanes. Quedan excluidos los depósitos y las estructuras enterradas. Ejemplos de este grupo son las construcciones cuya falla impida la operación de plantas termoeléctricas, hidroeléctricas y nucleares; entre éstas, pueden mencionarse las chimeneas, subestaciones eléctricas, las torres y postes que formen parte de las líneas de conducción. Dentro de estas clasificaciones también se cuentan las centrales telefónicas e inmuebles de telecomunicaciones principales, puentes, estaciones terminales de transporte, estaciones de bomberos, de rescate y de policía, hospitales e inmuebles médicos con áreas de urgencias, centros de operación en situaciones de desastre, escuelas, estadios, templos y museos. 1
Grupo B Estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad moderado. Se encuentran dentro de este grupo aquéllas que en caso de fallar, representan un bajo riesgo de pérdida de
(^1) Manual de diseño por viento, CFE
1.3.2 Clasificación de las estructuras según su respuesta ante la acción del viento.
Tipo 1 Estructuras poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento. Abarca todas aquéllas en las que su relación de aspecto (el cociente entre la altura y la menor dimensión de la planta), es menor o igual a cinco y cuyo periodo natural de vibración es menor o igual al segundo. Pertenecen a este tipo la mayoría de edificios para habitación u oficinas, bodegas, naves industriales, teatros y auditorios, puentes cortos y viaductos, puentes construidos por losas, trabes, armaduras simples o continuas o arcos. La relación de aspecto se calculará como el cociente entre el claro mayor y la menor dimensión perpendicular a
éste. 1
Tipo 2 Estructuras por su alta relación de aspecto o las dimensiones reducidas de la sección transversal son especialmente sensibles a las ráfagas de corta duración y cuyos periodos largos favorecen la ocurrencia de oscilaciones importantes en la dirección del viento. Dentro de este tipo se encuentran las estructuras con relación de aspecto mayor que cinco o con periodo fundamental mayor que un segundo.^1
(^1) Manual de diseño por viento, CFE
Tipo 3 Estas estructuras, además de reunir todas las características de las del Tipo 2, presentan oscilaciones importantes transversales al flujo del viento provocadas por la aparición periódica de vórtices o remolinos con ejes paralelos a la dirección del viento. En este tipo se incluyen las construcciones y elementos aproximadamente cilíndricos o prismáticos
esbeltos, tales como chimeneas, tuberías exteriores o elevadas. 1
Tipo 4 Estructuras que por su forma o por lo largo de sus periodos de vibración (periodos naturales mayores que un segundo), presentan problemas aerodinámicos especiales. Entre ellas se hallan las formas aerodinámicamente inestables como son los cables de las líneas de transmisión (cuya sección transversal se ve modificada de manera desfavorable en zonas
sometidas a heladas), tuberías colgantes y antenas parabólicas. 1
1.3.3 Requisitos mínimos para el diseño por viento.
Direcciones de análisis: En las construcciones que se analizarán supondremos que el viento puede actuar por lo menos en dos direcciones horizontales, perpendiculares e independientes entre sí; con las cuales elegiremos las condiciones más desfavorables para la estabilidad de la estructura en estudio.
Seguridad durante la construcción: En esta etapa deberán tomarse las medidas necesarias para garantizar la seguridad de las estructuras bajo la acción del viento de diseño cuya velocidad corresponda a un periodo de retorno de diez años.
Efecto de grupo debido a construcciones vecinas: En este proyecto supondremos que la respuesta de la estructura en estudio es independiente de la influencia, favorable o desfavorable, que otras construcciones cercanas pudieran proporcionarle durante la acción del viento. La proximidad y disposición de ellas puede generar presiones locales adversas, y éstas a su vez ocasionar un colapso de una o varias del grupo.
Interacción suelo-estructura: Cuando el suelo del sitio de desplante sea blando o compresible, deberán considerarse los efectos que en la respuesta ante la acción del viento pueda provocar la interacción entre el suelo y la construcción. Los suelos con nivel de carga bajo para los cuales esta interacción es significativa , serán aquéllos que tengan una velocidad media de propagación de ondas de cortante menor a 700 m/s.^2
(^2) Diseño mecánico; M. Dehmlow, E. Kiel.
