FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO · •Huracanes (Ciclones tropicales) ... Modelo de Diseño...

Curso-Taller Diseño

Eólico Acapulco, Guerrero, Del 31 de Octubre al 3 de Noviembre de 2012

FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO



Efecto de la variación de la temperatura con la altura sobre el nivel del mar



Proceso de circulación de la atmósfera en la tierra



Temperaturas en el mar durante el huracán Rita en 2005



Vientos fuertes en México

Los ciclones tropicales se

presentan entre los meses de

mayo y noviembre, su

desplazamiento aún no es previsible.



TIPOS DE TORMENTAS GENERADOS POR EL VIENTO

•Huracanes (Ciclones tropicales)

•Tormentas (vientos normales en una localidad)

•Tornados

•“Downburst”



Clasificación

Internacional

de huracanes

Saffir - Simpson



INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO



Anemómetros de presión



Anemómetros de rotación



TIPOS DE REGISTROS

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO



EFECTO DEL LAPSO DE PROMEDIACIÓN Y FACTOR DE RÁFAGA



GRÁFICA DE DURST Y MACKEY PARA CONVERTIR VELOCIDADES DE 1 HORA A t SEGUNDOS, A 10 MTS. DE ALTURA.

(ver págs. 4.2. II.6 y 4.4. II.6 , del Tomo de Comentarios)

gz (t1 / 3600s)



MAPAS DE ISOTACAS PARA PERIODOS DE RETORNO FIJO



ESTACIONES METEOROLÓGICAS EN TIERRA



Del SMN: 87

Nuevas: 8 con

respecto a las de 1993

Sin información: 19

Con información continua: 68

De Laguna Verde 1

De EUA 4

De Belice 1

Estaciones Meteorológicas consideradas para el Estudio de Vientos Máximos



14 estaciones en costa del Atlántico

16 estaciones en costa del Pacífico

Estaciones afectadas por huracanes en las costas del Océano Pacífico y en el Golfo de México y el Caribe



Tarjeta de Resumen de Vientos Máximos Extremos mensual y anual.

Progreso



Fisher Tipo I (Gumbel) (no acotada)

F(V) = exp{-exp [ -f (v-u)]} ; - v

Fisher tipo III (acotada en la parte superior)

F(V) = exp{ -[(w-v)/(w-u)]k } ; vw, u<w

Weibull (acotada en la parte inferior)

F(V) = 1 - exp{ -[(v-e)/(u- e)]k } ; ve , u>e

FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE EXTREMOS



Ajuste de valores extremos para la estación Progreso

F(V) = 1 - 1/T



Mapa de isotacas para periodo de retorno de 200 años sin considerar los efectos de huracanes



ESTACIONES METEOROLÓGICAS VIRTUALES EN MAR



Malla de puntos en mar y tierra adentro para determinar velocidades por huracanes con el modelo fluido-dinámico.



Mapa de Isotacas, edición 2008



DISEÑO ÓPTIMO POR VIENTO



Costo Inicial de

Construcción:

)vv(CC)v(C 0R0I

ν(v)Q)(v)(1

IC(v)

PC

(v)P

C(v)I

C(v)T

C

Pérdidas:

Costo Total:

00

0

)(1C

)(CvvsivvK

vI

Modelo de Diseño Óptimo



Donde:

CI es el costo inicial de la construcción,

C0 es el costo de la estructura cuando no se diseña para resistir cargas laterales debidas a la acción del viento; sin embargo, aún cuando no se diseñe para resistir carga lateral, la estructura presentará una “resistencia lateral gratuita”,

v0 la velocidad del viento asociada a la “resistencia lateral gratuita”,

CR es un parámetro de forma de la función de costo inicial, K = CR / C0 es la relación entre le parámetro de forma y el costo inicial K y son parámetros que dependen de las características de respuesta de las estructuras, CP el costo de las pérdidas esperadas que se tendrían en caso de una falla estructural, n(v) la tasa de excedencia de la demanda que produce la falla cuando se ha diseñado para

una velocidad de viento v, y la tasa neta anual de descuento del valor del dinero (0.05).



Finalmente: Q es un factor que toma en cuenta la importancia de la estructura en términos de las

pérdidas –directas e indirectas – y del costo inicial de la construcción.

Calibración de coeficientes K y

(K= 0.05 y = 1)

Cortante de diseño en la base (Ton)

Rela

ció

n C

T / C

0



Representación gráfica del modelo óptimo



VELOCIDADES DE VIENTO CONSIDERADAS COMO ÓPTIMAS TEÓRICAS PARA ESTRUCTURAS COMUNES (GRUPO B) EN TRES SITIOS DE REFERENCIA.

Sitio Velocidad

óptima (km/h)

Cd. de México 118

Monterrey 142

Cancún 195



Velocidades óptimas para Q = 5



Velocidades óptimas para Q = 15



Presión del viento sobre estructuras

2

exp2

1refdynp VCCCP

(ISO 4354, 2009)

CRITERIOS DE DISEÑO POR VIENTO

2RrzTp VF(F FAD CG0.047P )

(MDOC-DV, 2008)

(en Pa)



FACTOR DE EXPOSICIÓN

Frz



Variación de la velocidad con la altura



zsi10

=

z10si10

z =

10mzsi =

cF

cF

cF

rz

rz

rz

FACTOR DE RUGOSIDAD Y ALTURA, Frz



VARIABLES DEL FACTOR DE EXPOSICIÓN

Categoría de Terreno

1 2 3 4

0.099 0.128 0.156 0.170

245 315 390 455

c 1.137 1.0 0.881 0.815



ALCANCE DEL MANUAL DE CFE

• Presentar los procedimientos actuales para el cálculo de fuerzas debidas a la acción del viento sobre estructuras en la República Mexicana

• No se consideran estructuras especiales tales como puentes colgantes, torres de transmisión y plataformas marinas, entre otras.

• Solamente se consideran los vientos producidos por tormentas que causan vientos normales y vientos por huracanes. No se consideran tornados ni los de tipo “downburst”

• Seguridad del sistema estructural principal, elementos secundarios y recubrimientos



REQUISITOS GENERALES PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

• Direcciones de análisis de carga

• Factores de carga y resistencia (análisis de confiabilidad estructural)

• Seguridad contra el volteo, deslizamiento y el levantamiento

• Presiones interiores

• Seguridad durante la construcción

• Efecto de grupo

• Análisis estructural

• Interacción suelo-estructura

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