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7/29/2019 Guia Viento y Sismo-Caesar II
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Entendiendo las Cargas de Viento y
Sismo en E ui os Verticales
Efectos del Viento y Sismos en Equipos Verticales
Presentado por: Intergraph
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Efectos del Viento y Sismos en Equipos Verticales
Considere un torre tpica
Considerando una Torre Tpica
11/03/2013 2
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Considerando una Torre Tpica
No hay viento ni sismo
Sometida nicamente al peso en cualquier seccin
Produciendo un esfuerzo de compresin axial en las paredes de la coraza
W
11/03/2013 3
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Considere un torre tpica
No hay viento ni sismo
Sometida nicamente al peso en cualquier seccin
Produciendo un esfuerzo de compresin axial en las paredes de la coraza
Esfuerzo de compresin = W / rea
Ahora incluimos una fuerza lateral como sta
W
rea
11/03/2013 4
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Considere un torre tpica
Ahora incluimos una fuerza lateral como sta
Ahora tenemos un momento flector alrededor de X-X
W
x x
11/03/2013 5
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Considere un torre tpica
W
Ahora incluimos una fuerza lateral como sta
Ahora tenemos un momento flector alrededor de X-X
Compresin en un lado, tensin en el otro
Qu pasa con el efecto de la presin?
M
x x
11/03/2013 6
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Considere un torre tpica
Qu pasa con el efecto de la presin?
Da lugar al esfuerzo de tensin en la pared
El vaco da lugar al esfuerzo de compresin
Entonces hay tres casos de carga bsicos a considerar
1 Peso - compresin W
x
P 2 Momento compresin/tensin M
3 Presin compresin/tensin P
Ahora se puede crear la ecuacin bsica de esfuerzo axial
x
11/03/2013 7
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Considere un torre tpica
Ahora se puede crear la ecuacin bsica de esfuerzo axial
Primero consideramos el peso W
sta es la ecuacin de esfuerzo (compresin):
= - W / rea de la seccin transversal
- W
Ahora consideramos el esfuerzo de la presin P
t
D
D t
=
11/03/2013 8
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Considere un torre tpica
Ahora se puede crear la ecuacin bsica de esfuerzo axial
Ahora consideramos el esfuerzo de la presin P
= P x rea Total/ rea de la seccin transversal
Puede ser tensin o compresin
PD+
Finalmente consideramos el momento M
t
D
4t-
11/03/2013 9
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Considere un torre tpica
Ahora se puede crear la ecuacin bsica de esfuerzo axial
Finalmente consideramos el momento M
= M / Mdulo de Seccin
Existen esfuerzos de compresin y tensin
4M+
Ahora tenemos la ecuacin final completa
t
D
=
D2 t-
11/03/2013 10
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Ahora tenemos la ecuacin final completa
Considere un torre tpica
M
w
=- W
D t
PD
4t+-
4M
D2 t
+-
Peso Presin MomentoPeso
P
11/03/2013 11
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Ahora tenemos la ecuacin final completa
Considere un torre tpica
=- W
D t
PD
4t+-
4M
D2 t
+-
Peso Presin Momento
Vaco Sin presin
Sin momento
Ahora consideramos el efecto del viento primero mtrico
OperandoPrueba Hidrosttica (PH)
Presin de operacinPresin de PH
Vaco
Momento debido al vientoMomento debido a sismo
Momento debido a la PH
Estos casos de carga existen en cualquier combinacin
Arriba se ven representados 48 casos de carga
11/03/2013 12
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Considere un torre tpica
Ahora consideramos el efecto del viento primer mtrico
El viento es aire en movimiento Tiene densidad
Por lo tanto tiene Energa Cintica
v2
2
Las unidades de esta ecuacin resultan en lo siguiente:
kg m2 =
Aire Velocidad v= m/s
m3
sec2
Las unidades se vuelven Newtons / m2 = Pascales
Densidad = 1.226 kg/m
3
11/03/2013 13
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Considere un torre tpica
Ahora consideramos el efecto del viento primer mtrico
El viento es aire en movimiento Tiene densidad
Por lo tanto tiene Energa Cintica
v2
2
Las unidades de esta ecuacin resultan en lo siguiente:
kg m2 =
m3
sec2
Las unidades se vuelven Newtons / m2 = Pascales
Estas son unidades de Presin De la ecuacin de Bernoulli
Densidad = 1.226 kg/m3
Por lo tanto la presin q = 0.613v2 (Pascales)
11/03/2013 14
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Considere un torre tpica
Ahora consideramos el efecto del viento primer mtrico
Por lo tanto la presin q = 0.613v2 (Pascales)
Unidades habituales de EUA q = 0.00256v2 psf
mph lbf/ft2lbf/(mph x ft)2
0.00256 x v2 = q
11/03/2013 15
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Considere un torre tpica
Ahora veamos el efecto del viento en la torre
D
La fuerza en este elemento es: Presin x rea
F = qDL Momento alrededor de x-x = FL/2
xx
L
Centroide
q
L/2
11/03/2013 16
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Considere un torre tpica
Ahora veamos el efecto del viento en la torre
La fuerza en este elemento es: Presin x rea
F = qDL Momento alrededor de x-x = FL/2
11/03/2013 17
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Considere un torre tpica
Ahora veamos el efecto del viento en la torre
F = qDL Momento alrededor de x-x = FL/2
Aqu estn las fuerzas actuando en la torre
Y aqu estn los momentos actuando en la torre
Ahora examinamos las caractersticas del viento
F1
F2
F3
F4
F5
F6 z
pueden obtener de cualquier seccin
La suma de las fuerzas dan lasismorresistencia base
11/03/2013 18
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Considere un torre tpica
Ahora examinamos las caractersticas del viento
Consideremos la altitud y la velocidad del viento
A bajas temperaturas hay friccin del suelo
Edificaciones, Flora, Estructuras etc., frena al viento
Ahora veamos los efectos de un sismo
10m / 30ftDatum
Altitudm/
ft
Velocidad del viento v m/s | mph11/03/2013 19
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Considere un torre tpica
Ahora veamos los efectos de un sismo
Nos interesa el movimiento Horizontal del suelo
No se puede mover as con movimientos repentinos
11/03/2013 20
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Considere un torre tpica
Ahora veamos los efectos de un sismo
Nos interesa el movimiento Horizontal del suelo
No se puede mover as con movimientos repentinos
Se quiere mover as, pero esto es imposible
Esto es lo que realmente pasa
Los elementossuperiores sequieren quedaratrs
11/03/2013 21
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Considere un torre tpica
Esto es lo que realmente pasa
Esto produce un momento de flexin en la pared de la coraza
Como respuesta obtenemos un esfuerzo axial
Volvemos a nuestra ecuacin de esfuerzo bsica
11/03/2013 22
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Considere un torre tpica
Volvemos a nuestra ecuacin de esfuerzo bsica
=- W
D t
PD
4t+-
4M
D2 t
+-
El momento viene de losefectos de viento y sismo
Consideremos un cdigo particular de viento
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
ste es uno de los muchos cdigos de viento que se pueden especificar en
PV Elite
11/03/2013 23
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Considere un torre tpica
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
91.65 Velocidad de viento bsica
Grado
11/03/2013 24
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Considere un torre tpica
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica91.65
Exposicin
Edificaciones
Bosques
Expuesto a la costa
Etc.
11/03/2013 25
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Considere un torre tpica
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica91.65
ExposicinImportancia
ste es un factor deseguridad que asegura
que la estructura semantendr de pie.
11/03/2013 26
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Considere un torre tpica
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica91.65
ExposicinImportanciaRugosidad
La rugosidad aumenta
la resistencia al viento mayores fuerzas deviento.
11/03/2013 27
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Considere un torre tpica
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica91.65
ExposicinImportanciaRugosidad
Factor sta es una caractersticade vibracin.
Se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen.
11/03/2013 28
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Considere un torre tpica
Esto se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen
Considere una torre que est vibrando as
Despus de un tiempo las vibraciones se detienen
Podemos representar las vibraciones como una onda sinusoidal
11/03/2013 29
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Considere un torre tpica
Esto se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen
Considere la torre que est vibrando as
Despus de un tiempo las vibraciones se detienen
Podemos representar las vibraciones como una onda sinusoidal
Ntese el parmetro exponencial - Parmetro decadente
Tiempo t
Amplitud
Sin(2ft) f = frecuencia Hz
Ae-t
11/03/2013 30
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Considere un torre tpica
Esto se refiere a cmo las vibraciones se desvanecen
Considere la torre que est vibrando as
Despus de un tiempo las vibraciones se detienen
Podemos representar las vibraciones como una onda sinusoidal
Ntese el parmetro exponencial -Parmetro decadente
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica91.65
Finalmente la ecuacin de vibracin es
x = Ae-t Sin(2ft)
se conoce como el decremento logartmico
sta es la caracterstica decadente de la vibracin
Rugosidad
Factor
ExposicinImportancia
11/03/2013 31
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
As es como se introduce la informacin enPV Elite
Velocidad de viento bsica
Considere un torre tpica
91.65
Rugosidad
Factor
ExposicinImportancia
Ahora podemos hacer un ejemplo de clculo
11/03/2013 32
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
Ahora podemos hacer un clculo de ejemplo
Consideremos esta torre para hacer el anlisis del faldn
Cabezas 2:1
1.2 X 60 = 72
Dimetro exterior 60
60
120 El multiplicador del dimetro es de 1.2
11/03/2013 33
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1.2 X 60 = 72
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
z = altura de la torre = 180 in
Por ASCE: Categora de exposicin C
60
12015 ft
180
= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005
11/03/2013 34
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1.2 X 60 = 72
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
z = altura de la torre = 180 in
Por ASCE: Categora de exposicin C
= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005
kZ
= Coeficiente de la Presin por Velocidad
60
12015 ft
180 = 2.28 ( 180 / 10800 )( 2 / 7 )
kZ
= 0.801
11/03/2013 35
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1.2 X 60 = 72
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
z = altura de la torre = 180 in
Por ASCE: Categora de exposicin C
= 7.0, zg = 900 x 12 =10 800 in, Do = 0.005
kZ
= 0.801
60
12015 ft
180
I = 1.0 Factor de Importancia
v = 120 mph Velocidad del Viento
qZ = 0.00256 x kZ x (I x v)2 Ecuacin C1
= 0.00256 x 0.801 x (1.0 x 120)
2
qZ = 29.524 psf Presin del viento
11/03/2013 36
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
qZ = 29.524 psf Presin del viento
1.2 X 60 = 72
rea proyectada del faldn
A = 5 ft x 6 ft = 30 ft2
Fuerza del viento en el faldn
60
12015 ft
180
FW = qZ x A
= 29.524 x 30
FW = 885.72 lbf fuerza en el faldn
11/03/2013 37
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38/57
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
FW = 885.72 lbf fuerza en el faldn
Hay que ajustar la fuerza del viento
Necesitamos TZ de la ecuacin C6
TZ = 2.35 x DO0.5 / (z/30)1/
12015 ft
180
60
16.432 ft
= . x . . .
TZ = 0.181
11/03/2013 38
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
TZ = 0.181
FW = 885.72 lbf fuerza en el faldn
Necesitamos un Factor de Rfagas
GZ = 0.65 + 3.65TZ Ecuacin C5
= 0.65 + 3.65 x 0.181
GZ = 1.311
11/03/2013 39
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
TZ = 0.181
FW = 885.72 lbf fuerza en el faldn
GZ = 1.311
Factor de Forma CF = 0.54
F = FW x TZ x CF
= 885.72 x 0.54 x 1.311
F = 626.6 lbf fuerza en el faldn
11/03/2013 40
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F = 626.6 lbf fuerza en el faldn
Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
Podemos sumar las otras fuerzas
Fuerza Cortante Base Total
FB = 125.7+1251.4+626.6
626.6 lbf
1251.4 lbf
B = . s smorres s enc a ase
2002 lbf11/03/2013 41
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
FB = 2002.84 lbfsismorresistencia base
Ahora consideramos el momento en la base
M = 626 x 2.5 + 1251 x 10 + 125 x 15.5
M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf
M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf
626.6 lbf
1251.4 lbf
2.5
10
15.53
11/03/2013 42
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
M = 16031 ft-lbf = 192375 in-lbf
Recordemos la ecuacin de esfuerzo
=- W
D t
PD
4t+-
4M
D2 t
+-
4M
D2 t
= +-4 x 192375
602 x 0.375= +-
= 184.87 psi
-
11/03/2013 43
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Cdigo de Viento ASCE Parte 7 1993
Considere un torre tpica
= 184.87 psi-
Aqu est el reporte dePV Elite:
Ahora, para un tema nuevo
Ntese el esfuerzo negativo en el otro lado
Positivo Negativo
11/03/2013 44
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45/57
Considere un torre tpica
Ahora, para un tema nuevo : Cargas Ssmicas
Movimiento repentino del suelo dos componentes: vertical y horizontal
11/03/2013 45
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Considere un torre tpica
Ahora, para un tema nuevo : Cargas Ssmicas
Movimiento repentino del suelo dos componentes: vertical y horizontal
Algunas veces ignoramos el componente vertical
El componente horizontal distorsiona el recipiente
Vertical
Horizontal
Miremos a la ecuacin bsica que aplica11/03/2013 46
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Considere un torre tpica
Miremos a la ecuacin bsica que aplica
2da Ley de Newton: fuerza= masa x aceleracin
ste es el resultado para un elemento - Y la reaccin
Ms las fuerzas de todos los elementos de arriba
sta es la base para el anlisis ssmico
Carga ssmica
Aceleracin a
m x a fuerza de reaccin
Ms las otras fuerzas
Los elementos tratan de rotar resultando un esfuerzo axial
Ahora consideramos un clculo de ejemplo11/03/2013 47
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Considere un torre tpica
Ahora consideramos un clculo de ejemplo
g aceleracin = 0.4 = 0.4 x 9.8067 m/s2
a aceleracin = 3.9227 m/s2
Carga ssmica
1.5 m
1.5 m
1.5 m Masa 372.839 kg
Masa 372.839 kg
Masa 372.839 kg
11/03/2013 48
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a aceleracin = 3.9227 m/s2
Considere un torre tpica
En cada seccin f = m x a = 3.9227 x 372.839
f = 1462.42 Newtons (N) Configure las fuerzas en el modelo
Cambie los brazos de los momentos
Carga ssmica
Masa 372.839 kg
Masa 372.839 kg
Masa 372.839 kg
1462.42 N
1462.42 N
1462.42 N
750
2250
3750
1.5 m
1.5 m
1.5 m
11/03/2013 49
d
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50/57
Considere un torre tpica
Momento en la base = 1462.42 (750 + 2250 + 3750)
= 9.875E6 mm-N
Siguiente nivel = 1462.42 (750 + 2250)
= 4.389E6 mm-Nltimo nivel = 1462.42 (750)
= 1.097E6 mm=N
Carga ssmica
Estos son los resultados dePV Elite
750
2250
3750
1462.42 N
1462.42 N
1462.42 N
9.875E6 mm-N
4.389E6 mm-N
1.097E6 mm-N
11/03/2013 50
C id t t i
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51/57
Considere un torre tpica
Estos son los resultados dePV Elite
Carga ssmica
Utilizando la ecuacin del esfuerzo, calculamos el esfuerzo base
9.875E6 mm-N
4.389E6 mm-N
1.097E6 mm-N
11/03/2013 51
C id t t i C i
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52/57
Considere un torre tpica
Utilizando la ecuacin del esfuerzo, calculamos el esfuerzo base
=- W
D t
PD
4t+-
4M
D2 t
+-
101010 =
4 x 9.875E6
10102 x 10
+-
Carga ssmica
9.875E6 mm-N
= 1.24 MPa (N/mm2)
11/03/2013 52
Considere un torre tpica C i
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53/57
Considere un torre tpica
= 1.24 MPa (N/mm2)
Estos son los resultados dePV Elite
Carga ssmica
Consideramos una carga simple g caso ms simple
ste es el otro lado de la torre
positivo negativo
11/03/2013 53
Considere un torre tpica Carga ssmica
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54/57
Considere un torre tpica
Consideramos una carga simple g caso ms simple
Los sismos son ms complejos - veamos
Esto es lo que realmente pasa en un sismo
Carga ssmica
Movimientodelsuelo[in]
11/03/2013 54
Considere un torre tpica Carga ssmica
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55/57
Considere un torre tpica
entodelsuelo
[in]
Carga ssmica
Mo
vimi
Pero, todos los sismos son diferentes no hay repeticiones
Estamos forzados a utilizar un mtodo esttico simplificado
11/03/2013 55
Considere un torre tpica Carga ssmica
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56/57
Considere un torre tpica
Estamos forzados a utilizar un mtodo esttico simplificado
Cdigos probados y aceptados hacen el problema ms fcil
Carga ssmica
11/03/2013 56
Considere un torre tpica Carga ssmica
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57/57
Considere un torre tpica
Estamos forzados a utilizar un mtodo esttico simplificado
Cdigos probados y aceptados hacen el problema ms fcil
Esto ha sido una breve mirada a las consideraciones de viento y ssmicas
PV Elite tiene como opcin un anlisis de espectro de respuesta que obtiene resultados
Carga ssmica
ms precisos.
Preguntas?
11/03/2013 57
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