Diseño por viento de estructuras considerando manual de Viento
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Jan 03, 2024
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About This Presentation
Dieño por viento cfe 2020
Riesgo eolico
Diseño por viento de estructuras considerando el manual de la cfe de diseño por viento
contiene data de pruebas de estadisticas.
En lugar de esto, puede darse la seguridad en términos de la probabilidad de éxito
de satisfacer un criterio de desempeño En ...
Dieño por viento cfe 2020
Riesgo eolico
Diseño por viento de estructuras considerando el manual de la cfe de diseño por viento
contiene data de pruebas de estadisticas.
En lugar de esto, puede darse la seguridad en términos de la probabilidad de éxito
de satisfacer un criterio de desempeño En la terminología de la ingeniería, esa
probabilidad de éxito es llamada Confiabilidad
•
El reto de la ingeniería estructural es entonces maximizar la confiabilidad y
minimizar el costo total
•
Una manera alterna de visualizar el problema es considerar el desempeño
insatisfactorio del sistema En este caso, se mide entonces la probabilidad de falla
del sistema para un criterio de desempeño, por lo que esta probabilidad de falla se
denomina Riesgo Por tanto, la Confiabilidad y el Riesgo son términos
complementarios
Size: 18.57 MB
Language: es
Added: Jan 03, 2024
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Slide Content
1
Diseñopor Viento de Estructuras
considerando el Manual de la CFE
de Diseño por Viento 2020
Instructores:
M.I. David Porras Navarro González
Dr. Luis Eduardo Pérez Rocha
M.I. Jesús Salvador García Carrera
M.I. Gualberto Hernández Juárez
22
Presentar los criterios actuales para el diseño de estructuras por viento según el
nuevo Manual de Diseño por Viento de la CFE (Edición 2020).
Que al término del curso, que los participantes puedan aplicar de inmediato los
nuevos procedimientos en su práctica cotidiana.
Objetivo del Curso:
66
•COLAPSOS DE ESTRUCTURAS EN CANCÚN, OCTUBRE DE 2005
POR EL HURACÁN WILMA
7
8
•Bajounesquemaprobabilista,laconfiabilidaddesistemasestructurales
paraestablecerpérdidasfuturaspotencialesnopuedeestarbasado
solamenteenunenfoquepuramenteestadístico,sinoquesetieneque
recurriraunenfoqueprobabilista.
•Enlafigurasemuestralaregióndetraslapequerepresentaunamedida
delaprobabilidaddefallaparaelcasosimplecuandosetieneunsolo
mododefalladelsistema.
S R
R (resistencia)
S,R
S (efecto de carga)
(S) dS
s
f
( R )
R
f
(S)
s
f
(S)
R F
dS
( R )
R
f
(S)
s
f
10
Peligros Naturales
Diseño óptimo
Costo de las decisiones
Pérdidas esperadas
Tasa de falla
Probabilidad de falla
Confiabilidad estructural
11
Peligros Naturales en México
Los peligros naturales están dados en términos de tasas de excedencia
La tasa de excedencia es una descripción completa de la ocurrencia
Peligros considerados:
Sismo (aceleración del terreno o estructural)
Viento (velocidad del viento)
Peligros que pueden considerarse:
Lluvia o nieve (columna de agua o nieve)
Oleaje y Tsunami (altura de ola)
Granizo (energía cinética por unidad de área)
12
¿ Que se puede hacer con curvas de peligro ν(I) ?
Peligros Naturales en México
Intensidades para periodos de retorno constantes
Intensidades asociadas al diseño óptimo (costos)
Costo de las decisiones (consecuencias)
•Pérdidas por daño estructural (curvas de vulnerabilidad)
•Probabilidad de falla (Tasa de falla)
•Confiabilidad estructural
13
Costo de construcción:
)II(KK)I(C
021C γ
Q)(I)(1C(I)C
CP
ν(I)
(I)C(I)C(I)C
PCT
Costo de pérdidas:
Costo total:
Diseño Óptimo0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 0.25 0.5 0.75
Valor de diseño
Costos
Costo inicial
Pérdidas
esperadas
Costo total
Velocidad óptima Periodo de retorno óptimo
14
0
I)dI|yPr(Y
dI
d
λ(y)
ν(I)
Evaluación de pérdidas
Tasa de excedencia de las pérdidas
ν(I) = Tasa de excedencia de intensidad
λ(y) = Tasa de excedencia de daño 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 2 4 6 8 10
Intensity (arbitrary units)
V(I)
Less vulnerable
More vulnerable
Serie2
Serie3
Funciones de vulnerabilidad
100 años 200 años
15dI dR )(Rρ
dI
d
)μ(R
0
F(I)
0
realrealRd
real
ν(I)
Probabilidad de falla
= # de veces por año en que F(I) > ΩR(I
d)
Tasa de excedencia de falla
0 F(I)
ΩR
d
F(I)=carga o acción en función de la intensidad I
ΩR(I
d) = Resistencia en función de la intensidad de diseño)ΩR(I)(IR
ddreal
Te)R(
f
d
e1P
P
f=Probabilidad de falla dI )(IRF(I)Pr
dI
d
)μ(R
0
dreald
ν(I)
Max 0.0429
Min 0.0034
16
El peligro por viento o amenaza es la
probabilidad de que ocurra una
intensidad en un sitio particular o
en una región, durante un periodo
de interés.
DEFINICIÓN DEL PELIGRO EÓLICO
17
RIESGO POR VIENTO
Elriesgosedefinecomola
probabilidaddeocurriruna
pérdida,oelpotencial
posibledepérdida,al
ocurrirunafalladelsistema.
Curvas de Farmer
Riesgo = Probabilidad del Peligro x Prob. de Vulnerabilidad x Prob. de ConsecuenciasNUMERO DE A FECTA DO S
FRECUENCIA (sucesos/año)
18
Fuente: National Geographic,
Vol. 194, No.1, July1998
INCREMENTO DEL RIESGO
DEBIDO AL CRECIMIENTO
DE ÁREAS URBANAS
19
Fuente: National Geographic, Vol.
194, No.1, July1998
FRECUENCIA DE HURACANES
POR CADA 100 AÑOS,
DAÑOS Y MUERTES EN
NORTE AMÉRICA
20
COLAPSOS DE ESTRUCTURAS EN CANCÚN,
OCTUBRE DE 2005 POR EL HURACÁN WILMA
21
22
COLAPSOS DE POSTES DE TRANSMISIÓN EN
CANCÚN
23
EVOLUCIÓN DE LOS
ESTUDIOS DE PELIGRO POR VIENTO
EN MÉXICO
24
MAPA DE REGIONALIZACIÓN DE VIENTOS,
UNAM, EDICIÓN 1964
25
TABLA DE REGIONALIZACIÓN DE VIENTOS,
EDICIÓN 1969
26
MAPA DE REGIONALIZACIÓN DE VIENTOS,
EDICIÓN 1981
27
MAPA DE PERIODO DE RETORN O DE 10 AÑOS,
EDICIÓN 1993
28
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS,
EDICIÓN 1993
29
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 10 AÑOS,
EDICIÓN 2008
30
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS,
EDICIÓN 2008
31
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS, EDICIÓN
2008
32
FENÓMENOS QUE GENERAN EL VIENTO
33
EFECTO DE LA
VARIACIÓN DE
LA
TEMPERATURA
CON LA ALTURA
SOBRE EL NIVEL
DEL MAR
34
PROCESO DE CIRCULACIÓN DE LA ATMÓSFERA EN
LA TIERRA
35
TEMPERATURAS EN EL MAR DURANTE EL HURACÁN
RITA EN 2005
36
VIENTOS FUERTES EN
MÉXICO
Los ciclones
tropicales se
presentan entre los
meses de mayo y
noviembre, su
desplazamiento aún
no es previsible.
37
Trayectorias de desplazamiento y frecuencia anual de ciclones en el
mundo Fuente: Munich Reinsurance Company , 1990
MAPA MUNDIAL DEL PELIGRO DE VIENTOS
HURACANADOS
38
TIPOS DE TORMENTAS GENERADOS POR
EL VIENTO
•Huracanes (Ciclones tropicales)
•Tormentas (vientos normales en una localidad)
•Tornados
•“Downburst”
39
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE
HURACANES Saffir-Simpson
40
INSTRUMENTOS PARA LA
MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD
DEL VIENTOANEMÓMETROS DE
PRESIÓN
ANEMÓMETROS DE
ROTACIÓN
Tipos de registros
41
PROCEDIMIENTOS PARA
DETERMINAR LAS ACCIONES POR
VIENTO
42
Presión del viento sobre estructuras2
exp
2
1
refdynp VCCCP
(ISO 4354, 2009)
CRITERIOS DE DISEÑO POR VIENTO2
RrzTp VF(F FAD CG0.047P )
(MDOC-DV, 2008)
(en Pa)
43INICIO
Clasificación de la estructura
Según su importancia:
GRUPO A, B o C
(4.1.3)
Según su respuesta:
TIPO 1, 2, 3 o 4
(4.1.4)
Determinación de la
velocidad básica de
diseño, V , y la presión
dinámica de base, q
Determinación de la velocidad regional, V
(4.2.2)
Velocidad regional para
periodo de retorno fijo
(4.2.2.1)
Velocidad regional óptima
(4.2.2.2)
Factor de exposición local, F
(4.2.3)
Factor de topografía local, F
(4.2.4)
Cambios en la rugosidad del terreno
para una dirección del viento dada
(4.2.3 Comentarios)
¿Periodo de
retorno fijo?
Cálculo de la velocidad básica de diseño, V
V = F F V
(4.2)
Determinación de
las presiones, p
Análisis de cargas estático
(4.3)
Cálculo de presiones y fuerzas
p = C K K q (4.3.2.1 a 4.3.2.12)
Cálculo del factor de corrección de densidad G y
obtención de la presión dinámica de base, q
q = 0.047 G V²
(4.2.5)
H/D 5
y
T 1 s
A
ALTO
NO
SÍ
NOSÍ
(Véase el diagrama de flujo del
análisis de cargas dinámico, para
las estructuras Tipo 2, 3 y 4)
(Figura 4.4.1)
ESTRUCTURAS TIPO 1
(la estructura principal, la secundaria
y sus recubrimientos y sujetadores)
¿La altura de la
estructura es menor que 200 m
o con claros menores que 100 m?
ALTO
No pueden aplicarse los
procedimientos aquí
recomendados.
Consúltese a un experto.
NO
SÍ
R
T
rz
D
TrzRD
z
z D
D
z
z p
LAz
Evaluación de estados límite
Apéndice B
z
DIAGRAMA DE FLUJO DE CARGAS POR VIENTO SEGÚN EL
MDOC-DV-2008A
ALTO
Análisis dinámico
(4.4)
Determinación de la velocidad media
Velocidad regional para
periodo de retorno fijo
(4.2.2.1)
Velocidad regional óptima
(4.2.2.2)
Estructuras
prismáticas
(4.4.4.1)
Estructuras cilíndricas
(4.4.4.2)
Torres de celosía
autosoportadas
(4.4.5.1)
Fuerza dinámica equivalente
F =p A F
Condiciones de servicio
(Apéndice B)
Cálculo de V'
V' = (F F' V )/3.6
(4.4.2)
Factor de exposición para
la velocidad media, F'
(4.4.2.1)
Factor de topografía local, F
(4.2.4)
Determinación del F
(4.4.4)
¿Periodo de
retorno fijo?
NOSÍ
Cálculo del factor de corrección de densidad G
y obtención de la presión dinámica de base q
q = 0.047 G V²
(4.2.5)
Viene de la Figura 4.1.1
D TrzR
rz
D
T
D
AD
AD
z
z
ez
Inestabilidad aeroelástica
(4.4.7 y Apéndice B)
Vórtices
(4.4.6)
exp
Determinación de fuerza dinámica
equivalente considerando
efectos de amplificación dinámica
44
DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO
V
D= F
TF
aV
R (93)
V
D= F
TF
rzV
R (08)
45
MAPAS DE ISOTACAS Y VELOCIDAD
REGIONAL
VELOCIDAD REGIONAL PARA PERIODO DE
RETORNO FIJO
VELOCIDAD REGIONAL ÓPTIMA
46
PERIODO DE RETORNO
PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA DE VALORES
EXTREMOS
47
El periodo de retorno , T, es el tiempo promedio, para el cual la
velocidad regional puede excederse.
No debe interpretarse como la recurrencia del máximo cada T
años, sino que la probabilidad de exceder el máximo en
cualquier año es la misma.
El valor inverso del periodo de retorno es la probabilidad, p, de
que la velocidad regional sea excedida.
T = 1/p= 1/(1-F(x))
Donde F(x) es la función acumulada de la densidad de
probabilidad del peligro.
48
De acuerdo a una especificación para
aerogeneradores delInstitutoAlemán dela
Construcción(Marzo,2004),definealavelocidad
máximadelvientoparadiseño,aquellaquese
alcanzaosesuperaestadísticamenteenpromedio
unavezenTaños.
49
Existe una relación entre la vida útil de una
estructura, N, el periodo de retorno, T, y la
probabilidad, r, de excedencia de la velocidad
regional, al menos una vez en N años y se expresa
como:
r = 1 –(1 –1/T)
N
Esta probabilidad, r, expresa también el riesgo de
excedencia del máximo en N años
50
Vida útil,
N (años)
Periodo de retorno, T(años)
105010020040
0
800160
0
200
0
20 8833189.54.92.51.21
30 964526147 4 1.91.5
40 985533189 52.52
50 9963.
5
39.
5
22126 3 2.5
100 99.
9
87633922126 4.9
¿Cuál es el mejor periodo de retorno de la velocidad
de viento para reducir las pérdidas de un sistema
estructural?
51
Probabilidad de excedencia y periodo de retorno
La probabilidad p
ede que la velocidad de l viento
con periodo de retorno T
rse exceda en el tiempo
de exposición T
expes
52
MAPAS DE ISOTACAS PARA PERIODOS
DE RETORNO FIJO
(Cálculo del peligro eólico)
53
ESTACIONES METEOROLÓGICAS EN TIERRA
54
ESTACIONES METEOROLÓGICAS CONSIDERADAS PARA EL ESTUDIO
DE VIENTOS MÁXIMOS
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
55
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
56
57
Tarjeta de Resumen de Vientos Máximos Extremos
mensual y anual.
PROGRESO
59
Ajuste de valores extremos para la estación Progreso
F(V) = 1 -1/T
60
MAPA DE ISOTACAS PARA PERIODO DE RETORNO DE 200
AÑOS SIN CONSIDERAR LOS EFECTOS DE HURACANES
61
ESTACIONES METEOROLÓGICAS
VIRTUALES EN MAR
62
MALLA DE PUNTOS EN MAR Y TIERRA ADENTRO PARA
DETERMINAR VELOCIDADES POR HURACANES CON EL
MODELO FLUIDO -DINÁMICO.
63
Huracán Wilma
en octubre de
2005 en
el Caribe.
SUPERPOSICIÓN DE LAS VELOCIDADES DE HURACÁN CON
LOS REGISTROS DE UNA ESTACIÓN EN TIERRA
64
Archivo tipo, con la
información histórica de
registros de huracanes
desde 1851 a 2005 en las
costas del Golfo de
México y del Caribe y de
1949 al 2005 en las costas
del Océano Pacífico.
65
MODELO FLUIDO -DINÁMICO PARA
DETERMINAR VELOCIDADES POR
HURACANES EN MÉXICO
Se realiza una reconstrucción histórica de los vientos ciclónicos en
ambas costas de México. El modelo caracteriza el campo de vientos
ciclónicos considerando principalmente los factores siguientes:
–Presión central mínima del huracán
–Velocidad de traslación
–Latitud donde transcurre su trayectoria
–La cercanía y forma de tierra firme
–Balance radial de fuerzas de presión, de inercia y de Coriolis
–Radio de vientos máximo del huracán
–El gradiente radial de presiones es constante por lo que las
diferencias de variables en la capa límite atmosférica con
respecto a alturas gradientes no es significativa
–La orografía cuando el huracán entra tierra adentro
66
Cálculo de peligro
sísmicodMRMSaSA
dM
Md
wSa
j
M
M
iji
u
),Pr(
)(
)(
0
),(
ln
1
1),Pr(
ln
RMSA
Sa
RMSaSA
a
Saes una variable aleatoria distribuida lognormalmente con mediana
SA(M,R), dada por la ley de atenuación y desviación típica del logaritmo
natural igual a
N
i
iSaSa
1
)()( aln
Peligro sísmico en México
67
EFECTOS ESTIMADOS DE LOS HURACANES CON EL MODELO FLUIDO -
DINÁMICO EN LA COSTA DEL GOLFO DE MÉXICO Y DEL CARIBE PARA
PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS
68
EFECTOS ESTIMADOS DE LOS HURACANES CON EL MODELO
FLUIDO-DINÁMICO EN LA COSTA DEL OCÉANO PACÍFICO PARA
PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS
69)*(
nhhnhhV
ppp= pp
Probabilidad conjunta de eventos
independientes
70
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 10 AÑOS, EDICIÓN 200 8
71
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS, EDICIÓN 2008
72
MAPA DE PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS, EDICIÓN 2008
73
Presión del viento sobre estructuras2
exp
2
1
refdynp VCCCP
(ISO 4354,
2009)
CRITERIOS DE DISEÑO POR VIENTO2
RrzTp VF(F FAD CG0.047P )
(MDOC-DV, 2008)
(en Pa)
74
DISEÑO ÓPTIMO POR VIENTO
75
Costo Inicial de
Construcción:
)vv(CC)v(C
0R0I
ν(v)
Q)(v)(1
I
C(v)
L
C (v)
L
C(v)
I
C(v)
T
C
Pérdidas:
Costo Total:
)vv(K1
C
)v(C
0
0
I
MODELO DE DISEÑO ÓPTIMO
76
Donde:
C
I es el costo inicial de la construcción,
C
0 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”,
v
0la velocidad del viento asociada a la “resistencia
lateral gratuita”,
Ky a son parámetros que dependen de las características de respuesta de
las estructuras,
C
P 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).
Q es un factor que toma en cuenta la importancia de las pérdidas –
directas e indirectas –y del costo inicial de la construcción.
77
Calibración de
coeficientes K y a
(K= 0.05 y a = 1)
Cortante de diseño en la base (Ton)
Relación
C
T
/
C
0
78
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL
MODELO ÓPTIMO
79
VELOCIDADES ÓPTIMAS PARA Q = 5
80
VELOCIDADES ÓPTIMAS PARA Q = 15
81
DETERMINACIÓN DEL COSTO INICIAL
Aerogenerador Letrero ChimeneaH=42.00 m
3.00 m
2.10 m
6.00 m
3.00 m
10.00 m
P=10 kN
0.50 m
H=42.00 m
h=1.00 m
P=350 kN
3.00 m
2.10 m
LetreroAerogenerador Chimenea
82
Curso “Los efectos del viento en estructuras”
CDMX, 20 y 21 de junio 2019
CURVAS DE COSTO INICIAL
Factores de carga y resistencia
para el diseño
Velocidades asociadas a la
resistencia lateral gratuita
(km/h)
Versión 1Versión 2
Carga muerta 1.10 1.0
Carga viva 1.35 1.0
Resistencia 0.90 1.0
EstructuraVersión 1Versión 2
Aerogenerador 136 55
Letrero 153 60
Chimenea 190 47
83
Relación de velocidades V2/V1 para Q=5
LETRERO
CHIMENEA
AEROGENERADOR
EDIFICIO
(V
0=47km/hr)
(V
0=60km/hr)
(V
0=55km/hr)
(V
0=km/hr)