NTC DISEÑO POR VIENTO

8/7/2019 NTC DISEO POR VIENTO

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NORMAS TCNICAS COMPLEMENTARIAS

PARA DISEO POR VIENTO


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NDICE

Normas Tcnicas Complementarias para Diseopor Viento.........................................................................

NOTACIN .....................................................................

1. CONSIDERACIONES GENERALES ............. .......1.1 Alcance .............. ............. ............. ............. ............. ...1.2 Unidades ............ ............. ............. ............. ............. ...

2. CRITERIOS DE DISEO ............ .............. .............2.1 Consideraciones Generales ............. .............. ...........2.2 Clasificacin de las estructuras ............ ............. .......2.2.1 De acuerdo a su importancia ............. .............. .........2.2.2 De acuerdo con su respuesta ante la accin del

viento ......................................................................2.2.3 Efectos a considerar ............ ............. .............. .........2.4 Estudio en tnel de viento ............. ............. ..............2.5 Precauciones durante la construccin y en

estructuras provisionales .........................................

3. MTODOS SIMPLIFICADO Y ESTTICOPARA DISEO POR VIENTO ............. ............. .....

3.1 Determinacin de la velocidad de diseo, VD..........3.1.1 Determinacin de la velocidad regional,VR............3.1.2 Factor de variacin con la altura,FE ........................3.1.3 Factor correctivo por topografa y

rugosidad, FTR........................................................

3.2 Determinacin de la presin de diseo, pz...............3.3 Factores de presin............. ............. .............. ...........3.3.1 Caso I. Edificios y construcciones cerradas ..............3.3.2 Caso II. Paredes aisladas y anuncios.................. .......3.3.3 Caso III. Estructuras reticulares....................... .........

3.3.4 Caso IV. Chimeneas, silos y similares ............. .........3.3.5 Caso V. Antenas y torres con celosa ............. ...........3.3.5.1 Antenas y torres sin accesorios ............. ..............3.3.5.2 Antenas y torres con accesorios ............ ..............3.3.5.3 Torres totalmente recubiertas ............ ............. .....3.3.5.4 Antenas o torres con arriostramientos ............ .....

3.4 Presiones interiores ............ ............. .............. ...........3.5 rea expuesta ............ .............. ............. ............. .......3.6 Coeficientes de presin para el mtodo

simplificado ..............................................................

4. DISEO DE ELEMENTOS DERECUBRIMIENTO ............. .............. ............. .........

5. EMPUJES DINMICOS PARALELOS ALVIENTO ...................................................................

6. EFECTO DE VRTICES PERIDICOSSOBRE ESTRUCTURAS PRISMTICAS .............

6.1 Vibraciones generadas ............ ............. ............. .......6.2 Vibraciones locales ............. ............. .............. ...........6.3 Omisin de efectos dinmicos de vorticidad ..... .......

7. DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES ............ .....


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Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por Viento

NOTACIN

A rea tributaria, mAr rea expuesta del accesorio colocado en una torre, m

AZ rea total proyectada del tramo de torre en que seencuentra un accesorio, m

a altura de la zona de flujo laminar, m; tambin, flechade una cubierta en arco (fig. 3.3), m

B factor por turbulencia de fondo

b ancho mnimo del rea expuesta, m

CD coeficiente de arrastre en chimeneas y torres

CDE coeficiente de arrastre efectivo

Ce factor correctivo por exposicinCT factor de empuje transversal

Cz factor correctivo por altura

Cp coeficiente local de presin

d dimensin de la estructura paralela a la accin delviento, m

F funcin relacionada con la distribucin de la energadel viento

FL fuerza esttica equivalente, por unidad de longitud,que toma en cuenta el efecto de los vrtices, N/m(kg/m)

FTR factor correctivo por condiciones locales

FE factor de variacin de la velocidad del viento con laaltura

G factor de rfaga

g factor de respuesta mxima

H altura de la estructura, m

he dimensin vertical de un letrero aislado, m

n parmetro para el clculo de Ce

no frecuencia del modo fundamental, Hz

pz presin de diseo, Pa (kg/m)R factor de rugosidad

r relacin altura a claro en techos arqueados

S factor de tamao

V fuerza cortante en el entrepiso o segmento en estudio,N (kg)

Vcr velocidad crtica del viento, m/s

VD velocidad de diseo para una altura dada, m/s

VH velocidad de diseo a la altura H, m/s

VR velocidad regional para el sitio de inters, m/s

W suma de las cargas viva y muerta por encima de unentrepiso o segmento, N (kg)

x relacin separacin a peralte en elementos dearmaduras

xo inverso de la longitud de onda, m1

z altura de un punto desde el suelo, m

E exponente que determina la forma de la variacin dela velocidad del viento con la altura

F fraccin del amortiguamiento crtico; adimensional;tambin, ngulo de las cubiertas en arco para definir

las zonas A, B y C (fig. 3.3), gradosH altura gradiente, m

U ngulo de inclinacin en techos inclinados, grados

U1 ngulo de incidencia entre la direccin del viento yun plano vertical, grados

R tasa media de fluctuacin, s1

J relacin de solidez. Relacin entre el rea efectivasobre la que acta el viento y el rea inscrita por laperiferia de la superficie expuesta

] cociente del desplazamiento relativo entre dos niveles

de piso o secciones horizontales, dividido entre lacorrespondiente diferencia de elevaciones

1. CONSIDERACIONES GENERALES

1.1 Alcance

En estas Normas se detallan y amplan los requisitos dediseo por viento contenidos en el Captulo VII del TtuloSexto del Reglamento.

Los procedimientos aqu indicados se aplicarn conforme alos criterios generales de diseo especificados en dichottulo. En particular, debern aplicarse a las accionesdebidas al viento los factores de carga correspondientes aacciones accidentales fijados en las Normas TcnicasComplementarias sobre Criterios y Acciones para elDiseo Estructural de las Edificaciones.

1.2 Unidades

Slo se especifican las unidades en las ecuaciones nohomogneas, cuyos resultados dependen de las unidades enque se expresen. En cada uno de esos casos, se presenta, en


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primer lugar, la ecuacin en trminos de unidades delsistema internacional (SI), y en segundo lugar, entreparntesis, en trminos de unidades del sistema mtricodecimal usual.

Los valores correspondientes a los dos sistemas no sonexactamente equivalentes, por lo que cada sistema debeutilizarse con independencia del otro, sin hacercombinaciones entre los dos.

2. CRITERIOS DE DISEO

2.1 Consideraciones Generales

Debern revisarse la seguridad de la estructura principalante el efecto de las fuerzas que se generan por laspresiones (empujes o succiones) producidas por el vientosobre las superficies de la construccin expuestas al mismoy que son transmitidas al sistema estructural. La revisin

deber considerar la accin esttica del viento y ladinmica cuando la estructura sea sensible a estos efectos.

Deber realizarse, adems, un diseo local de loselementos particulares directamente expuestos a la accindel viento, tanto los que forman parte del sistemaestructural, tales como cuerdas y diagonales de estructurastriangulares expuestas al viento, como los que constituyenslo un revestimiento (lminas de cubierta y elementos defachada y vidrios). Para el diseo local de estos elementosse seguirn los criterios del Captulo 4.

2.2 Clasificacin de las estructuras

2.2.1 De acuerdo con su importancia

Para fines de diseo por viento y de acuerdo con laimportancia para la cual sern destinadas, las estructurasestn clasificadas en dos grupos, A y B, segn el artculo139 del Reglamento.

2.2.2 De acuerdo con su respuesta ante la accin delviento

Para fines de diseo por viento y de acuerdo con lanaturaleza de los principales efectos que el viento puedeocasionar en ellas, las estructuras se clasifican en cuatro

tipos:

a) Tipo 1. Comprende las estructuras poco sensibles a lasrfagas y a los efectos dinmicos de viento. Incluye lasconstrucciones cerradas techadas con sistemas decubierta rgidos; es decir, que sean capaces de resistirlas cargas debidas a viento sin que vare esencialmentesu geometra. Se excluyen las construcciones en que larelacin entre altura y dimensin menor en planta esmayor que 5 o cuyo perodo natural de vibracinexcede de 1 segundo. Se excluyen tambin las

cubiertas flexibles, como las de tipo colgante, a menosque por la adopcin de una geometra adecuada, laaplicacin de presfuerzo u otra medida, se logrelimitar la respuesta estructural dinmica.

b) Tipo 2. Comprende las estructuras cuya esbeltez o

dimensiones reducidas de su seccin transversal lashace especialmente sensibles a las rfagas de cortaduracin, y cuyos periodos naturales largos favorecenla ocurrencia de oscilaciones importantes. Se cuentanen este tipo, los edificios con esbeltez, definida comola relacin entre la altura y la mnima dimensin enplanta, mayor que 5, o con periodo fundamentalmayor que 1 segundo.

Se incluyen tambin las torres atirantadas o envoladizo para lneas de transmisin, antenas, tanqueselevados, parapetos, anuncios, y en general lasestructuras que presentan dimensin muy corta

paralela a la direccin del viento. Se excluyen lasestructuras que explcitamente se mencionan comopertenecientes a los Tipos 3 y 4.

c) Tipo 3. Comprende estructuras como las definidas enel Tipo 2 en que, adems, la forma de la seccintransversal propicia la generacin peridica devrtices o remolinos de ejes paralelos a la mayordimensin de la estructura.

Son de este tipo las estructuras o componentesaproximadamente cilndricos, tales como tuberas,chimeneas y edificios con planta circular.

d) Tipo 4. Comprende las estructuras que por su forma o

por lo largo de sus perodos de vibracin presentanproblemas aerodinmicos especiales. Entre ellas sehallan las cubiertas colgantes, que no pueden incluirseen el Tipo 1.

2.2.3 Efectos a considerar

En el diseo de estructuras sometidas a la accin de vientose tomarn en cuenta aquellos de los efectos siguientes quepuedan ser importantes en cada caso:

a) Empujes y succiones estticos;

b) Fuerzas dinmicas paralelas y transversales al flujoprincipal, causadas por turbulencia;

c) Vibraciones transversales al flujo causadas porvrtices alternantes; y

d) Inestabilidad aeroelstica.

Para el diseo de las estructuras Tipo 1 bastar tener encuenta los efectos estticos del viento, calculados deacuerdo con el Captulo 3.


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Para el diseo de las estructuras Tipo 2 debern incluirselos efectos estticos y los dinmicos causados porturbulencia. El diseo podr efectuarse con un mtodoesttico equivalente, de acuerdo con las seccionescorrespondientes de los Captulos 3 y 5, o con un

procedimiento de anlisis que tome en cuenta lascaractersticas de la turbulencia y sus efectos dinmicossobre las estructuras.

Las estructuras Tipo 3 debern disearse de acuerdo conlos criterios especificados para las de Tipo 2, pero ademsdeber revisarse su capacidad para resistir los efectosdinmicos de los vrtices alternantes, segn se especificaen el Captulo 6. Para estructuras Tipo 4 los efectos deviento se valuarn con un procedimiento de anlisis quetome en cuenta las caractersticas de la turbulencia y susefectos dinmicos, pero en ningn caso sern menores quelos especificados por el Tipo 1. Los problemas deinestabilidad aeroelstica ameritarn estudios especialesque debern ser aprobados por la Administracin.

2.4 Estudio en tnel de viento

En construcciones de forma geomtrica poco usual y concaractersticas que las hagan particularmente sensibles alos efectos de viento, el clculo de dichos efectos se basaren resultados de estudios en tnel de viento. Podrntomarse como base resultados existentes de ensayesrealizados en modelos de construcciones de caractersticassemejantes. Cuando no se cuente con estos resultados ocuando se trate de construcciones de particularimportancia, deber recurrirse a estudios de tnel de viento

en modelos de la construccin misma.

Los procedimientos de ensayes e interpretacin de losestudios de tnel de viento seguirn tcnicas reconocidas ydebern ser aprobados por la Administracin.

2.5 Precauciones durante la construccin y enestructuras provisionales

Se revisar la estabilidad de la construccin ante efectos deviento durante el proceso de ereccin. Pueden necesitarsepor este concepto apuntalamientos y contravientosprovisionales, especialmente en construcciones de tipoprefabricado. Para este caso se evaluarn los empujes conlas velocidades referidas en el Captulo 3, asociadas a unperodo de retorno de 10 aos.

3. MTODOS SIMPLIFICADO Y ESTTICOPARA DISEO POR VIENTO

Para el clculo de empujes y/o succiones sobre lasconstrucciones del Tipo 1 (inciso 2.2.2.a) debidas a lapresin del viento, se podr emplear el mtodo esttico alaplicar las presiones de diseo de la seccin 3.2 y los

coeficientes de presin sealados en las secciones 3.3 y3.4. El mtodo simplificado podr aplicarse paraestructuras con altura no mayor de 15 m, con plantarectangular o formada por una combinacin derectngulos, tal que la relacin entre una altura y la

dimensin menor en planta sea menor que 4. En esteltimo caso se aplicar la presin de diseo de la seccin3.2, pero los coeficientes de presin se tomarn segn seseala en la seccin 3.6.

3.1 Determinacin de la velocidad de diseo, VD

Los efectos estticos del viento sobre una estructura ocomponente de la misma se determinan con base en lavelocidad de diseo.

Dicha velocidad de diseo se obtendr de acuerdo con laecuacin 3.1.

VD = FTR FE VR (3.1)dondeFTR factor correctivo que toma en cuenta las condiciones

locales relativas a la topografa y a la rugosidad delterreno en los alrededores del sitio de desplante;

FE factor que toma en cuenta la variacin de la velocidadcon la altura; y

VR velocidad regional segn la zona que le correspondeal sitio en donde se construir la estructura.

La velocidad de referencia, VR, se define en la seccin3.1.1 y los factores FE y FTR se definen en las secciones3.1.2 y 3.1.3, respectivamente.

3.1.1 Determinacin de la velocidad regional,VR

La velocidad regional es la velocidad mxima del vientoque se presenta a una altura de 10 m sobre el lugar dedesplante de la estructura, para condiciones de terrenoplano con obstculos aislados (terreno tipo R2, fig. 3.1).Los valores de dicha velocidad se obtendrn de la tabla3.1. Dichos valores incluyen el efecto de rfaga quecorresponde a tomar el valor mximo de la velocidadmedia durante un intervalo de tres segundos.

Para las estructuras temporales que permanezcan por msde una estacin del ao se seleccionar la velocidad conperiodo de retorno de 10 aos.

3.1.2 Factor de variacin con la altura,FE

Este factor establece la variacin de la velocidad del vientocon la altura z. Se obtiene con las expresiones siguientes:


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FE= 1.0 ; si ze10 mFE= ( z / 10)

E; si 10 m < z < H

FE= ( H /10)E

; si zuH (3.2)

donde

H altura gradiente, medida a partir del nivel del terrenode desplante, por encima de la cual la variacin de lavelocidad del viento no es importante y se puede

suponer constante; H y z estn dadas en metros; y

E exponente que determina la forma de la variacin dela velocidad del viento con la altura.

Los coeficientes E y H estn en funcin de la rugosidad delterreno (figura 3.1) y se definen en la tabla 3.2.

Tabla 3.1 Velocidades regionales, VR, segn la

importancia de la construccin yla zonificacin elica, m/s

Importancia de laconstruccin

A B TemporalPeriodo de retorno, aos 200 50 10

Zona I: Delegaciones deAlvaro Obregn,Azcapotzalco,Benito Jurez, Coyoacn,Cuauhtmoc,G.A. Madero, Iztacalco,Iztapalapa, Miguel Hidalgo

y Venustiano Carranza

39 36 31

Zona II: Delegaciones deMagdalena Contreras,Cuajimalpa, Milpa Alta,Tlalpan y Xochimilco

35 32 28

Tabla 3.2 Rugosidad del terreno, E y H

Tipos de terreno (fig. 3.1) E H, m

R1 Escasas o nulas obstrucciones al flujode viento, como en campo abierto

0.099 245

R2 Terreno plano u ondulado con pocasobstrucciones

0.128 315

R3 Zona tpica urbana y suburbana. Elsitio est rodeado predominantementepor construcciones de mediana y bajaaltura o por reas arboladas y no secumplen las condiciones del Tipo R4

0.156 390

R4 Zona de gran densidad de edificiosaltos. Por lo menos la mitad de las

0.170 455

edificaciones que se encuentran en unradio de 500 m alrededor de laestructura en estudio tiene alturasuperior a 20 m

Figura 3.1 Rugosidad de terreno

3.1.3 Factor correctivo por topografa y rugosidad,FTR

Este factor toma en cuenta el efecto topogrfico local delsitio en donde se desplante la estructura y a su vez lavariacin de la rugosidad de los alrededores del sitio (tabla3.3). En este ltimo caso, si en una direccin de anlisis delos efectos del viento existen diferentes rugosidades conlongitud menor de 500 m, se deber considerar la queproduzca los efectos ms desfavorables.

Tabla 3.3 Factor FTR(Factor de topografa y rugosidad del terreno)

Tipos de topografa (fig. 3.2)

Rugosidad de terrenos enalrededores

Terrenotipo R2

Terrenotipo R3

Terrenotipo R4

T1 Base protegida depromontorios y faldas deserranas del lado desotavento

0.80 0.70 0.66

T2 Valles cerrados 0.90 0.79 0.74

T3 Terreno prcticamente

plano, campo abierto,ausencia de cambiostopogrficos importantes,con pendientes menores de5 % (normal)

1.00 0.88 0.82

T4 Terrenos inclinados conpendientes entre 5 y 10 %

1.10 0.97 0.90

T5 Cimas de promontorios,colinas o montaas,terrenos con pendientes

1.20 1.06 0.98

R1 R2 R3 R4


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mayores de 10 %, caadaso valles cerrados

En terreno de tipo R1, segn se define en la tabla 3.2, elfactor de topografa y rugosidad, FTR, se tomar en todoslos casos igual a 1.0.

Figura 3.2 Formas topogrficas locales

3.2 Determinacin de la presin de diseo, pzLa presin que ejerce el flujo del viento sobre unaconstruccin determinada, pz , en Pa (kg/m), se obtienetomando en cuenta su forma y est dada de manera generalpor la expresin 3.3.

pz = 0.47 Cp VD (3.3)

( pz = 0.048 Cp VD )dondeCp coeficiente local de presin, que depende de la forma

de la estructura; y

VD velocidad de diseo a la altura z, definida en laseccin 3.1.

3.3 Factores de presin

Los factores de presin Cp de la ec. 3.3, para el caso delmtodo esttico, se determinan segn el tipo y forma de laconstruccin, de acuerdo con lo siguiente:

3.3.1 Caso I. Edificios y construcciones cerradas

Se consideran los coeficientes de presin normal a la

superficie expuesta de la tabla 3.4.

Tabla 3.4 Coeficiente Cp para construccionescerradas

CpPared de barlovento 0.8

Pared de sotavento1 0.4

Paredes laterales 0.8

Techos planos 0.8

Techos inclinados lado desotavento

0.7

Techos inclinados lado debarlovento2 0.8 0.04U 1.6 1.8

Techos curvos ver tabla 3.5 y fig. 3.31 La succin se considerar constante en toda la altura dela pared de sotavento y se calcular para un nivel z igual ala altura media del edificio;2 U es el ngulo de inclinacin del techo en grados.

Tabla 3.5 Coeficientes de presin Cp paracubiertas en arco 1

Relacin r = a/d A B C

r 0.2 0.9

0.2r0.3 3r1 0.7r 0.5

r> 0.3 1.42r 1 Para cubiertas de arco apoyadas directamente sobre elsuelo, el coeficiente de presin sobre la zona A debertomarse igual a 1.4r, para todo valor de r.

Figura 3.3 Cubiertas en arco

3.3.2 Caso II. Paredes aisladas y anuncios

La fuerza total sobre la pared o anuncio, suma de losempujes de barlovento y succiones de sotavento, secalcular a partir de la ecuacin 3.3; se utilizar un factorde presin obtenido de las tablas 3.6, 3.7 y 3.8, segn elcaso (figuras 3.4 y 3.5).

T1

V

T3

V T4

plano montculo

T2V

valle cerrado

T5

F/4F/

4

Viento

d

F

Barl

t

B

AF/2 a

Sotavento

C


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Tabla 3.6 Viento normal al anuncio o muro

Coeficiente de presin neta (Cp)Anuncios

Muros0 < he/H < 0.2 0.2 ehe/He 0.7

1.2 + 0.02 (d/he 5) 1.5 1.2

La tabla 3.6 se aplica para anuncios con 1 e d/he e 20 ymuros con 1 e d/H e 20. Si d/he o d/H es mayor que 20,el coeficiente de presin ser igual a 2.0.

En el caso de muros, si d/H es menor que 1.0, elcoeficiente de presin tambin ser igual a 2.0.

Figura 3.4 Dimensiones de muros y anuncios endireccin del viento

En el caso de anuncios, si d/he es menor que 1.0 y he/Hmayor o igual que 0.2, el coeficiente de presin ser iguala 2.0. Si he/H es mayor que cero pero menor que 0.2entonces el coeficiente de presin se calcular con laexpresin de la tabla 3.6. Para este fin la relacin d/he sesustituir por su valor inverso.

En el caso del viento a 45 grados la presin resultante esperpendicular al anuncio o muro y est aplicada con unaexcentricidad del centroide, segn la distribucin depresiones de la tabla 3.7. Dicha excentricidad no debertomarse menor que d/10.

Tabla 3.7 Viento a 45 sobre el anuncio o muro

Coeficiente de presin neta (Cp) en zonasde anuncios o muros

Distancia horizontal medida a partir del borde libre debarlovento del anuncio o muro

Anuncios Muros

0 a 2he 2he a 4he > 4he 0 a 2H 2H a 4H > 4H

3.0 1.5 0.75 2.4 1.2 0.6

Para las paredes y anuncios planos con aberturas, laspresiones se reducirn con el factor dado por

J ( 2 J )donde J es la relacin de solidez del anuncio o muro.

Tabla 3.8 Viento paralelo al plano del anuncio o muro

Coeficiente de presin neta (Cp) en zonasde anuncios o muros

Distancia horizontal medida a partir del borde libre debarlovento del anuncio o muro

Anuncios Muros

0 a 2he 2he a 4he > 4he 0 a 2H 2H a 4H > 4H

s 1.2 s 0.6 s 0.3 s 1.0 s 0.5 s0.25

Figura 3.5 Accin sobre paredes aisladas o anuncios

3.3.3 Caso III. Estructuras reticulares

Para el diseo de estructuras reticulares como las formadaspor trabes de alma abierta y armaduras a travs de las quepasa el viento, se usar un coeficiente de presin igual a2.0, cuando estn constituidas por elementos de seccintransversal plana y de 1.3 cuando los elementos constitu-tivos son de seccin transversal circular.

Cuando se tengan marcos o armaduras en diversos planos,podr tomarse en cuenta la proteccin que algunos de susmiembros proporcionan a otros, siempre y cuando los

dDireccin

delviento

Muro aislado

Direccindel

viento

U = 901

U = 901

heH

d

Anuncio aislado

Nota: Si h /H> 0.7 el anuncio deber tratarse como muro aisladoe

HDirecci

ndel

viento

e

>4h

Direcci

ndel

viento

Direcci

n

delviento

2heU=90 4

>4

U=90

2

4

>4

Anuncios

4

>4

Direcci

ndel

vien

to

Muros

U=45

45

45

e2

e

2

e4

e

U=45

e

e


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miembros sean hechos a base de secciones planas. Elfactor de proteccin se calcular como

1 1.7 ( J 0.01x)

donde

x relacin de la separacin entre los marcos al peraltemximo de las armaduras o vigas; y

J relacin de solidez.

3.3.4 Caso IV. Chimeneas, silos y similares

Los coeficientes de presin varan en funcin de la formade la seccin transversal y de la relacin de esbeltez de laestructura. Sus valores se especifican en la tabla 3.9.

En este tipo de estructuras adems de los efectos estticos,debern tomarse en cuenta los efectos dinmicoscalculados a partir de las disposiciones del Captulo 5.

Tabla 3.9 Coeficientes de arrastre para chimeneas ysilos

Forma de la seccin transversalRelacin de esbeltez 1

1 7 25

Cuadrada:Viento normalngulo de incidencia 45

1.30.9

1.41.2

2.01.6

Hexagonal u octagonal 1.0 1.2 1.4

Circular (superficie rugosa) 0.7 0.8 0.9

Circular (superficie lisa) 0.5 0.6 0.71 La relacin de esbeltez se define como la relacin de laaltura a lado menor de la estructura. Se interpolarlinealmente para valores intermedios.

3.3.5 Caso V. Antenas y torres con celosa

Para el anlisis de antenas y torres hechas a base decelosa, dichas estructuras se dividirn en un conjunto detramos verticales. La fuerza horizontal resultante sobrecada tramo, en N (kg), se obtendr por medio de laexpresin

0.47CD VD A (3.4)

( 0.048CD VD A )dondeA rea expuesta, en m2;

VD velocidad de diseo definida en la seccin 3.1; y

CD coeficiente especificado en las tablas 3.10 a 3.12.

Los factores de arrastre, CD, se calcularn para cada tramoy ser vlido sumar los efectos que el viento provoque en

cada tramo. Se recomienda considerar por lo menos 10tramos.

El coeficiente de arrastre se calcular para los casos que acontinuacin se sealan.

3.3.5.1 Antenas y torres sin accesorios

El coeficiente de arrastre, CD, se tomar de las tablas 3.10,3.11 3.12 segn el caso. En estas tablas, b ser el anchopromedio de la seccin transversal de la torre y VD es lavelocidad de diseo a la altura del tramo en cuestin.Adems, en dichas tablas, se podr interpolar linealmentepara valores intermedios de b VD y de la relacin desolidez J.

Tabla 3.10 Coeficientes de arrastre para torres con

miembros de lados planos

Torres de seccin cuadradaTorres de seccin

triangularequiltera

Relacin de

solidez, J

Vientonormal auna cara

Vientoactuando enuna esquina

Viento encualquier direccin

e 0.1 3.5 3.9 3.10.2 2.8 3.2 2.70.3 2.5 2.9 2.30.35 2.3 2.75 2.20.4 2.1 2.6 2.1u 0.5 1.8 2.3 1.9

Tabla 3.11 Coeficientes de arrastre para torres conmiembros de seccin circular.Torres de seccin cuadrada

Relacinde solidez,

J

Flujo subcrticobVD < 3 m/s

Flujo supercrticobVDu6 m/s


Vientoincidiendo

en unaesquina


Vientoincidiendo

en unaesquina

e 0.05 2.2 2.5 1.4 1.2

0.1 2 2.3 1.4 1.30.2 1.8 2.1 1.4 1.60.3 1.6 1.9 1.4 1.60.4 1.5 1.9 1.4 1.6u 0.5 1.4 1.9 1.4 1.6


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Tabla 3.12 Coeficientes de arrastre para torres conmiembros de seccin circular.

Torres de seccin triangular equiltera

Relacin de

solidez, J

Flujo subcrticobV

D< 3 m/s

Flujo supercrticobV

Du6 m/s

Viento en cualquier direccine 0.05 1.8 1.1

0.1 1.7 1.10.2 1.6 1.10.3 1.5 1.10.4 1.5 1.1u 0.5 1.4 1.2

3.3.5.2 Antenas y torres con accesorios

Los coeficientes de arrastre se calcularn de la siguientemanera:

a) Cuando los accesorios se coloquen de manerasimtrica en todas las caras, su rea proyectada seagregar al rea de los miembros de la torre y elcoeficiente de arrastre se calcular segn la seccin3.3.5.1.

b) Cuando los accesorios no se coloquen de manerasimtrica, el coeficiente efectivo de arrastre sedeterminar como sigue:

CDE = CD + 7(CD (3.5)

donde

(CD coeficiente de arrastre adicional debido acada accesorio que se coloque en una cara, oque se localice en el interior de la torre; y

CD se calcular segn la seccin 3.3.5.1.

El coeficiente adicional (CD se calcular como:

(CD = 1.6 (Ar/ AZ) (3.6)

dondeAr rea expuesta del accesorio colocado en la torre;

y

AZ rea total proyectada del tramo de torre en quese encuentra el accesorio.

3.3.5.3 Torres totalmente recubiertas

Para torres totalmente recubiertas, el coeficiente de arrastrese tomar igual al especificado para cuerpos estancos deigual geometra.

3.3.5.4 Antenas o torres con arriostramientos

Cuando se empleen antenas o torres con arriostramientos,el coeficiente de arrastre sobre stos se calcular con lasiguiente ecuacin:

CDE = 1.2 senU1 (3.7)

donde U1 es el ngulo que se forma entre la direccin delviento y el eje del cable y se usar la velocidad de vientocalculada a las dos terceras partes de la altura de conexindel cable con la torre.

3.4 Presiones interiores

Cuando las paredes de una construccin puedan teneraberturas que abarquen ms de 30 por ciento de susuperficie, deber considerarse en el diseo de loselementos estructurales el efecto de las presiones que se

generan por la penetracin del viento en el interior de laconstruccin. Estas presiones se considerarn actuandouniformemente en las partes interiores de las paredes ytecho y se determinarn con la ecuacin 3.3, empleando losfactores de empuje que se indican en la tabla 3.13, enfuncin de la posicin de las aberturas que puedan existiren las paredes de la construccin.

Tabla 3.13 Coeficiente Cp para presiones interiores

Cp

Aberturas principalmente en la carade barlovento

0.75

Aberturas principalmente en la carade sotavento

0.6

Aberturas principalmente en las carasparalelas a la direccin del viento

0.5

Aberturas uniformes distribuidas enlas cuatro caras

0.3

3.5 rea expuesta

El rea sobre la que acta la presin calculada con laecuacin 3.3 se tomar igual a la superficie expuesta alviento proyectada en un plano vertical, excepto en techos y

en elementos de recubrimiento en que se tomar el reatotal. La direccin de las presiones del viento ser normal ala superficie considerada. Esta definicin se aplica tantopara el mtodo esttico como el simplificado.

En superficies con vanos, como las estructuras reticulares,slo se considerar el rea proyectada de las partes slidas.Cuando se tengan elementos reticulares en diversos planospodr tomarse en cuenta la proteccin que algunos de losmiembros proporcionan a otros, mediante el criterioindicado en la seccin 3.3.3.


11/16

En techos de diente de sierra, se considerar que la presinacta sobre la totalidad del rea del primer diente, y lamitad del rea para cada uno de los dems.

3.6 Coeficientes de presin para el mtodosimplificado

Los coeficientes de presin a considerar en muros y techosde construcciones que cumplan con los requisitos paraaplicar el mtodo simplificado, se indican en la tabla 3.14.En las aristas de muros y techos se considerarn loscoeficientes de presin en bordes que se indican en dichatabla. Estos coeficientes de borde solamente se aplicarnpara el diseo de los sujetadores en la zona de afectacinindicada en la figura 3.6. El ancho de la zona de afectacina lo largo de los bordes de muros y techos ser la dcimaparte de su dimensin menor (ancho o largo) o del total de

su altura (si sta resulta menor).Tabla 3.14 Coeficientes de presin para el mtodo

simplificado

Superficie Cp Cp (en bordes)Muros s 1.45 s 2.25

Techos s 2.1 s 3.4

Figura 3.6 Zonas de afectacin para el diseo de los

sujetadores

4. DISEO DE ELEMENTOS DERECUBRIMIENTO

Se disearn con los criterios establecidos en este captulolos elementos que no forman parte de la estructuraprincipal y los que no contribuyen a la resistencia de laestructura ante la accin del viento, as como los que tienenpor funcin recubrir la estructura. Cada elemento se

disear para las presiones, tanto positivas (empujes) comonegativas (succiones) que correspondan a la direccin msdesfavorable del viento, calculadas con la expresin 3.3. Seusarn los coeficientes de presin de la tabla 4.1 paraelementos ubicados en edificios de ms de 20 m de altura,

los de la tabla 4.2 para los que se encuentran en edificiosde altura menor de 20 m, y los de la tabla 4.3 paracubiertas de arco. Para el diseo de parapetos, se emplearun coeficiente de presin calculado como

Cp = 3.0 + A/75 1.8 (4.1)

donde A es el rea tributaria del elemento a disear, enmetros cuadrados.

Adicionalmente se considerarn los efectos de laspresiones interiores, calculadas como se indica en laseccin 3.4, para construcciones en cuyas paredes puedehaber aberturas que abarquen ms de 30 por ciento de la

superficie. Cuando este porcentaje no exceda de 30 seconsiderar para el diseo de los elementos derecubrimiento un coeficiente de presin de s 0.25.

Tabla 4.1 Coeficientes de presin para elementos derecubrimiento en edificios cuya altura es

mayor o igual a 20 m

Zona Efecto Coeficiente de presin, Cp1 succin 1.1 1.2 + A/100 0.75

empuje 0.8 1.1 A/130

2 succin 2 2.2 + A/150 1.3empuje 0.8 1.2 A/1303 succin 2 + A/13 0.854 succin 2.5 + A/20 1.755 succin 4 + A/8 2

Zona de

afectacin para

bordes


12/16

Figura 4.1 Elementos de recubrimiento enedificios con Hu20 m

Tabla 4.2 Coeficientes de presin para elementos derecubrimiento en edificios cuya altura es menor a 20 m

Zona Efecto Coeficiente de presin, Cp1 succin 2 + A/50 1.1

empuje 1.5 A/1002 succin 1.4 + A/50 1.23 succin 3.0 + A/10 2.04 succin 1.4 + A/50 1.2

empuje 1.3 A/50 " 1.1

5 succin 1.7 + A/35 1.4empuje 1.3 A/50 " 1.1

Figura 4.2 Elementos de recubrimiento enedificios con H < 20 m

Figura 4.3 Elementos de recubrimiento encubiertas en arco

Tabla 4.3 Coeficientes de presin para elementos derecubrimiento en cubiertas de arco. Multiplquense los

valores indicados en la tabla 3.5 por los siguientesfactores:

Zonarea tributaria, m

Ae10 A"10

1 1.2 1.15

2 1.4 1.3

5. EMPUJES DINMICOS PARALELOS AL

VIENTO

En construcciones pertenecientes al Tipo 2, los efectosestticos y dinmicos debidos a la turbulencia se tomarnen cuenta multiplicando la presin de diseo calculada conla ecuacin 3.3 por un factor de amplificacin dinmicadeterminado con la expresin:

(5.1)

donde

;

;

Paredes

ELE

ACIN

Cubierta

PLANTA

b/10

b/10

b

1

2

b

4

b/5

b/10

5

4

b/5

b /1 0

P L A N T A

b /1 0

2

b

b /1 0

11

2

3

P a ra 0 e U e 3 0

3

U

4

b

b /1 0

4

b /1 0

1 1

4

5

P a ra U > 3 0

5

U

2

b/10

PLANTA

ELEVACI

N

b

1

b/10

143.0 u

F!SF

BC

RgG

e

48.13.2

1

)6003(Ln2

58.0)6003(Ln2 u

RR!g

BSF

SFno

F!R


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;

;

;

R es un coeficiente de exposicin y Ce un factor

correctivo que depende de la altura z, igual a (z/a)n

; z enm. Los valores de estos parmetros dependen de lascondiciones de exposicin descritas en la tabla 3.2 y seconsignan en la tabla 5.1.

Tabla 5.1 Parmetros R, a y n segn lacondicin de exposicin

Exposicin R a nR1 0.04 10 0.18

R2 0.08 10 0.28

R3 0.16 20 0.50

R4 0.34 33 0.72

xo = (1220 no / VH) ;

;

G factor de amplificacin dinmica;

g factor de respuesta mxima;

R factor de rugosidad;

B factor de excitacin de fondo;

S factor reductivo por tamao;no frecuencia del modo fundamental de la estructura,

Hz;

H altura de la estructura, m;

F fraccin del amortiguamiento crtico, igual a 0.01 enestructuras de acero, y 0.02 en estructuras deconcreto;

Ln logaritmo natural;

F relacin de energa en rfaga; y

Ce factor correctivo por exposicin.

En edificios altos, se verificar que la aceleracin debida a

empujes dinmicos no sobrepase 0.04 de la aceleracin dela gravedad.

En las figuras 5.1 a 5.4 se presentan grficas paradeterminar los valores de B, S, F y g.

Figura 5.1 Parmetro B para calcular el factor derespuesta dinmica

Figura 5.2 Parmetro F para calcular el factor derespuesta dinmica

!

H

dxx

x

bxHxB

/914

03/4)1(

1221

1

4571

1

3

4

T!

H

o

H

o

V

bn

V

HnS

101

1

3

81

1

3

3/4)1(

o

o

x

xF

!

eRH CR !Altura de la estructura H, m

0.8

Factordeexcitacindefondo,B

3 4 5 7 100.0

0.10.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1.9

0.9

1.0

1.1

1.21.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

0.5

30020 30 50 100

b/H=5.0

3.0

2.0

1.5

1.0

0.7

0.3

0.2

0.1

0.0

Inv erso de la longitud de onda,

-3! elacindeenergader

"

faga,

F

0.1

0.07

0.04

0.0210

-410

1.0

0.7

0.4

0.2

, ondas/mn 0/VH'

10-2

10-1


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Figura 5.3 Parmetro S para calcular el factor derespuesta dinmica

Figura 5.4 Parmetro g para calcular el factor derespuesta dinmica

6. EFECTO DE VRTICES PERIDICOS SOBREESTRUCTURAS PRISMTICAS

En el diseo de las estructuras Tipo 3 debern tomarse encuenta los efectos dinmicos generales y locales de lasfuerzas perpendiculares a la direccin del viento causadaspor vrtices alternantes.

6.1 Vibraciones generadas

Su efecto se presenta mediante fuerzas estticasequivalentes perpendiculares a la accin del viento. Sedeterminar una fuerza FL por unidad de longitud del ejede la pieza, con la ecuacin 6.1.

(6.1)

dondeFL fuerza por unidad de longitud, N/m (kg/m);

F coeficiente de amortiguamiento de la estructura,como porcentaje del amortiguamiento crtico;

CT factor de empuje transversal;

Vcr velocidad crtica del viento, m/s; y

d dimensin de la estructura paralela a la direccin delviento, m.

La velocidad crtica del viento, para la cual se generan losvrtices, se calcular para estructuras de seccin circularcomo:

Vcr= 5no d (6.2)

donde no es la frecuencia natural de vibracin de laestructura en el modo fundamental, en Hertz.

El factor de empuje transversal CT podr tomarse como0.28 para estructuras de seccin circular, a menos que se

cuente con informacin que justifique valores menores.

6.2 Vibraciones locales

Para el diseo local en flexin perpendicular a la direccindel viento por efecto de vorticidad, de estructuras de pareddelgada, tales como chimeneas, deber considerarse larespuesta de cada anillo de ancho unitario, tomandocualquier altura de la estructura, a una fuerza alternantenormal al flujo, con magnitud dada por la ecuacin 6.1.

Frecuencia reducida,

0.5

Factor

dereducci

n

ortamao,S

0.002

0.001

0.0005

0.0003

0.00020.1

0.3

0.2

0.1

0.05

0.03

0.02

0.01

0.005

0.003

1.0

3.0

H'(H/V )n0

0.2 0.5 1.0 2.0

b/H=5.0

5.0

0.03

2.0

1.0

0.5

0.2

0.0

0.1

0.0

1

Factorderes

uestamxima,g

Tasamed iade fluctuaci#

n, R (1/se $ undo)

0.01 0.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1 10

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

dV%

&

crT

L 047.02 F!

F! dV

'(

crT

L 0048.02


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6.3 Omisin de efectos dinmicos de vorticidad

Los requisitos de las secciones 6.1 y 6.2 pueden omitirseen los siguientes casos:

a) Cuando por medio de observaciones en prototipos o enmodelos representativos, se demuestre que la forma,dimensiones o acabado exterior de la estructura sontales que no pueden formarse vrtices importantescuando actan sobre ella vientos con velocidad menoro igual que la de diseo.

b) Cuando el perodo fundamental de la estructura omiembro estructural en estudio difiera cuando menosen 30 por ciento de cualquier valor posible que puedantener los vrtices alternantes, para velocidadesmenores o iguales a las de diseo. Esta condicin selogra cuando la velocidad crtica, calculada paraestructuras de seccin circular con la ecuacin 6.2,

excede de

(6.3)

para z = H

7. DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES

Se revisar que los desplazamientos relativos entre nivelesconsecutivos de edificios o entre secciones transversales detorres, causados por las fuerzas de diseo por viento, noexcedan de los valores siguientes, expresados comofraccin de la diferencia entre los niveles de piso o de las

secciones transversales mencionadas:a) Cuando no existan elementos de relleno que puedan

daarse como consecuencia de las deformacionesangulares: 0.005;

b) Cuando existan elementos de relleno que puedandaarse como consecuencia de las deformacionesangulares: 0.002.

En todos los casos, en el clculo de los desplazamientosrelativos se podr deducir la componente debida a laflexin general del edificio o la torre que se diseen. Losefectos de segundo orden podrn despreciarse cuando en

todos los entrepisos o segmentos verticales de la estructurase cumpla la condicin

(7.1)

donde

] cociente del desplazamiento relativo entre dos nivelesde piso o secciones horizontales, dividido entre lacorrespondiente diferencia de elevaciones;

V fuerza cortante en el entrepiso o segmento en estudio;y

W suma de las cargas viva y muerta por encima de dichoentrepiso o segmento.

zzRCp4

W

V08.0]


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Documents

NTC DISEÑO POR VIENTO