Contenido
1. Descripción Descripción del Proyecto.... Proyecto........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ............ ............ ..........2 ....2 2. Ingeniería del Viento............... Viento........................ .................. .................. .................. ................. ........................................2 ................................2 2.1. Análisis de la Estructura................... Estructura............................ .................. .................. .................. ................. .......................2 ...............2 2.1.1. Velocidad de Diseño................... Diseño............................ .................. .................. ............................. ..................................4 ..............4 2.1.2. Presión de Diseño................... Diseño............................ .................. ................. ................. .................. .................. .....................8 ............8 2.1. álculo álculo Diná!ico Diná!ico de la Estructura.. Estructura...... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........ ........ .......... ............ ........... .........2 ....2 2.2.1. álculo de la "uer#a E$ui%alente del &etrero....................... &etrero................................ ...................4 ..........4 2.2.2. álculo de la "uer#a E$ui%alente de la olu!na..................... olu!na.............................. ...............8 ......8 '. Análisis Análisis y Diseño Estructural Estructural del Espectacular Espectacular... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........( ..(
1. Descripción del Proyecto.
)e proyecta un espectacular *or!ado por ' colu!nas IP+ de 1,2 !! - 18 g/! de 0., ! de altura 3astidor y arrostra!iento para resistir el espectacular *or!ado 2 2530 f = kg / cm y por ángulos &I 2-1/4 un acero A5'6 con es*uer#o de *luencia .
2. Ingeniería de Viento.
Para el Diseño por Viento es necesario to!ar en cuenta el 7ipo de Análisis y Diseño Estructural dependiendo de la acción del %iento $ue acte en la estructura la Velocidad +egional donde será construida la clasi*icación segn su i!portancia el tie!po de retorno $ue tendrá co!o duración así co!o los *actores para la Velocidad y Presión de Diseño.
2.1.
Análisis de la Estructura.
2.1.1. Velocidad Diseño.
9ediante el 9anual de Diseño Por Viento de la o!isión "ederal de Electricidad :"E; se deter!inaron los %alores para el cálculo de la acción del %iento en la estructura a diseñar.
&a #ona donde será construida la estructura es en la región de oat#acoalcos Veracru# el cual tiene para un retorno de 1 años una Velocidad +egional de 1'4 !/
:Estructuras para las $ue se reco!ienda un grado de seguridad !oderado.; y la ategoría del 7erreno respecto a su +ugosidad del 7ipo ' calcula!os la Velocidad y Presión de Diseño? 1) álculo de la Velocidad De Diseño. V D = F T ∗ F RZ ∗V R
En donde? F T F RZ V R
@ "actor de 7opogra*ía @ "actor de e-posición local. @ Velocidad +egional
7ene!os? V D =1.00∗0.881∗134 =¿ V D
= 11.!" #$%&r.
2.1.2. Presión Diseño.
Al o3tener la %elocidad de diseño se procede a calcular la presión? QZ = 0.0048∗G∗V D
2
En donde? QZ
@ Presión de Diná!ica >ase a una altura so3re el ni%el del terreno.
= @ "actor de corrección por te!peratura y altura con respecto del ni%el del !ar. El %alor de = lo o3tene!os de la siguiente e-presión? G=
0.392 Ω 273+ ɽ
B @ Presión 3aro!Ctrica en !! de g. ɽ @
7e!peratura a!3iental en .
7ene!os $ue? G=
0.392∗760 273 + 26
=¿
G=0.996
Por lo tanto? 2
QZ = 0.0048∗0.996∗118.05 QZ = 66.62 kg / m
2.2.
2
'alculo diná$ico de la estructura.
Para el análisis y diseño se deter!inó las características del co!porta!iento de la estructura a los e*ectos diná!icos del %iento por lo $ue se considera una construcción del 7ipo 2 el cual será un análisis diná!ico a causa de las tur3ulencias del %iento.
2.2.1. 'alculo de la (uera E*ui+alente so,re el -etrero. A) Viento For!al al Plano del Espectacular.
uando las relaciones 3/< @ 0.,/4., @ 1.60 y
)e usa la siguiente *or!ula?
(
C pm =1.3 + 0.5 0.3 + log 10
( ))( ( ))=¿ b h
0.8 −
h H
C pm =1.3 + 0.5 ( 0.3 + log 10 ( 1.67 ) ) ( 0.8 −( 0.60 ) ) =1.35
•
Presión de Diseño.
Por tanto la presión de Diseño es? P z =( 1.35∗ 66.62 )=89.94 kg / m
•
2
"actor de e-posición.
' En el análisis diná!ico para calcular el *actor de e-posición F rz para terreno
de categoría ' se to!an los pará!etros de y !anual?
ƃ
=0.77 de la ta3la 4.4.1 del
'
F rz =0.702 ƃ
si # G 1
)e tiene $ue? '
F rz =0.702∗0.77 =0.541
Velocidad !edia.
•
on este %alor se calcula la %elocidad !edia actuante en el letrero? '
F T ∗ F rz∗V R 1.0∗0.541∗134 V D = = =20.14 km /hr . 3.6 3.6
"uer#a diná!ica e$ui%alente.
•
&a *uer#a diná!ica e$ui%alente se o3tiene para una altura so3re el ni%el del terreno :; en ! con la siguiente e-presión? F eq ( z )= P z∗ A exp∗ F AD
En donde? PZ
@ Presión de Diseño >ase.
A exp
@ Hrea e-puesta proyectada en un plano perpendicular a la dirección del
%iento. F AD
@ "actor de a!pli*icación diná!ica adi!ensional o3tenida para cada
estructura en particular.
1) "actor de A!pli*icación.
A continuación se calcula el *actor de a!pli*icación diná!ica?
1 + 2 K P∗ I V ( Z S ) √ + R 2
F AD =
2
1 +7∗ I V ( Z S )
En donde? Z S
@ Altura de re*erencia en !.
Z (¿¿ S ) @ ndice de 7ur3ulencia e%aluado a la altura de re*erencia I V ¿
Z S
adi!ensional.
R
2
2
K P
5
@ "actor de +espuesta de "ondo adi!ensional. @ "actor de +espuesta de +esonancia adi!ensional. @ "actor Pico adi!ensional. ndice de 7ur3ulencia.
El índice de tur3ulencia representa el ni%el o intensidad de Csta en el *luJo del %iento el cual se de*ine? Z S 10
¿ ¿
I V ( Z S ) =! ¿
Para ello se calcula el %alor de s?
( )
Z "= h1+
h
2
> Z m#$
(
Z "= 3.0 +
)=
4.5 2
5.25 m > 5.00 m
)e calcula el índice de tur3ulencia?
( )
5.25 I V ( Z S ) =0.29 10
5
−0.21
= 0.332
"actor de +espuesta de "ondo. 1
2
= 1 + 0.90
( ) b+h % ( Z S )
0.63
=¿
Dónde? < @ &a altura total de la estructura. D @ Diá!etro pro!edio de la sección trans%ersal de la estructura. &ongitud de escala de tur3ulencia.
)i la longitud de la escala de tur3ulencia a la altura de re*erencia s@,.2, ! %ale? Z S 200
¿ ¿ % ( Z S ) =300 ¿
( )
5.25 % ( Z S ) =300 200
0.61
=32.57 m
on este %alor se calcula la respuesta de *ondo?
1
2
(
)
7.5 + 4.5 1+ 0.90 32.57 2
=0.6756
0.63
=0.6756
onsiderando $ue la *recuencia *unda!ental de la estructura es
$1 & =19.87 Hz
el espectro de densidad de potencia del %iento es? 6.8
S % ( Z S (1 & ) =
((
V ) D ( Z S )
)
10.2∗(1 &∗ % ( Z S )
1+
V ) D ( Z S )
6.8
S % ( Z S (1 & ) =
(
(1 &∗ % ( Z S )
( ( 1+
(
))
19.87∗32.57 22.14∗5.25
5/ 3
=¿
)
10.2∗19.87∗32.57 22.14∗5.25
))
5 /3
=
37.86 = 0.0438 863.84
onsiderando $ue $h=¿ $h=
4.6∗h∗(1 & V ) D ( Z S )
=
4.6∗ 4.5∗19.87 =3.538 22.14∗5.25
&a *unción de ad!itancia aerodiná!ica para el !odo *unda!ental Rh será? Rh=
( ) ( ( )) 1 $h
−
1
2 $h
2
( 1− e−2 $ )= h
( )(( 1 3.538
−
1
2 3.538 )
2
)
( 1− e−2∗3.538 )=¿
Rh= 0.2826−( 0.040∗0.999 )= 0.2426
K si? $b =
4.6∗b∗(1 & V ) D ( Z S )
=
4.6∗ 7.5∗19.87 =5.898 22.14∗5.25
&a *unción de ad!itancia aerodiná!ica para el !odo *unda!ental Rb=
( ) ( ( )) 1 $b
−
1
2 $b
2
( )((
( 1 −e−2 $ ) = h
1 5.898
−
1
2 5.898 )
2
)
( 1 −e−2∗5.898) =¿
$b
será@
Rb= 0.1695−( 0.0143∗0.999 )= 0.1552
onsiderando $ue el per*il es de acero y sin recu3ri!iento la relación de a!ortigua!iento puede considerarse igual al de una c
2
?
2
R =
, ∗S ( Z ( )∗ Rh ( $h )∗ Rb ( $b )=¿ 4 * +& % S 1 & ,
2
R =
4∗0.002
∗ ( 0.0438 )∗0.2426∗0.1552= 0.6476
&a *recuencia de cruces por cero o tasa !edia de oscilaciones es? - =(1 &∗
√
R
2
2
+ R
- =19.87∗
√
. 0.08 Hz
2
0.6476
0.6756 + 0.6476
=13.90 Hz
on lo $ue el *actor pico es igual a? K P =√ 2 ∈(- ∗T )+
0.6
√ 2 ∈( -∗T )
K P =√ 2 ∈(13.90∗600)+
3
0.6
√ 2∈( 13.75∗600 )
= 4.39. 3
Por lti!o el *actor de a!pli*icación diná!ica 1 + 2 K P∗ I V ( Z S ) √ + R 2
F AD =
F AD =
1 +7∗ I V ( Z S )
2
=¿
1 + ( 2∗4.39 )∗0.332∗√ 0.6756 + 0.6476 =1.31 1 + 7∗0.332
on esto la *uer#a e$ui%alente so3re el anuncio %ale? F eq ( z )= P z∗ A exp∗ F AD= 89.94∗7.5∗4.5∗1.31 =3,976.47 kg
2.2.2. 'alculo de la (uera E*ui+alente so,re las 'olu$nas. /) "uer#a de Viento so3re la colu!na.
onsiderando $ue la colu!na
)uponiendo $ue se trata de una super*icie lisa de acero al car3ón con una altura pro!edio de la rugosidad de la super*icie de hr =0.03 mm y si se tiene $ue hr / b=0.03 / 101.6 =0.000295 >0.00002 2
se o3tiene el coe*iciente de arrastre 2
b∗V D =0.1016∗32.79=3.33 m / " < 4 m / "
C /=2.2
Presión diná!ica 3ase? QZ = 66.62 kg / m
2
Presión de Diseño? PZ = 2.2∗66.62=146.56 kg / m
2
&a *uer#a diná!ica e$ui%alente por !etro de altura es? F eq ( z )= P z∗ A exp∗ F AD=146.56∗0.1016∗1.31=19.51 kg / m
0. Análisis y Diseño Estructural del Espectacular.
A continuación se presentan los resultados o3tenidos del análisis y diseño de la estructura to!ando co!o 3ase al 9Ctodo del &+"D del cual se consideran la co!3inación de carga correspondiente. L @ 1.2 D M 1.' N M 1. & 0.1.
Análisis de 'argas.
Para el análisis de cargas se tiene el peso de la estructura y las cargas $ue actan en ella? A; argas 9uertas %# 2 x 1/4 =4.75 kg / m∗43.10 =204.73 kg C0 4 & 8.04 kg / m = 8.04 kg / m∗24 =192.96 kg
IR 8 & 31.20 kg / m =31.20 kg / m∗22.50=702 kg C/rg/T1+/2 =1099.33 kg =1.10 +1$
>; argas Accidentales :Viento; "uer#a E$ui%alente en el &etrero @ '.(06 7on "uer#a E$ui%alente en la olu!na @ .1(, 7on/! 0.2.
'álculo del o$ento (leionante de Diseño.
A continuación se calcula los !o!entos "le-ionantes $ue interactan en la estructura? 1; 9o!ento "le-ionante arga Distri3uida en la colu!na? 2
3 1=
0.0195∗3 2
=0.088 + −m∗1.3 =0.1144 + −m
2; 9o!ento "le-ionante arga Actuante en el &etrero?
3 1=( ( 3.976∗1.3 ) + ( 1.10∗1.2 ) )∗3.00 =
19.47 + − m 3
=6.49 + −m
)e su!an los !o!entos !á-i!os? 3 T1+/2 =( 6.49 + 0.1144 )=6.6044 + − m
0.0.
'álculo del ódulo de 3ección re*uerida.
on el 9o!ento "le-ionante 9á-i!o se calcula el !ódulo de sección re$uerida para los soportes de la estructura? 5
3 T1+/2
S & =
6.6044∗10 = =290.05 c m3 2 fb 0.9∗2530 kg / c m
Para el diseño de los soportes se re$uiere un per*il con un !ódulo de sección igual o !ayor al calculado por lo $ue se propone el siguiente I+? Perf#2 IR =8 mm & 31.20 kg / m A =39.70 c m I & =3134 c m S & =298 c m r & =8.9 cm
3
2
4
