Modelos Homeostáticos para Diseño Estructural y Estudios de Viento

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2000
Modelos Homeostáticos para Diseño Estructural
y Estudios de Viento
Canavesio, Oscar F. - Natalini, Mario B. - Andrés, Oscar A.
Laboratorio de Aerodinámica - Departamento de Estabilidad - Facultad de Ingeniería - UNNE.
Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina.
Tel./Fax: +54 (03722) 425064 - E-mail: [email protected]
ANTECEDENTES
Mediante la aplicación de la técnica desarrollada por el Profesor Andrés es posible obtener de manera práctica
y eficaz modelos de cáscaras de formas membranales bajo un determinado estado de carga que es tomado
como punto de diseño, en general es el peso propio de la estructura el que determina este punto, cargas sobre
la estructura con cualquier forma distinta a la de diseño producen inevitables perturbaciones al estado
tensional de la cáscara.
En el túnel de viento J. P. Gorecki se han ensayado estructuras de forma abovedas y de doble curvatura,
constituyendo el único referente a nivel nacional para el estudio de estas estructuras.
MATERIALES Y METODOS
Para la construcción del modelo se utilizó la técnica homeostática, que consiste en someter una placa de
material termodeformable, a la que se le ha impuesto un estado de cargas representativo del punto de diseño
del prototipo, acrílico, de reducida rigidez flexional, 2mm de espesor, a temperatura de horno de 110ºC
durante aproximadamente 40 minutos, consiguiendo que la placa pierda rigidez flexional y adopte una
deformación compatible con los vínculos y que le permita soportar el estado de cargas impuesto, quedando
suspendida del techo del horno. Se obtiene de esta manera un modelo a escala de una cáscara que responde
con tensiones de compresión pura al estado de cargas de diseño.
Habiendo construido este modelo en escala apropiada para su estudio en túnel de viento, 1: 150 en este caso,
es posible obtener mediante ensayos los coeficientes de presión de viento, que permitirán el cálculo de
solicitaciones y que no pueden ser obtenidos de reglamentos.
La implementación de las tomas de presión no presenta mayor dificultad que en un modelo especialmente
construido a tal fin.
El comportamiento del modelo obtenido dentro de la cámara de ensayo fue considerado de los más estables
construidos en el laboratorio de aerodinámica.
Los ensayos de determinación de cargas de viento se realizaron en el túnel de viento “Jacek P. Gorecki” de la
UNNE que tiene una cámara de ensayos de 2.4 m de ancho x 1.8 m de alto x 22.4 m de longitud, con una
velocidad de viento máxima en vacío de 25 m/s.
La técnica de simulación de la capa límite atmosférica implementada se encuentra comprendida dentro de los
métodos de rugosidad, barrera y dispositivo de mezcla, y permite obtener escalas de simulación convenientes
para su utilización en el área estructural.
La simulación utilizada corresponde a la categoría III conforme a la clasificación del reglamento CIRSOC
102, y está definida como: “Zonas onduladas o forestadas, zonas urbanas con numerosas obstrucciones de
espacios cerrados que tienen la altura de las casas domésticas con promedio no superior a 10 m.
Se implementaron 48 tomas en una mitad de la cascara, por condición de simetria.
Para las mediciones de presión que permiten determinar los coeficientes locales se utilizaron transductores
electrónicos Micro Switch Honeywell 163 PC, tomas de presión conectadas neumáticamente mediante tubos
capilares de PVC de 1.5 mm. de diámetro interno, una llave secuencial Scanivalve, un multímetro digital
Keithley 2000, una placa de adquisición de datos A/D, una intefraz de potencia con optoacopladores y un
Osciloscopio digital Tektronix TDS320.
En el ensayo se utilizó el sistema Control para la conmutación de tomas de presión, la adquisición de datos y
su procesamiento.
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Figura 1:a) modelo homeostático, b) modelo con tomas de presión, c) vista de las tomas antes del ensayo, d)
modelo en la cámara de ensayo, e) scanivalve, f) equipo de adquisición y control.
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DISCUSION DE RESULTADOS
Con las presiones medidas se obtienen los coeficientes de presión media usando la expresión C p = ∆p / q ref ,
donde ∆p es la diferencia entre la presión estática en el punto de medición y el punto de referencia y qref es la
presión dinámica del flujo incidente medida en el el punto de máxima altura del modelo.
Los valores así calculados son representados sobre la planta del estadio en figuras como las siguientes:
Figura 2: Coeficientes de presión medidos en el modelo liso
ángulo de incidencia 0º
Figura 3: Coeficientes de presión medidos en el modelo liso
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ángulo de incidencia 45º
Figura 3: Coeficientes de presión medidos en el modelo liso
ángulo de incidencia 90º
CONCLUSIONES
Los valores obtenidos son útiles para el cálculo estructural del prototipo analizado.
Utilizando esta metodología de trabajo pueden obtenerse valores de cargas de viento para cualquier modelo
homeostático que respete la escala de simulación.
La influencia del número de Reynolds deberá estudiarse con posterioridad.
BIBLIOGRAFIA
[1] Paluch, Mario J., “Influência da Presença de Marquises na Distribuiçao de Pressoes Exercidas pelo
Vento na Cobertura Curva de Pavilhôes Industrais”, Dissertaçâo para a obtençao do título de Mestre em
Engenharia, Porto Alegre 1993.
[2] Andrés, O. , “Modelos Homeostáticos para Diseño de Cubiertas Laminares”; VIII Jornadas Argentinas
de Ingeniería Estructural, Buenos Aires 1998.
[3] Andrés, O., “Homeostatic Models for Shell Roof Design”; Proc. of the IASS Congress, Madrid 1998.
[4] Blessmann, J., “Simulaçâo da estrutura do vento natural em um tunel aerodinâmico”, Tésis doctoral, São
José dos campos, Estado de São Paulo 1973.
[5] Instituto Nacional de Tecnología Industrial, Reglamento CIRSOC 102: Acción del viento sobre las
construcciones. 1983
[6] Joaquim Blessmann; “Efeitos do vento em edificios e cupulas”, Porto Alegre, Editora da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul , 1978.
[7] Joaquim Blessman, “Aerodinãmica das construçôes”, Porto Alegre, 1990, Sagra.
[8] Joaquim Blessman, “Ação do vento em telhados”, Porto Alegre, 1991, Sagra.