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Mediciones in situ de las acciones del viento
en cubiertas curvas aisladas
Natalini, Mario B. - Paluch, Mario J. - Morel, Claudia A.
Instituto de Estabilidad - Facultad de Ingeniería - UNNE.
Av. Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina.
Tel./Fax: +54 (03722) 425064 - E-mail: [email protected]
ANTECEDENTES
Las cubiertas curvas aisladas son un tipo de construcción muy común en Argentina, especialmente en áreas rurales.
Debido a sus características particulares, estructuras livianas, aisladas y bajas, son sensibles a la acción del viento. Las
cargas provocadas por el viento, que definen las solicitaciones de proyecto en este tipo de construcción civil, recaen
principalmente sobre la cubierta en la parte interna y externa de la misma.
De acuerdo a Cook (1985), hay pocos datos disponibles sobre cargas de viento sobre estas estructuras, mayormente
obtenidas en túnele de viento sin simulación del viento natural [2]. La validez de los datos disponibles sigue siendo
cuestión de análisis. La necesidad de disponer de coeficientes aerodinámicos de diseño de cubiertas curvas aisladas y
ante la falta de mediciones realizadas a escala natural confiables [4], acorde al actual estado del arte, el Laboratorio de
Aerodinámica de las Construcciones de la Facultad de Ingeniería de la UNNE emprendió un programa de investigación,
para la realización y sistematización de mediciones a escala natural (in situ) de coeficientes de presión media sobre este
tipo de cubiertas. El resultado de este proyecto será utilizado en la validación de ensayos realizados en túnel de viento y
serán sugeridos para la inclusión en la norma Argentina de viento Cirsoc 102 [4]. En este trabajo se presentan el
desarrollo de un sistema de medición de presiones medias y el diseño de las técnicas de medición a escala natural, como
paso previo a las mediciones sistematizadas de cubiertas curvas.
MATERIALES Y METODOS
Para los trabajos de desarrollo del sistema de medición y técnicas de medición, se dispuso la utilización como
prototipo de cubierta, aislada, baja y curva, el tinglado ubicado en el Campus Deportivo de la UNNE, en Resistencia,
Chaco, sobre Av. Castelli al 1300. La estructura es una cubierta curva de chapa metálica abierta de 7,5 metros de
altura de cumbrera, con 16 columnas de 0.40 x .040 metros de sección transversal y 20 metros de ancho por 35
metros de profundidad. Según las normas CIRSOC 102 [4], la rugosidad del terreno del sitio es del tipo III,
suburbano. Su disposición general puede observarse en la Figura 1. El sitio recibe la influencia de los vientos
predominantes de la zona en su ángulo NE y E, siendo la influencia del viento del Sur afectada por la presencia del
galpón lindante.
Fig. 1: Vista lateral (NO) del prototipo en el Campus deportivo de la UNNE
Las mediciones de prueba, de las presiones ejercidas sobre la cubierta por el viento se realizaron manualmente con los
siguientes instrumentos:
Transductores de presión diferencial Micro Switch Honeywell 163 PC 01D36
Multímetro digital Keithley modelo 2000
Osciloscopio digital Tektronik TDS 320
Tubos de PVC de 4 y 13 mm de diámetro interno y de 10 metros de longitud
Fuente de alimentación de CC regulable Kenwood PA 36-1.2
Micromanómetro de Betz Van Essen bv Type 2000.
Brújula y veleta.
El equipamiento utilizado para efectuar las primeras pruebas, se muestra en la Fig. 2, en su ubicación en el terreno.
Fig. 2: Disposición del instrumental de medición en el sitio
Las mangueras de PVC, que conectaban las tomas de presión sobre la cubierta y el transductor, debieron ser evaluadas
en su grado de distorsión de la señal que envía a este. Para ello, se comparó las respuestas de dos transductores
electrónicos a fin de detectar diferencias, que puedan ocasionar estas mangueras, entre estas. Uno de los transductores
tomaba lecturas de presión directas en el lugar de la toma de presión, en tanto el otro se lo conectó a las mangueras de
trasmisión de señal de presión. Este último, lee la presión en la toma sobre la cubierta y la refiere a una presión estática
obtenida en flujo no distorsionado por la estructura [3,5,6,7].
La salida de los transductores, en voltios rms, fue leída manualmente con el multímetro y con el Micromanómetro de
Betz para su comparación.
El esquema utilizado para realizar las mediciones Esquemáticamente puede representarse como lo indica la figura 3:
Presión estática de referencia
Prototipo
Tubo de PVC
Transductor de presión
Voltímetro
Fuente de 8 V
Micromanómetro
Osciloscopio
Figura 3. Esquema de una de las disposiciones adoptadas para mediciones in situ.
En la figura 3 puede observarse la disposición de los instrumentos para mediciones in situ. La señal proveniente del
tubo de PVC colocado en distintos puntos del techo del prototipo es leída por el transductor de presión. La figura 4
muestra la disposición sobre el techo del tubo de PVC que recibe la acción del viento sobre la cubierta y la transmite al
transductor de presión [8,9,10]. Este es alimentado a través de una fuente de 8 V. A su vez, la señal generada por el
transductor es leída por medio de un voltímetro, un osciloscopio o un micromanómetro.
Figura 4. Tubo de PVC colocado sobre la cubierta curva, que transmite la presión a los transductores.
La figura 5 muestra la comparación entre las dos señales generadas por dos transductores: uno cuya señal es obtenida a
través de un tubo colocado a nivel del suelo y otro colocado sobre el techo del prototipo.
Figura 5. Señales de los dos transductores de presión: uno colocado a nivel del suelo y otro sobre el techo del prototipo.
Se ha detectado a través de esta metodología que existe un apequeña diferencia en la respuesta dada por ambos sensores
[6,7]. Dicha diferencia es atribuible al tubo de PVC que envía la señal a uno de ellos. Dicha respuesta se encuentra en
estos momentos bajo estudio. Se trabaja en la recopilación de datos para cuantificar la influencia que tiene en la
respuesta de los transductores, la longitud en los tubos. Para este fin se hallan bajo prueba distintos diámetros de tubos
con distintas longitudes, sometidos a bajas frecuencias.
DISCUSION DE RESULTADOS
El objetivo general del plan de trabajo, que propone mejorar el estado del conocimiento sobre la influencia del número
de Reynolds [1,2], de las propiedades del flujo incidente y de la rugosidad superficial del sólido, en las características
del flujo en torno de superficies curvas tridimensionales, así como verificar la aplicabilidad de diferentes técnicas
utilizadas para superar la imposibilidad en ensayos en túnel de viento de alcanzar Reynolds ultracríticos, se viene
cumpliendo a lo largo de toda la investigación y se seguirá cumpliendo hasta el fin de la misma.
Se ha trabajado intensamente para cumplir los objetivos particulares planteados originalmente. En cuanto a la
caracterización de los parámetros del flujo en torno de un prototipo de cubierta curva, se está actualmente efectuando
mediciones in situ de las presiones y de las propiedades del viento incidente.
CONCLUSIONES
En esta primera etapa de la investigación, no se puede tener aun una seguridad sobre la confiabilidad de los estimadores
de la acción del viento sobre cubiertas curvas aisladas [11,12].
Una vez que se hayan adquirido mas datos sobre los valores de los parámetros obtenidos a través de mediciones in situ,
se podrá establecer con mayor exactitud la confirmación o rechazo de las hipótesis planteadas.
BIBLIOGRAFIA
1. Blessmann, J. Aerodinâmica das Construçoes. 2ª ed. Porto Alegre, Ed. Sagra, 1990.
2. Cook, N. J. The designer's guide to wind loading of building structures. Londres, (Building Research Establishment
report) The University Press, vol. 1y 2, Cambridge, 1985.
3. A. P. Robertson, P. Moran. Wind Loads on a Dutch Barn. J. agric. Engng. Res., 1984 29, 207-213.
4. CIRSOC 102 Tomo 1 Proyecto de Reglamento CIRSOC 102 – Acción del Viento sobre las Construcciones. Julio
1980.
5. P. Moran, R. P. Hoxey. A probe for sensing static pressure in two-dimensional flow. J. Phys. E, 12 (1979) 752-753.
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7. R.P. Hoxey. System response of wind loading instrumentation. Dept. Note DN/G/ 307/2301. National Institute of
Agricultural Engineering, Silsoe, UK, 1973, unpublished.
8. R. P. Hoxey, D. A. Wells, A method of calibrating a static pressure sensing head under natural wind conditions,
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9. R.P. Hoxey and P. Moran, A full-scale study of the geometric parameters that influence wind loads on tow rise
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10. P. Moran, Full-scale experiments to acquire wind loading data for use in the design of agricultural buildings, J.
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11. A. P. Robertson. Design Wind Loads for Ridged Canopy Roof Structures. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 24 (1986)
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