28 Ene Manual de diseño de obras civiles, capitulo C.1.4. Diseño por viento 2020 y su implementación en el reglamento de construcción de Hermosillo

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Ing. Joaquín Bojórquez Acuña 27 de enero de 2021. Hermosillo, Sonora, México.

Manual de diseño de obras civiles, capitulo C.1.4. Diseño por viento 2020 y su implementación en el reglamento de construcción de Hermosillo

Ing. Joaquín Bojórquez Acuña

27 de enero de 2021. Hermosillo, Sonora, México.

Para el diseño de estructuras sensibles a solicitaciones de viento, las normas técnicas complementarias del reglamento de construcción de Hermosillo remite al capítulo C.1.4 del manual de obras civiles de Comisión Federal de Electricidad para el análisis de viento. Hoy en día, se cuenta con la actualización 2020 del manual antes citado y de la misma manera el Sistema de Viento que se rige por la metodología implícita en este manual.

Cambios importantes se dieron y uno de ellos es la velocidad regional para un periodo de retorno de 50 años (V_R50) donde en el manual del 2008 para Hermosillo era de 120 km/hr y en la actualización 2020 se reduce a 106.60 km/hr.

También, se modificó la ecuación de corrección (G) necesario para el cálculo de la presión dinámica de base (q_z) que anteriormente consideraba la temperatura ambiental media anual de donde se ubica el proyecto y en esta actualización considera las temperaturas mínimas diarias (t) en °C.

Donde omega representa la presión barométrica en mm de Hg (mercurio), V_Dla velocidad básica de diseño en km/h donde el valor de G es adimensional.

Otra modificación importante, es la ecuación para el cálculo del coeficiente de arrastre (C_a) para estructuras cilíndricas cuando se cumple la condicionante b.V_D>10 m²/s con la siguiente expresión:

Con el resultado que se obtiene de la ecuación 3, si es menor que 0.60 se toma C_a=0.60. De lo contrario, se toma el calculado. Donde hr es la altura promedio de rugosidad de la sección en metros y b es el diámetro de la sección de soporte.

Como se menciona al principio del presente artículo, el manual de diseño por viento viene acompañado por un software denominado Sistema de Viento V.2.0 2018.

Con este Software, podemos obtener las fuerzas estáticas equivalentes que debemos aplicar para el análisis de los elementos que conformarán la superestructura y el sistema de cimentación. Tal vez en algún momento te hayas hecho la siguiente pregunta sobre la información proporcionada por el Software que se utiliza para el análisis ya sea el mencionado o cualquier otro comercial: ¿la información que proporciona el Software es correcta? Si es así, compartimos un objetivo científico y de investigación que va más allá de lo económico.

Te comento, que el Sistema de Viento V.2.0 2018 presenta errores para obtener el coeficiente de presión neta (C_pn) en el plano de 0° necesario para el cálculo de la presión neta (P_n). Cuyos códigos del algoritmo de análisis, se deberían de basar en ecuaciones que se rigen mediante unas condicionantes implícitas en el manual de b/h y h/H.

Además de lo anterior, si revisas el ejemplo de aplicación 8 del manual y en específico en el apartado “iii” del procedimiento de solución, el manual 2020 te dice que el  para el plano en dirección del viento de 45° es el mismo que el de 0° a diferencia que en el de 45° se agrega una excentricidad que produce torsiones en la estructura. De hecho, si haces el ejercicio de aplicación 8 del manual en el Sistema de Viento V.2.0 2018 obtienes el mismo resultado. Pero el problema radica cuando modificas las dimensiones del anuncio publicitario y la altura de la sección ya que  para 0° no está obedeciendo las condicionantes de la siguiente tabla al que el algoritmo debería de hacer referencia:

Lo anterior, lo puedes comprobar haciendo una comparativa con el Sistema de Viento 2008 donde  para los planos de análisis de viento mencionados con anterioridad y podrás ver que los coeficientes son iguales.

Caso de aplicación de una estructura existente en Hermosillo y comprobación de resultados:

Para este caso en estudio, se elaboró un algoritmo en MATLAB.2018 siguiendo la metodología implícita en el manual 2020 y a su vez, se comparó con el Sistema de Viento V.2.0 2018 del manual 2020 y al Sistema de Viento que acompaña el manual del 2008.

Los resultados obtenidos son los siguientes:

Con lo anterior, puedo concluir y contestar la pregunta mencionada con anterioridad. Los algoritmos de análisis de los programas comerciales, pueden presentar error y arrojar resultados fuera de la realidad. Es por ello, que es necesario conocerlos a profundidad de como operan y no utilizarlos como una caja negra que nos solucionan la vida. Estos Software lo hacen humanos y todos los humanos cometemos errores y es por ello que a veces debemos pedir opiniones de otros colegas que nos puedan ayudar a resolver la problemática que estemos estudiando, pero siempre fundamentado mediante un marco teórico.

También, comento que estoy analizando el cálculo de  que proporciona el Sistema de Viento V.2.0 2018 y que se calcula según la tabla 3.22 del manual 2020 para perfiles de sección cilíndrica para cuando se realiza la interpolación considerando valores intermedios de  y la correcta aplicación de la ecuación 3 del presente artículo. Pero esta variable, se comentará en futuras publicaciones.

En las siguientes imágenes se observa los resultados obtenidos en el algoritmo realizado en MATLAB.2018:

Recomiendo a las autoridades correspondientes, tomar en cuenta la actualización del manual para incorporarlo al reglamento de construcción de Hermosillo en la próxima actualización de las normas técnicas complementarias.

En el siguiente link, puedes realizar la descarga del Sistema de Viento V.2.0 2018 del manual 2020 y te recomiendo que para el análisis de tu estructura en el plano de 0°, tomes la fuerza estática equivalente para el anuncio calculado del plano de 45° sin considerar la excentricidad y en el de 45° si considerarla.

Lo único que tienes que hacer para la descarga es poner tu correo electrónico.

https://www2.ineel.mx/portal_viento/es/viento.php

En el siguiente link encontraras el soporte de resultados obtenidos con las dos versiones del Sistema Viento. No se proporciona el código de análisis dado que es de uso exclusivo de su servidor.

https://drive.google.com/file/d/10q_6DTiTa31UvqFgqDsPRMdvsvuaGN-2/view?usp=sharing

Respecto a los problemas encontrados, ya se les informo al INEEL vía correo electrónico para que realice las correcciones pertinentes al algoritmo del sistema.

En el Colegio de Ingenieros Civiles de Sonora A.C. (CICS) se cuenta con profesionistas que pueden ayudar en el análisis y diseño estructural y sobre todo, a los que les puedes brindar tu confianza en espera de un producto de calidad como lo son el grupo de Calculistas y Estructuristas de Sonora A.C y el ACI capítulo Noroeste.

Joaquín Bojórquez Acuña

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Ingeniero Civil con Maestría en Valuación Inmobiliaria, Industrial y de Bienes Nacionales, Maestría en Ingeniería Económica y Financiera, Maestría en Estructuras Urbanas, Máster internacional en Estructuras de Edificación con CYPE, Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica, colaborador del consejo INCIDE, miembro del Colegio de Ingenieros Civiles de Sonora A.C, miembro de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural A.C. SMIE, miembro del grupo de Calculistas y Estructuristas de Sonora A.C., emprendedor PYME.

Linkedin: https://www.linkedin.com/in/joaquin-bojorquez-a-04b2bb43/

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