1-Introducción 2- Función de túnel de viento de capa límite, Leyes de semejanza 3- Tipos 4- Componentes generales 5- Métodos de ensayo utilizados 6- Torre Burj Khalifa: análisis estático y dinámico.

1. EXPOSICIÓN ORAL
Dinámica Estructural
UNS
2016
• Aceto, Luciano
• Campos, Lorena

2. Se deben estudiar los posibles
daños, molestias o beneficios
debidos al viento
Diseño de todos los edificios
de gran altura, suspensión de
tirantes de puentes, la
transmisión de torres de
electricidad y de chimeneas
de todo tipo.

3. Según su uso, puede estar orientado a:
• Industria automotriz
• Aeronáutica
Un túnel de viento es una herramienta de
investigación desarrollada para ayudar en el estudio
de los efectos del movimiento del aire alrededor de
objetos sólidos.
• Construcciones
civiles o
estudios ambientales

4. • Recrear las condiciones de viento sobre la superficie terrestre, o sea
bajo la capa limite atmosférica que es turbulenta, cuando sopla el viento
• Permite determinar la resistencia de las estructuras expuestas al viento

5. Para que los resultados sean significativos y
representen lo mejor posible a la realidad los modelos.
• SEMEJANZA
GEOMÉTRICA
• SEMEJANZA
CINEMATICA
• SEMEJANZA
DINÁMICA

6. • ABIERTOS
• CERRADOS

7. SUB
TRANS
SUPER
HIPER
Según la velocidad de
circulación pueden ser:
SÓNICO

8. Según el tipo de cámara; pueden ser :
• Túneles de viento de cámara de ensayos abierta
• Túneles de viento de cámara de ensayos cerrada

9. El ventilador de un túnel de viento, puede
estar situado antes de la cámara de estudio
o después de esta. En la configuración de
soplado el ventilador esta antes de la
cámara, y en el de aspirado, esta después.
3-TIPOS DETUNELES
DEVIENTO
La diferencia de ambas configuraciones es
la velocidad del flujo que llega a la cámara,
en el soplado es mayor que en el aspirado.

10. • VENTILADOR:produce la corriente de aire del
circuito en el que se desarrolla la circulación de
aire
• CAMARA DE ENSAYOS:es en la que se sitúa
el modelo experimental a ensayar.
4-COMPONENTES GENERALES
• ELEMENTOS PARA SIMULAR RUGOSIDAD:se
utilizan en las secciones de prueba. Se colocan
dispositivos para aumentar la capa límite y
generar turbulencia.
• GENERADORES DEVORTICES: introducen un
defecto de cantidad de movimiento a la vez que
introducen vorticidad.

11. • COLMENA:Rectifica los filetes del fluido,
elimina la vorticidad no deseada y las
componentes transversales de flujo
entrante.
• EQUIPO DE REGISTRO:Permite medir
las deformaciones, velocidades,
aceleraciones, temperatura y presiones
que se producen en los modelos por
efecto del viento.
4-COMPONENTES GENERALES
• INSTRUMENTOS:
 Tubo de Pitot-Prandl
 Tomas de presión estática
 Balanzas para medir fuerzas y momentos
aerodinámicos
 Dispositivos para la visualización de flujo.

12. Las tres más comunes son:
• METODO DE LA BALANZA DE FUERZAS DE ALTA FRECUENCIA
(HFFB)
• TECNICA DE INTEGRACION DE PRESION DE ALTA FRECUENCIA
(HFPI)
• ENSAYO DE MODELOS AEROELASTICOS.
5-MÉTODOS DE ENSAYO UTILIZADOS EN
TUNELES DEVIENTO

13. También conocido como MÉTODO
DE BALANZA DE BASE DEALTA
FRECUENCIA.
• Consiste de un aparato
piezoeléctrico, que se coloca
cerca de la base del modelo
rígido de un modelo a escala. Es
capaz de medir los momentos
instantáneos de la base, y en
algunos casos también mide el
corte instantáneo.
• Los momentos de la base están
estrechamente relacionados con
las fuerzas modales
aerodinámicas que actúan sobre
los modos de vibración más
5.1.-MÉTODO DE LA BALANZA DE
FUERZAS DEALTA FRECUENCIA.
La frecuencia natural del sistema
modelo-balanza debería ser
significativamente más grande que
las frecuencias naturales de vibración
del modelo ensayado

14. Este ensayo de dos grados de libertad, requiere
escalar las propiedades dinámicas (masa, rigidez y
amortiguamiento) de la estructura en los modos
principales de oscilación.
5.2.ENSAYO DE MODELOS
AEROELÁSTICOS.
La estructura se modela como un cuerpo rígido,
con la elasticidad proporcionada por resortes.
Esta técnica, supone que los modos de oscilación
no incluyen ningún acoplamiento y se puede
aproximar como lineal; y que la torsión no es
importante.

15. 5.2.ENSAYO DE MODELOS
AEROELÁSTICOS.
Ventaja: Las mediciones incluyen efectos de
amortiguamiento aerodinámico que no están
incluidos cuando se utiliza la técnica de
balanza de fuerzas.
Desventaja: Está limitado por las
suposiciones mencionadas y que es más
complicado y costoso que la técnica de
balanza de fuerza
Modelos aeroelásticos:
ShangháiTower y otros en exhibición

16. 5.2.ENSAYO DE MODELOS
AEROELASTICOS.
Este ensayo, de múltiples grados de libertad requiere
escalar las propiedades dinámicas del edificio en los
modos de oscilación y de torsión principales, incluido
cualquier acoplamiento dentro de los modos.
Algunos modos más altos de vibración también se
modelan. Las respuestas de las cargas de viento se
miden directamente.
Ventaja: Las mediciones incluyen efectos de
amortiguamiento, formación de remolinos, dentro
de los modos de acoplamiento y algunos modos
superiores que no están totalmente tratados durante
el uso de la técnica de equilibrio de fuerzas.
Desventaja: el modelo es grande y costoso de
construir.

17. 5.3.TÉCNICA DE INTEGRACIÓN DE
PRESIÓN A ALTA FRECUENCIA.
Modelo de ensayo de
presiones de laTorre Mayor,
México.
Este método esta basado en la medición
simultánea de la presión en muchos
puntos de la superficie de un edificio, por
medio de escáneres.
La técnica permite el cálculo directo de
las fuerzas modales estacionarias y no
estacionarias que actúan en cualquier
modo de vibración del edificio.
Ventaja: un sólo modelo utilizado en una sola
sesión de evaluación puede darnos tanto las
cargas estructurales y cargas de revestimiento
Desventaja: el modelo de prueba de presión de
revestimiento incluye típicamente más
instrumentación y lleva más tiempo de construir
que un modelo de prueba balanza de fuerzas.

18. 5.3.TÉCNICA DE INTEGRACIÓN DE
PRESIÓN A ALTA FRECUENCIA.
La integración adecuada de las
presiones locales para obtener
las fuerzas globales del viento
requiere que todas las
superficies de los edificios
están bien representadas en el
modelo. Esto puede no
siempre puede cumplirse para
los edificios o estructuras con
geometrías complejas o
componentes pequeños.
Sensores de presiones de un
modelo a ensayar

19. ENFOQUE
ESTÁTICOY DINÁMICO
6-TORRE BURJ KHALIFA
Es el edificio más alto del mundo con
828 m.
Para un edificio de esta altura y esbeltez, las
fuerzas del viento y los movimientos
resultantes en los niveles superiores se
convierten en factores preponderantes en el
diseño estructural.
También se deben tener en cuenta las
presiones locales del viento sobre la
envolvente del edificio; y las velocidades del
viento alrededor de la base y en las terrazas
de los distintos niveles

20. TORRE BURJ KHALIFA
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
ESTRUCTURAL
• Tiene de "Y" en planta, para reducir
las fuerzas del viento en la torre y
para mantener la estructura simple
y de fácil construcción.
• Es una torre que es
extremadamente rígida
tanto lateral como
torsionalmente.
• .
• Cada nivel del edificio se reduce
escalonadamente en forma de
espiral hasta la parte más alta.
• .

21. TORRE BURJ KHALIFA
DISEÑOY ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Los rigidizadores de los pisos
mecánicos permiten que las columnas
participen en la resistencia de carga
lateral de la estructura; por lo tanto,
la totalidad de la resultante vertical
de hormigón se utiliza para resistir la
fuerza de gravedad y cargas laterales.
El centro hexagonal de hormigón
armado proporciona resistencia
torsional a la estructura como si fuese
un tubo cerrado
VERVIDEO

22. TORRE BURJ KHALIFA
ANÁLISIS DINÁMICO
Un extenso programa de pruebas en el
túnel de viento de capa límite y otros
estudios se llevaron a cabo bajo la
dirección del Dr. Peter Irwin, en los túneles
de viento de capa límite de RWDI.
Además se hicieron estudios de sísmicos
según lo requirió la Dubái Municipality
(DM).

23. • Además se usaron los datos locales de varias
estaciones meteorológicas en la región.
• Ráfagas de 3 segundos cada 50 años fueron
estimadas en 37,7 m/s de velocidad en un terreno
abierto a 10 m del suelo.
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DE LAS ESTADISTICAS
DEVIENTOS
• Se hizo amplio uso de los datos de viento hechos
en tierra, datos de globos atmosféricos y
simulaciones por computadora empleando
técnicas de modelización atmosférica regional,
• Las estadísticas de viento juegan un papel
importante en relacionar los niveles predichos de
respuesta durante un período de retorno

24. Se llevó a cabo un extenso programa de
ensayos en el túnel de viento y otros
estudios en los túneles de viento de capa
límite de RWDI en Guelph, Ontario,Canadá
cuyas dimensiones eran de 2,4 m x 1,9 m, y
4,9 m x 2,4 m el otro.
La parte superior de la torre; fue ensayada
en el túnel de viento de 9 m x 9 m en las
instalaciones del National ResearchCouncil
en Ottawa, donde se podían obtener
velocidades del viento de hasta 55 m/s
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA
Modelos rígido

25. El edificio tiene seis direcciones
principales de viento:
Tres de ellas, son cuando el
viento sopla directamente en un
ala. Es decir; cuando el viento
está soplando en la "nariz” de
cada ala (NarizA, B y C).
Las otras tres direcciones son
cuando el viento sopla en medio
de dos alas.
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA

26. Se observó que el espectro
fuerzas para distintas
direcciones del viento muestran
una menor excitación del rango
de frecuencias para los vientos
que afectan la nariz de un ala,
que desde la dirección opuesta.
Esto se tuvo en cuenta al
seleccionar la orientación de la
torre en relación con las
direcciones de los vientos
reinantes más fuertes de Dubái:
noroeste, sur y este.
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA

27. Se realizaron varias rondas de ensayos de
balanza de fuerzas modificando la
geometría de la torre y así se la mejoró
arquitectónicamente.
Después de cada ronda de ensayos de
túnel de viento, se analizaron los datos y
la estructura era modificada.
El escalonamiento es realizado de forma
que cambie el ancho de la torre en cada
nivel. La ventaja de esto es la de
"confundir al viento".
Los vórtices de viento nunca se organizan
porque en cada nivel el viento se
encuentra con una forma diferente
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA
VERVIDEO

28. Hacia el final, se iniciaron los ensayos con
modelos aeroelásticos.
Las pruebas aeroelásticas fueron capaces
de modelar los 6 primeros modos más
altos de vibración.
Los momentos flectores se midieron en
la base, así como en varios niveles más
altos.
Las aceleraciones también se midieron
en los niveles superiores.
Modelo aeroelástico
Escala 1:500
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA

29. Las formas modales de deflexión eran similares a
las de una columna cónica en voladizo. El análisis
dinámico indica el primer modo es un
desplazamiento lateral con un período de 11,3
segundos. El segundo modo es un desplazamiento
lateral perpendicular con un período de 10,2
segundos.
Modos Dinámicos
La torsión es el
quinto modo con un
período de 4,3
segundos.
ANÁLISIS DINÁMICO
ESTUDIOS DEVIENTO SOBRE LA
ESTRUCTURA

30. 7.3.3-MOVIMIENTO DEL EDIFICIO
También se llevaron a cabo estudios para examinar la adición de sistemas de
amortiguación complementarios.
Las predicciones de túnel de viento indicaron que los movimientos se encontrarían
dentro los límites aceptables sin amortiguación adicional.
7.3.4-CARGAS DE REVESTIMIENTO
La mayor parte de las presiones de succión se encontraban en el rango 2,0 kPa a 3,5
kPa.
Se observaron los valores más altos cerca de las discontinuidades en la geometría
ANÁLISIS DINÁMICO
MOVIMIENTO DEL EDIFICOY CARGA
DE REVESTIMIENTO

31. ESTUDIOS DEVIENTOS SOBRE LA
ESTRUCTURA.
7.3.5-ESTUDIO DELVIENTOA NIVEL PEATONAL
Los resultados iniciales del estudio de confort térmico resaltaron la necesidad de
introducir estructuras que den sombra para evitar el fuerte impacto de la radiación
solar.
Se diseñaron marquesinas y otros tipos de estructuras para dar sombra.
Las pruebas iniciales en las terrazas indicaron una gran posibilidad de molestias por
vientos incómodos.Otras pruebas en las terrazas mostraron mejoras significativas
combinando de muros de parapeto, enrejados superiores y las pantallas verticales.

32. Los ensayos de túnel de viento de capa
límite puede ser una herramienta poderosa
en el diseño arquitectónico y estructural de
un edificio.
Constituyen una verdadera herramienta antes los
nuevos desafíos constructivos; como la construcción
de mega rascacielos o el diseño de forma muy
complejas.
Utilizando varias rondas de ensayos en túnel de viento
se puede lograr un refinamiento de la forma
arquitectónica reduciendo drásticamente las fuerzas y
aceleraciones.