Caso de uso
En este ejemplo, vamos a calcular valores de fuerza promediados para una sección de puente, como los aplicables a secciones estructurales en el proceso de diseño basado en el WTG-Merkblatt-M3.
De acuerdo con la Figura 2.2 en WTG-Merkblatt-M3, este ejemplo se clasifica como Grupo 1.
- G2: Valores absolutos con requisitos de precisión media. El área de aplicación puede incluir parámetros o estudios preliminares cuando se planifican investigaciones posteriores con mayor precisión (por ejemplo, examen en túnel de viento de clase G3).
- R2: Solitario, todas las direcciones de viento relevantes con una resolución direccional suficientemente fina.
- Z1: Valores medios estadísticos, siempre que se refieran a procesos de flujo estacionarios donde las fluctuaciones (por ejemplo, debidas a la turbulencia del flujo de aproximación) puedan ser capturadas suficientemente por otras medidas.
- S1: Efectos estáticos. Es suficiente representar el modelo estructural con el detalle mecánico necesario, pero sin propiedades de masa y amortiguamiento.
Las dimensiones del ejemplo se muestran en la Figura 1, y la suposición de entrada se ilustra en la Tabla 1:
Tabla 1: Datos de entrada del ejemplo de verificación de la sección del puente
| Modelo | Sección del puente |
|---|---|
| Velocidad básica del viento | V = 30 m/s |
| Densidad del aire | ρ = 1.225 kg/m³ |
| Solucionador | Basado en Presión |
| Modelo de turbulencia | Estacionario k-ω SST |
| Tipo de perfil de velocidad del viento | Constante en altura |
| Intensidad de turbulencia | 27% |
| Algoritmo numérico | Algoritmo SIMPLE |
| Discretización | Segundo Orden |
| Presión residual | 10⁻⁴ |
| Viscosidad cinemática | ν = 1.5 × 10⁻⁵ |
La imagen 2 muestra un estudio de sensibilidad de malla en RWIND Pro para una sección de puente. El coeficiente de fuerza 𝐶𝑓 disminuye ligeramente de 0.94 al 10% de densidad de malla a 0.90 al 25% de densidad, luego aumenta marginalmente a 0.92 al 35% de densidad. Aunque hay una pequeña fluctuación, la variación permanece dentro de una tolerancia aceptable, indicando que los resultados son suficientemente estables para el uso práctico en ingeniería.
Además, el estudio de malla computacional necesita ser realizado de acuerdo al siguiente enlace:
En este ejemplo compararemos el valor promedio de la fuerza del viento en la dirección x entre EN 1991-1-4 y RWIND. El coeficiente de fuerza cfx,o para secciones de puente se puede obtener usando la Figura 8.3 en EN 1991-1-4:
Fuerza en dirección X - Método simplificado
Cuando se ha evaluado que no es necesario un procedimiento de respuesta dinámica, la fuerza del viento en la dirección x puede obtenerse usando la Expresión (8.2) en EN 1991-1-4:
vb=30 m/s es la velocidad básica del viento C es el factor de carga de viento. C=ce⋅cf,x=1.425×1.3=1.85 , donde ce es el factor de exposición dado en 4.5 y cf,x está dado en 8.3.1(1) Aref,x=5 m2 es el área de referencia dada en 8.3.1 ρ=1.225 kg/m3 es la densidad del aire
El WTG-Merkblatt M3 proporciona dos métodos clave para validar los resultados de simulación. El método de la Tasa de Aciertos (Hit Rate) evalúa cuántos de los valores simulados Pi coinciden correctamente con los valores de referencia Oi dentro de una tolerancia definida, usando un enfoque de clasificación binaria (acierto o fallo). Este enfoque evalúa la fiabilidad de la simulación calculando una tasa de aciertos q, similar a las funciones de confianza usadas en la teoría de fiabilidad. En contraste, el método del Error Cuadrático Medio Normalizado (e2) ofrece una evaluación de precisión más detallada cuantificando la desviación cuadrática media entre los valores simulados y de referencia, normalizada para tener en cuenta las diferencias de escala. Juntos, estos métodos proporcionan medidas tanto cualitativas como cuantitativas para la validación de la simulación.
Resultados de fuerza en RWIND y comparación con Eurocódigo
En RWIND los resultados de las fuerzas totales del viento están disponibles en la pestaña Info del modelo Editar como se muestra en las Figuras 3 y 4. La diferencia entre el escenario de dirección crítica del viento RWIND (θ=0°) y el Eurocódigo es de aproximadamente Wrel = 5.36% (inferior al criterio mencionado en WTG = 10%); entonces la tasa de aciertos se puede obtener como q=100%, lo que muestra una buena concordancia. El bajo error cuadrático medio normalizado e2=0.002 también confirma una fuerte concordancia entre la simulación y las mediciones, cumpliendo efectivamente con los estándares de validación.
