Carga según EN 1991-1-4 y Seguridad contra el vuelco de cilindros circulares

Artículo técnico

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Este artículo describe la determinación de coeficientes de fuerza utilizando una carga de viento y el cálculo de un coeficiente de estabilidad debido al vuelco.

Factor de seguridad de inclinación <1: Existe el riesgo de que el componente se vuelque.
Factor de seguridad de inclinación = 1: El momento de rigidez y el momento de pérdida son iguales. El modelo es inestable y no se puede excluir que se incline.
Factor de seguridad de inclinación> 1: El modelo no corre el riesgo de volcarse.

Ejemplo

El cilindro circular en el ejemplo tiene un diámetro de 2,5 my una altura de 6 m. El sitio está ubicado en la zona de carga de viento 2 con categoría de terreno 3.

Figura 01 - Carga de viento

Valor básico de la velocidad básica:
v b0 = 25.0 m/s

Factor de dirección:
c dir = 1

Coeficiente de temporada:
c temporada = 1

Densidad del aire a 1.013 hPa de presión de aire y T = 10 ° C:
ρ = 1,25 kg/m³

Dureza cinemática del aire:
ν = 15 ∙ 10 -6

Velocidad base:
v b = c dir ∙ c temporada ∙ v b0 = 25.0 m/s

Presión básica de velocidad:
q b = 1/2 ∙ ρ ∙ v b 2 = 0.391 kN/m²

Presión de velocidad máxima:
q p = 1.5 ∙ q b = 0.586 kN/m²

Velocidad de ráfaga:
$${\mathrm v}_\mathrm{ze}\;=\;\sqrt{\frac{2\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm p}{\mathrm\rho}}\;=\;30,619\;\mathrm m/\mathrm s$$

Rugosidad equivalente:
k = 0.2 mm (acero galvanizado)

Relación de rugosidad y anchura equivalentes:
k/b = 8 ∙ 10-5

Número de Reynolds:
$${\mathrm R}_\mathrm e\;=\;\frac{\mathrm b\;\cdot\;{\mathrm v}_\mathrm{ze}}{\mathrm v}\;=\;5,1\;\cdot\;10^6$$

Coeficiente de fuerza básico de un cilindro con esbeltez infinita:
$${\mathrm c}_{\mathrm f0}\;=\;1,2\;+\;\frac{0,18\;\cdot\;\log\;({\displaystyle\frac{10\;\cdot\;\mathrm k}{\mathrm b}})}{1\;+\;0,4\;\cdot\;\log\;({\displaystyle\frac{{\mathrm R}_\mathrm e}{10^6}})}\;=\;0,7666$$

Esbeltez efectiva:
λ = l/b = 2.4

Factor de reducción:
ψ λ = 0,65

Coeficiente de estructura:
c s c d = 1

Superficie de referencia:
A ref = l ∙ b = 15 m²

Coeficiente de fuerza:
c f = c f0 ∙ ψ λ = 0.498

Energía eólica:
F w = c s c d ∙ c f ∙ q p ∙ A ref = 4.377 kN

Área de carga del viento:
F w = F w/A ref = 0.29 kN/m²

Factor de estabilidad debido a la inclinación

Altura del cilindro circular:
h = 6 m

Distancia de apoyos:
a = 1,35 m

Peso propio:
F G = 18.495 kN

Momento de inclinación:
M K = F w ∙ h/2 = 13,13 kNm

Momento de rigidez:
M S = F G ∙ a/2 = 12,48 kNm

Factor de seguridad de vuelco:
η = M S/M K = 0,95

Al calcular por medio de RFEM, la posición de los resultados resulta en una extensión que se encuentra detrás del borde de inclinación del cilindro circular. Por lo tanto, el modelo sería inestable si los soportes no están asegurados adicionalmente contra la extracción.

Figura 02 - Posición resultante

Bibliografía

[1]Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-4: Acciones generales - Cargas de viento; EN 1991-1-4: 2005 + A1: 2010 + AC: 2010
[2] Anexo nacional - Parámetros determinados a nivel nacional - Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-4: Acciones generales - Cargas de viento

Palabras clave

Vuelco lateral Cilindro circular

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