Indagan el impacto de la carga del viento en estructuras cilíndricas verticales

Una becaria de la Facultad de Ingeniería de la UNNE, medirá y obtendrá distintas variables que deben ser consideradas al momento del diseño de túneles de viento.


Mediante ensayos en el Túnel de Viento una becaria de la Facultad de Ingeniería de la UNNE, medirá y obtendrá distintas variables que deben ser consideradas al momento del diseño de estas estructuras. Esto permitirá validar también las simulaciones computacionales que actualmente se están desarrollando en laboratorios especializados.

Al elevar la vista en una ciudad o recorriendo inclusive extensos territorios rurales resulta casi imposible no dar con estructuras de formas cilíndricas que van desde edificios de altura, columnas, torres, antenas telefónicas, tanques elevados y hasta silos de almacenamiento.

Lo que se desconoce es que para mantener en pie esas construcciones en altura –en algunos casos imponentes- deben ser tenidos en cuenta fenómenos aerodinámicos que las afectan de manera particular por su configuración geométrica y deben ser considerados para el diseño, primero, y para el cálculo estructural, en forma posterior.

Al estudio de esas consideraciones está abocada Luciana Simón, una estudiante de la carrera de Ingeniería Civil en la Universidad Nacional del Nordeste, quien accedió a una Beca de Estímulo a las Vocaciones Científicas (EVC-CIN). Su proyecto busca conocer más sobre las cargas de viento en estructura cilíndricas verticales, utilizando medición de presiones y la evaluación de las fuerzas aerodinámicas que se generan en caso de vientos fuertes.

En el proyecto “Acción del viento en estructuras cilíndricas verticales: evaluación experimental mediante ensayos en Túnel de Viento” se analizan problemas actuales vinculados a la Ingeniería de vientos, mediante la realización de experimentos con modelos a escala reducida en el túnel del viento, mediciones en campo, aplicación de programas computacionales y del Reglamento Argentino de Vientos CIRSOC 102.

Conocer más sobre esos fenómenos aerodinámicos que envuelven a estas estructuras es clave, ya que son los causantes de los abollamientos, flameo y vibraciones inducidas en los elementos de sujeción o estructuras auxiliares.

El plan de trabajo que está desarrollando Simón bajo la dirección de la ingeniera Gisela Marina Alvarez y Alvarez y la codirección del  doctor Ing. Adrián Roberto Wittwer, plantea el análisis aerodinámico de estructuras de configuración cilíndrica mediante estudios experimentales en túnel de viento.

La hipótesis de la que parte la estudiante para utilizar este método es que los fenómenos relacionados a los vientos en capa límite atmosférica pueden reproducirse a través del análisis dimensional y las leyes de semejanza, usando modelos a escala reducida. Los resultados experimentales obtenidos de esta forma podrán ser utilizados para el cálculo estático estructural y la verificación dinámica de la estructura.

Dicho de otra forma, Simón analizará los fenómenos que se producen en el estrato de aire que está sujeto a la influencia de la superficie terrestre (capa límite atmosférica), utilizando una herramienta (análisis dimensional) que permite simplificar el estudio de cualquier fenómeno en el que estén involucradas muchas magnitudes físicas en forma de variables independientes.

 

 

Túnel de Viento: modelos a escala reducida

El Laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería de la UNNE, cuenta con dos túneles de viento de capa límite, cuyas cámaras de ensayo son de diferente tamaño permitiendo estudios experimentales de aerodinámica de las construcciones en diferentes escalas.

La investigación permitirá dar continuidad a los estudios que actualmente está realizando la becaria incluyendo métodos actuales de medición, así como la aplicación de cargas aerodinámicas obtenidas de ensayos en túnel de viento y su comparación con los resultados de la aplicación del Reglamento CIRSOC 102 y con la Norma Brasilera NBR6123.

Estas normativas hacen referencia a métodos de cálculos basados en coeficientes aerodinámicos medios que se deben tener presentes al momento del diseño de estructuras.

“El hecho de medir presiones fluctuantes, permitirá aplicar el análisis estadístico a los registros obtenidos y determinar coeficientes de valores medios, de desviación estándar y de picos. La aplicación de estos coeficientes significará un avance en el estudio experimental de las cargas de viento sobre estructuras con superficies curvas”, explicó Simón.

Aportes para el conocimiento científico. El estudio de la distribución de presiones que se genera sobre superficies curvas en las que actúa el viento representa un desafío por la complejidad de las estructuras de turbulencia asociadas a este tipo de fenómeno.

“La influencia que provoca la variación de las características del viento incidente y de otros parámetros, como por ejemplo el número de Reynolds, determinan la importancia que implica contar con datos experimentales para caracterizar el fenómeno”, expresó la ingeniera Alvarez y Alvarez.

El número de Reynolds es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. En el caso de ensayos en modelos, su valor indica si el régimen de escurrimiento del fluido es semejante en modelo y prototipo.

“El impacto que tiene la investigación está dado por el aporte al análisis de este tipo de problema en el marco de la Ingeniería de vientos y, además, el trabajo permitirá la validación de las simulaciones computacionales que actualmente se están desarrollando en Laboratorios especializados” comentó la ingeniera.

Como todo camino en busca del conocimiento el trabajo abrirá nuevas líneas de investigación vinculadas a la Ingeniería de Vientos donde se requiere el análisis de la interacción fluido-estructura y de las estelas turbulentas que se producen en este tipo de fenómeno, como así también, para el desarrollo de programas computacionales que permitan el análisis de estos problemas vía simulación numérica.