Análisis de la fatiga inducida por viento en los dominios del tiempo y de la frecuencia

Resumen

El desarrollo de nuevos materiales y técnicas de diseño está resultando en estructuras cada vez más esbeltas y flexibles. En estas estructuras, la necesidad del estudio de la acción del viento ha propiciado el desarrollo de metodologías para el estudio de estados límite últimos y de servicio y, en particular, la necesidad de evaluar la fiabilidad frente al estado de fatiga derivado de las vibraciones inducidas por el viento. El caso de las vibraciones inducidas por el viento difiere mucho de estas solicitaciones armónicas. Para estructuras sometidas a esta acción, los esfuerzos a los que se verán sometidos los miembros estructurales serán variables con alto grado de aleatoriedad resultante de la naturaleza del viento. Debido a esto, los resultados del análisis clásico de fatiga tendrán una aplicabilidad limitada y habrá que buscar nuevos criterios de diseño. El objetivo de esta investigación ha sido el establecimiento de una metodología general para el análisis de fatiga en el dominio del tiempo, capaz de evaluar el daño en miembros estructurales bajo la acción del viento, que considere la naturaleza aleatoria y dinámica del mismo (Figura 1). Como caso de estudio se ha llevado a cabo el análisis para un elemento de fachada de las Torres Bicentenario: Dos torres de acero de 65m, con carácter monumental, erigidas por el gobierno de México en la ciudad de Toluca con motivo de la celebración del bicentenario de la independencia de México (Figura 2). El cálculo de vida a fatiga ha sido realizado en distintos miembros estructurales aplicando un algoritmo de conteo de ciclos para la respuesta dinámica tensional de cada miembro ante una serie temporal de fuerza de viento, generada a partir de la combinación de registros climáticos (macro-escala) con datos de turbulencia obtenidos en túnel de viento de capa límite (micro-escala). Estos resultados han sido comparados con diversos métodos propuestos en la literatura en el dominio de la frecuencia y muestran que los métodos espectrales, pese a ser una solución rápida para la estimación de la vida, no consiguen dar predicciones suficientemente precisas en comparación con los métodos en el dominio del tiempo, a los que pertenece la metodología propuesta.