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En este ejemplo, vamos a calcular valores de fuerzas promediadas para una sección de puente, como las aplicables a secciones estructurales en el proceso de diseño basado en el WTG-Merkblatt-M3.
Según la Figura 2.2 en el WTG-Merkblatt-M3, este ejemplo está clasificado 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: Solitaria, todas las direcciones del viento relevantes con resolución direccional suficientemente fina.
- Z1: Valores medios estadísticos, siempre que se refieran a procesos de flujo estacionario donde las fluctuaciones (por ejemplo, debido a la turbulencia del flujo entrante) puedan capturarse suficientemente con otras medidas.
- S1: Efectos estáticos. Es suficiente representar el modelo estructural con los detalles mecánicos necesarios, pero sin propiedades de masa y amortiguación.
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 Sección de Puente
| Modelo | Sección del Puente |
|---|---|
| Velocidad básica del viento | V = 30 m/s |
| Densidad del aire | ρ = 1.225 kg/m³ |
| Solver | 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 | De 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 levemente de 0.94 a 10% de densidad de malla a 0.90 a 25% de densidad, luego aumenta marginalmente a 0.92 a 35% de densidad. Aunque hay una pequeña fluctuación, la variación permanece dentro de una tolerancia aceptable, lo que indica que los resultados son suficientemente estables para su uso en ingeniería práctica.
Además, el estudio de malla computacional necesita realizarse según el 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 puede obtenerse usando la Figura 8.3 en EN 1991-1-4:
Fuerza en Dirección X - Método Simplificado
Donde se ha evaluado que un procedimiento de respuesta dinámica no es necesario, 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 esencial del viento
C es el factor de carga del 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 resultados de simulación. El método de Tasa de Acierto evalúa cuántos de los valores simulados Pi coinciden correctamente con los valores de referencia Oi dentro de una tolerancia definida, utilizando un enfoque de clasificación binaria (acierto o fallo). Este enfoque evalúa la confiabilidad de la simulación calculando una tasa de acierto q, similar a las funciones de confianza usadas en la teoría de la confiabilidad. En contraste, el método de Error Cuadrático Medio Normalizado (e2) ofrece una evaluación más detallada de la precisión cuantificando la desviación cuadrada promedio entre los valores simulados y los de referencia, normalizando para tener en cuenta las diferencias de escala. Juntos, estos métodos proporcionan medidas tanto cualitativas como cuantitativas para la validación de simulaciones.
Resultados de Fuerza en RWIND y Comparación con Eurocódigo
En RWIND los resultados de las fuerzas del viento totales están disponibles en la pestaña Info del modelo Editar como se muestra en las Figuras 3 y 4. La diferencia entre el escenario crítico de dirección del viento RWIND (θ=0°) y el Eurocódigo es de aproximadamente Wrel = 5.36% (menor que los criterios mencionados en el WTG = 10%); entonces la tasa de aciertos puede obtenerse como q=100%, lo que muestra un buen acuerdo. El bajo error cuadrático medio normalizado e2=0.002 también confirma una fuerte concordancia entre la simulación y las mediciones, cumpliendo eficazmente los estándares de validación.
