22.0 Efectos del viento y fuerzas sísmicas en la estabilidad de la vasija

22.1 Vista general Fuera de las fuerzas que pueden resultar del impacto de un vehículo, las fuerzas del viento y sísmicas son las fuerzas externas más importantes que pueden afectar a una vasija de pesaje. Se puede cuidar contra el peligro desde tráfico vehicular por utilizar barandillas bien diseñadas. Donde pueden ser un factor, los efectos del viento y fuerzas sísmicas, hay que tomarlos en cuenta en el diseño de una vasija de pesaje. Al mínimo, la consideración de estas fuerzas podría afectar la capacidad de las celdas de carga que vayan a escoger. En casos más extremos, puede que ellos dicten el uso de refrenamientos adicionales para la vasija. En general, los módulos de pesaje tienen una capacidad de despegue de 150% de su capacidad y una capacidad de carga lateral de 100% de su capacidad. Figura 22-1. Por lo general, estas fuerzas actúan horizontalmente en el centro de gravedad (CG) de la vasija de pesaje. La Figura 22-1 muestra una vasija cilíndrica vertical con cuatro piernas y las fuerzas que están actuando sobre ella en la ausencia de viento o fuerzas sísmicas. W es el peso de la vasija (se debe considerar separadamente una vasija vacía y una llena, dado que el uno o el otro puede ser el caso limitado) y ello actúa a través del centro de gravedad de la vasija. Asumiendo que las cuatro patas están arregladas simétricamente, entonces cada pata ejercerá una fuerza igual a 1/4W sobre cada montaje.

La Figura 22-2 muestra la misma vasija con la adición de una fuerza horizontal F (el resultado de viento o actividad sísmica). La vasija ejerce una fuerza horizontal de 1/4F en cada montaje de celda de carga. Además, hay una fuerza adicional de F 0T actuando sobre los montajes de las celdas de carga del lado izquierdo, lo cual quiere decir que cada uno ahora está llevando una carga de 1/4W + F 0T . En los montajes de celda de carga en el lado derecho, también queda inducida una fuerza F 0T como resultado de F. Sin embargo, esta fuerza está en la dirección opuesta a la 1/4W existente y la fuerza total aquí se reduce a 1/4W - F 0T . Por lo tanto, verán que carga está siendo transferida de los montajes de un lado de la vasija a los del otro. La capacidad que seleccionan para sus celdas de carga tiene que ser capaz de resistir esta fuerza adicional para los extremos de viento o actividad sísmica que esperan. Si se aumenta F al punto de que F 0T termina siendo igual a W/4, entonces habría cero carga sobre los montajes del lado derecho y la carga hubiera llegado a ser doble, W/2 sobre los montajes del lado izquierdo. Un aumento adicional en F causará que la vasija se alce sobre los montajes del lado

derecho y puede, en el caso extremo, hasta volcar la vasija. Figura 22-2.

La relación entre F 0T y F puede ser declarada de la siguiente manera para la vasija mostrada en la Figura 22-2: F 0T = .7Fh/D donde h = altura hasta el centro de gravedad y D = diámetro de la vasija.

Es deseable reducir F 0T ; esto se puede lograr, como se entiende, pr reducir F o h o por aumentar D. La dimensión h puede ser reducida por reducir la altura de la vasija (no siempre algo práctico) o por colocar los montajes al punto del centro de gravedad de la vasija como ilustrado anteriormente. En este caso h = 0 y entonces F 0T = 0. Es interesante comparar la estabilidad de una vasija apoyada sobre montajes de 3 o 4 celdas de carga. La Figura 22-3 muestra una vista desde encima de una vasija cilíndrica vertical apoyada en 3 o 4 puntos (las líneas sólidas y entrecortadas respectivamente). La vasija va a tender a volcarse alrededor de una línea recta dibujada entre los puntos de soporte adyacente; entre más es la distancia entre el centro de gravedad y esta línea, más estable será la vasija. Una vasija apoyada en 3 puntos será aproximadamente 29% menos estable que si fuera apoyada en 4 puntos.

Figura 22-3.

Debido a los muchos variables en diseño de vasijas y condiciones del sitio, es imposible tratar en este texto de una manera comprensiva con la calculación del viento y las fuerzas sísmicas. Sin embargo, las siguientes secciones trataran con estas fuerzas en terminos generales y señalan la información necesaria para hacer un análisis completo. Para obtener más detalles, refiéranse al Código Uniforme de Normas de Construcción (UBC). Aunque los efectos de ambos del viento y las fuerzas sísmicas deben ser considerados, es aceptable considerar estas fuerzas en aislamiento o solos.

22.2 Fuerzas del viento Hay que dar consideración a los efectos de carga por viento cuando una vasija de pesaje está instalada al aire libre. Esto es particularmente importante cuando tratando con vasijas altas y delgadas, vasijas instaladas en lugares expuestos (por ejemplo, haciendo frente a una masa grande de agua), o los que están instaladas en un lugar con altas velocidades de vientos. En analizar los efectos de carga por viento, hay que asumir que el viento puede soplar contra la vasija de cualquier dirección horizontal. La Figura 22-4 muestra el efecto de viento soplando en una vasija cilíndrica vertical. Noten que no solo hay una fuerza siendo ejercitada contra el lado barlovento, sino que también hay una fuerza de succión en el lado sotavento. Estas fuerzas son aditivas y tienden a inclinar la vasija hacia la dirección del viento. A ángulos rectos de la dirección del viento hay fuerzas de succión jalando sobre todo lado debida a la velocidad más alta del viento a estos puntos. Dado que estos son iguales y opuestos en cuanto a dirección, no tienen un efecto neto sobre la estabilidad de la vasija. Para llevar a cabo un análisis completo de la fuerza del viento, la siguiente información es necesaria: • Vasija: Los pesos muertos y vivos de la vasija, el número de soportes, y las dimensiones totales como altura, longitud de las patas, diámetro, etc. • Velocidad básica mínima del viento: Esto se puede tomar de la Figura 22-5, lo cual es un mapa de los Estados Unidos con las líneas de nivel de velocidades de viento sobrepuestas. Este mapa está basado en un intervalo de reincidencia promedia cada 50 años que tradicionalmente se ha aceptado como un riesgo aceptable. Si sus registros locales indican velocidades de viento en 50 años más altas, entonces deberían usar los valores mayores. Este mapa no toma en cuenta los efectos de tornados. • Exposición: Las condiciones de ser expuesto en el sitio tienen que ser conocidas. Terrenos urbanizados o escarpados pueden tener velocidades de viento muy reducidos. El Código de Normas de Construcción (UBC) define tres categorías de exposición Exposición B: tiene terreno con edificios, bosques, o irregularidades de 20 pies o más de altura cubriendo por lo menos 20% del área y extendiendo un mínimo de una milla o más del sitio. Exposición C: tiene terreno que es plano y por lo general abierto, extendiendo una media milla o más del sitio en cualquier cuadrante completo. Exposición D: representa la exposición más severa en áreas con velocidades básicas de viento de 80 mph o más y que tiene un terreno que es plano y no obstruido enfrente de masas grandes de agua de una milla o más de anchura relativa a cualquier cuadrante del sitio de la vasija. La Exposición D extiende 1/4 de milla tierra adentro desde la orilla o 10 veces la altura de la vasija, cualquiera que sea mayor. • Factor de importancia: Se utiliza un factor de importancia de 1.15 para facilidades esenciales que tienen que quedar seguros y utilizables para propósitos de emergencia después de una tormenta de viento para preservar la salud y seguridad del público. Tales facilidades incluyen facilidades médicas teniendo áreas para cirugía o tratamiento de emergencia, bomberos o policía. Para toda otra clase de instalación se utiliza un factor de 1.0. Con esta información se puede calcular las fuerzas del viento conforme a los métodos descritos en el UBC. Se puede utilizar esta información para verificar la estabilidad de la vasija usando montajes normales, o para diseñar retenedores o refrenamientos adicionales si determinan que van a ser necesarios.

Figura 22-4.

Velocidad básica del viento 70 mph

Región especial de velocidad de viento

Figura 22-5.

• Los valores son las velocidades más rápidas a unos 33 pies sobre el suelo para la Categoría C de

Exposición y están asociadas con una probabilidad anual de 0.02. • Interpolación líneal entre líneas de nivel de velocidad de viento es aceptable. • Es recomendable tomar precauciones en el uso de las líneas de nivel de velocidad de viento en las regiones montañosas de Alaska. • La velocidad del viento para Hawai es de 80 y de

Puerto Rico es 95. • La velocidad del viento para Alaska varía de 70 en el interior a hasta 110 en áreas costales. • Donde los registros locales o el terreno indican velocidades picos de viento más altos dentro de 50 años, se deberían usar esas velocidades para sus calculaciones. • Se puede asumir que la velocidad del viento es constante entre la costa y la línea de contorno o nivel más cercana.

22.3 Fuerzas sísmicas La Figura 22-6 en la próxima página es un mapa de zonas sísmicas de los Estados Unidos. Las varias zonas están numeradas de 0 (poca probabilidad de daño) hasta 4 (probabilidad de daño mayor), los cuales indican, en una escala ascendiente, la severidad de daño probable como resultado de terremotos. Los efectos de fuerzas sísmicas deberían ser tomadas en cuenta cuando instalando vasijas en las zonas 1 hasta el 4. Se requiere la siguiente información para llevar a cabo un análisis sismico. Vasija: Los pesos muertos y vivos de la vasija, el número de soportes, y las dimensiones generales tales como su altura, longitud de las patas, diámetro, etc. La zona sísmica (de la Figura 22-6) en la cual la vasija será instalada. ¿Es la vasija autoestable, montada sobre una estructura, o sobre el techo de un edificio? Función de la estructura

• ¿Contiene la vasija el material o el equipo necesario para la protección de instalaciones esenciales (hospitales, cuarteles de bomberos y policías), instalaciones arriesgados, o estructuras de ocupación especial (escuelas, cárceles y utilidades públicas)? • ¿Contiene la vasija suficientes cantidades de sustancias tóxicas o explosivas como para ser peligroso a la seguridad del público en general si se escaparan? • ¿Apoyan la operación de instalaciones de utilidades públicas? • ¿Ejecutan una función no enumerada arriba? La geología y las características del suelo y el periodo de la estructura de la vasija, si están disponible. Con esta información, se pueden calcular las fuerzas resultando de actividad sísmica conforme a los métodos descritos en el Código Uniforme para Construcción (UBC).

Figura 22-6.