8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

1/14

 

1

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

2/14

 

2

Índice  

Introducción …………………………………………………………………………………..3  

Conceptos generales ………………………………………………………………………….. 4

Notación general ………………………………………………………………………………. 5

Importancia de la consideración de la carga de viento ………………………………………..5

Como actúan las cargas de viento en la estructura ……………………………………………6

Factores que pueden condicionar el diseño de estructuras sometidas a cargas de viento ……7

Forma …………………………………………………………………………………………………………..7

Zona ……………………………………………………………………………………………………………8

Esbeltez ………………………………………………………………………………………………………..9

Velocidad del viento ……………………………………………………………………………………………10

Resonancia…………………………………………………………………………………………………….10

Urbanismo ……………………………………………………………………………………………………..11

Vulnerabilidad de las estructuras frente al viento ……………………………………….....12

Normas para la construcción de los diferentes tipos de estructuras …………………………12

Conclusión ………………………………………………………………………………….. 13

Bibliografía e internet-  grafía……………………………………………………………….14

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

3/14

 

3

Introducción

Debido a la importancia de los efectos del viento en el diseño estructural, urge lanecesidad de desarrollar los conceptos necesarios para entender el comportamiento de losdiferentes materiales usados en la confección de las estructuras.

Cabe destacar que en edificaciones de grandes dimensiones la acción del viento puedeser un factor determinante a la hora de diseñar, de aquí la importancia de estas cargas en laestructuras.

La forma superficial en la que es tratado este tema conduce a un conocimiento limitadodel mismo, con la finalidad de dar aportes en este sentido y aumentar el conocimiento propiodamos lugar a esta investigación, la cual estará enfocada en que factores son los de mayor

importancia al momento de tomar en cuenta las cargas de viento en una edificación, y quemedidas son capaces de contrarrestar a estos factores.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

4/14

 

4

Conceptos generales

 Viento: Es una Carga dinámica (que varía en el tiempo) con una determinada dirección eintensidad, o sea una masa de aire en movimiento que al chocar contra el obstáculo

(edificio) tiende a volcarlo o correrlo. Se origina por dos efectos: la rotación terrestre,calentamiento del sol. 

 

Estructura de Acero: Elementos o conjunto de elementos de acero que forman la parteresistente y sustentante de una construcción. 

 Estructura de Hormigón Armado: Consiste en la utilización de hormigón reforzadocon barras o mallas de acero llamadas armadura. También es posible armarlo con fibras,tales como fibras plásticas, fibras de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras deacero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido.  

 Estructura de Madera: Elementos o conjunto de elementos de madera que forman la parte resistente y sustentante de una construcción. 

 Código: Conjunto de leyes o normas de una materia, que buscan dar una orientaciónacerca de un tema determinado. 

 

Huracán: 

Es un movimiento de masa de aire a gran velocidad, de fuerza extraordinariaoriginada por vientos que circulan alrededor de un área de baja presión.  

 Ciclón: Viento muy fuerte que gira en círculos. Zona atmosférica de baja presión. 

 

Eje principal: Es la recta que pasa por el centro de la estructura. 

 Perpendicularidad: La noción de perpendicularidad se generaliza a la de ortogonalidad. 

 Punto de obstrucción: Es el centro de la fachada por simetría, donde la presióndinámica producida por el viento es máxima. 

 Presión unitaria: Es la intensidad de la presión en cualquier punto de un fluido, la presión unitaria es la misma en todos los puntos. 

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

5/14

 

5

Notación general

A  Área en metros cuadrados de la superficie expuesta a la acción del viento en el

nivel considerado. 

C El cual es función de la forma de la estructura. 

H Altura de la edificación en metros, medida desde el nivel del suelo. 

K   Coeficiente que modifica la velocidad del viento, el cual viene expresado en

función de la altura de la edificación. 

P  Fuerza resultante en kilogramos debida a la acción del viento. 

U  Coeficiente de uso o importancia de la edificación. 

V  Velocidad del viento en km/h. 

Z Coeficiente de zona. 

D  Diámetro de la edificación expresado en metros. 

P Presión unitaria en kilogramo por metro cuadrado debido a la acción del viento.

Importancia de la consideración de la carga de viento

En el momento en que se empieza a considerar cargas para un diseño estructural, dentrode la lista de solicitaciones se encontrarán las cargas vivas producidas por viento. Esta a su vezes capaz de cambiar totalmente la configuración estructural dependiendo de la magnitud de lacarga a la que se encontrará sometida. De aquí la importancia de conocer cómo afectan las cargasde viento a la estructuras.

En el caso de chimeneas que se elevan muy por encima del terreno, donde el viento es laúnica acción externa. Como se verá más adelante, la forma más conveniente para este tipo deestructuras (por tener coeficiente de forma más bajo) son las cilíndricas o las que se aproximan aellas, con lo cual se logra que la carga por viento sea un tercio menor que la producida sobre unaforma prismática.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

6/14

 

6

Otro ejemplo donde se pone de manifiesto la importancia de esta acción es en estructurasmuy livianas, tal es el caso de puentes colgantes que, debido a su poca masa corren el riesgo deentrar en resonancia y llegar a la destrucción por tal efecto, aun para velocidades del vientorelativamente bajas (Tacoma Narrows en 1940, el puente se hizo famoso por sudramático  colapso estructural inducido por el viento). A los efectos de evitar tales inconvenientes

se aumenta la masa de los mismos logrando así cambiar el periodo de oscilación.

Se puede mencionar también, dentro de las construcciones livianas el caso de naves industriales, parabólicas, etc. Donde el viento puede llegar a originar solicitaciones que puedan llegar a sermuy superiores a las de peso propio y condicionar el diseño.

Con estos pocos ejemplos es suficiente para comprender la importancia de esta acción.

Como actúan las cargas de viento en la estructurasLas cargas de vientos actúan en cualquier punto de la estructura, generalmente tiene una

dirección común para la zona, pero sus patrones pueden variar por causa del delta de temperatura y/o presión.

Para fines de diseño se considera que la carga de viento actuará en dos direccionesortogonales entre sí y perpendicular al eje vertical en caso que la estructura tenga forma prismática. El viento no es una carga puntual ni actúa en la estructura de forma permanente sinoque se presenta con carácter recurrente tanto en tiempo de acción como en intensidad. En el

diseño, el caso de estructura con peso significativo se considera como estática y su distribuciónserá condicionada a la rugosidad del terreno.

La fórmula que estipula el boletín informativo n°9/80 de MOPC para el cálculo de la intensidadde las presiones es:

p=160ZURC

Fuerza resultante de la acción del viento:

P=pA

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Falla_estructural&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Falla_estructural&action=edit&redlink=1

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

7/14

 

7

Factores que pueden condicionar el diseño de estructurassometidas a cargas de viento

La intensidad de la carga de viento presente en las estructuras existentes y futuras

dependerá de la forma, zona, altura, Esbeltez, velocidad del viento, resonancia, topografía,urbanismo, etc.

Forma

Al diseñar una torre de gran altura en lo primero que se piensa es en un diseño rectilíneo, lo másimportante de las torres es su respuesta al viento sobre todo a vientos rápidos a gran altura. Unaforma rectangular o cuadrada presenta muchas dificultades en lo que respecta al flujo de viento asu alrededor, crea muchas turbulencias.

 

El problema del diseño rectangular es que ofrece demasiada resistencia a los vientos fuertes.Entonces, ¿Cuál es la mejor solución?.

Si se construyese una torre convencional de planta totalmente cuadrada de gran altura, sería deesperar que hubiese una gran respuesta sobre todo en la dirección perpendicular al viento.

Un edificio rectangular produce vórtices de viento a lo largo de toda la estructura, esos vórticesson remolinos de vientos que se forman en todo los lados del edificio y que ejercen una fuerzaviolenta sobre él.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

8/14

 

8

Si se piensa en un cilindro, una estructura uniformemente redonda de arriba abajo. Elviento fluye más fácilmente por un cilindro, pero su diámetro constante todavía crea problemas.Si la forma es constante de arriba abajo ese vórtice se acumula en el mismo sitio y ejerce una gran fuerza sobre el edificio que este debe resistir. 

Una forma cónica elimina este problema al variar el diámetro a lo largo de toda laestructura. De modo que el esquema de orientación del vórtice no es un esquema regular a lo

largo de toda la estructura de la torre sino que se va alternando según el diámetro cambiante deledificio. Las oscilaciones serán una decima parte o más de diez veces menor que las de formas prismáticas.

Dicho lo anterior se concluye que la presión real que actúa sobre una edificación depende de laforma que esta tenga. De esto nace la importancia de un coeficiente de forma representado por“C”. 

Zona

La incidencia del viento varía dependiendo dela temperatura, presión, topografía etc. Debidoa esto el viento muestra patrones diferentessegún la zona en la que se encuentre laedificación. La República Dominicana seencuentra zonificada de la siguiente manera.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

9/14

 

9

1 Zona de alta velocidad (180 km/h

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

10/14

 

10

Velocidad del Viento

Es una magnitud aleatoria. La función temporal de la velocidad, cuyos valores sonaleatorios, se denomina proceso estocástico. Su dirección puede considerarse horizontal parafines de cálculo de sus efectos sobre las edificaciones. Y en cualquier dirección.

La velocidad del viento varía con la altura con respecto al nivel del suelo y tanto la forma devariación como la altura de la capa límite de velocidad dependen de la rugosidad del terreno.

El momento en que la estructura se ve más afectada por velocidad de viento es en presencia deciclones o huracanes, el cual es el caso de tormentas tropicales donde sus velocidades superan los

118km/h.

Resonancia

Los edificios tienen que oscilar para absolver las fuerzas de los vientos de gran altitud, pero la oscilación depende del diseño, es decir la forma.

En caso que la estructura no sea capaz de absorber la energía generada por la forzante (viento),esta entrará en un estado conocido como resonancia donde la amplitud de las oscilaciones irá enaumento a medida que el tiempo transcurre produciendo el colapso de la estructura.

Un caso de estas oscilaciones se dio en el puente deTacoma, en los estados unidos que colapsó, ennoviembre de 1940, para un viento de 68 km/h cuandohabía sido calculado para resistir esfuerzos estáticos devientos de 160 km/h. en ese caso las deformaciones se produjeron principalmente en un modo de torsión.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

11/14

 

11

Una sub clasificación de la resonancia es el Galope: 

  Ciertas formas de sección transversal tales como secciones cuadradas, rectangulares,triangulares o semicirculares, son susceptibles de oscilaciones por inestabilidadaerodinámica.

 

No pueden iniciarse estas oscilaciones desde el reposo sino que precisan ser iniciada porotro efecto (ráfagas de vientos o vórtices alternados). Al vibrar perpendicularmente a ladirección del viento aparecen fuerzas de presión perpendiculares al viento que puedenamplificar la vibración.

 

Son propensa a este fenómeno estructuras livianas y flexibles, con formas simples.

Urbanismo

Los coeficientes de presión sobre un edificio varían con la presencia de otro edificiovecino. A veces los coeficientes aumentan y otras veces disminuyen.

El efecto de edificios próximos también influye en un aspecto que no atañe a la estructura sinoal uso de la construcción.

El “encajonamiento” del viento entre dos obstáculos aumenta la velocidad del viento y afecta el

confort de los transeúntes.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

12/14

 

12

Vulnerabilidad de las estructuras frente al viento

Cuando tratamos de establecer la vulnerabilidad frente al viento de una estructura hechade un material en específico, ya sea hormigón armado, acero o madera, nos encontramos con quela dependencia de esta vulnerabilidad se encuentra influenciada por muchos factores, dentro delcual el material del que está hecha la estructura es de mucha importancia y mucho másimportante aún es en la forma que se encuentra dispuesta. Es decir, su configuración estructural.

Dentro de las vulnerabilidades que encontramos en las estructuras de acero y madera es lasusceptibilidad de entrar en resonancia con el viento debido a su bajo peso. Aunque las propiedades elásticas en el caso del acero y la madera le ayuda a oscilar con amplitudesconsideradas sin colapsar. Es decir, absorber la energía producida por el viento.

En las estructura de hormigón las deformaciones por oscilación no pueden ser de la mismamagnitud que las de acero o madera, debido a que esta combinación de material es más rígido.

Normas para la construcción de los diferentes tipos deestructuras

R-033 Reglamento de hormigón

R-028 Reglamento de acero

R-029 Reglamento de madera

Boletín 9-80 viento

Reglamento CIRSOC 102 (Acción del viento sobre las construcciones)

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

13/14

 

13

Conclusión

Analizado lo referente al tema de las cargas de viento en los diferentes tipos deestructuras, se ha llegado a la conclusión que el material del cual está hecha es un factordeterminante en cuanto a su comportamiento, pero aún más lo es su configuración estructural, yaque los efectos frente a estas cargas se encuentra aun más relacionado con la forma más que delmaterial.

La geometría de la estructura es la que determina los efectos a los que se verá sometida yen función de esto es que se toman las medidas necesarias para contrarrestarlos. Las estructurasque presenten menor resistencia al viento serán las más apropiadas. Las formas cilíndricasreducen la respuesta al viento en un tercio de la que ofrecería un prismática y aun más la quetienen forma cónica la cuales reducen la resistencia al viento en una decima parte de la queofrecería una prismática.

8/18/2019 Comportamiento Estructural de Las Edificaciones Bajo Las Cargas de Viento

14/14

 

14

Bibliografía e internet- grafía

 

Boletín 09/80  Ensayos del laboratorio avanzado en aerodinámica de la facultad de ciencia y tecnología,

Universidad de Hong Kong.

  Reglamento CIRSOC 102 (ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONTRUCCIONES)

 

http://es.m.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_armado

  http://www.iiarquitectos.com/2010/01/estructura-de-acero.html

  http://m.escalofrio.com/plantilla.php?idf=203

  http://www.wordreference.com/definicion/c%C3%B3digo

http://es.m.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_armadohttp://www.iiarquitectos.com/2010/01/estructura-de-acero.htmlhttp://m.escalofrio.com/plantilla.php?idf=203http://www.wordreference.com/definicion/c%C3%B3digohttp://www.wordreference.com/definicion/c%C3%B3digohttp://m.escalofrio.com/plantilla.php?idf=203http://www.iiarquitectos.com/2010/01/estructura-de-acero.htmlhttp://es.m.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_armado