Efectos del viento en las estructuras

Efectos del viento en las estructuras. Diseño por viento.

1. Efectos del Viento en las
Estructuras
Licenciatura: INGENIERO-ARQUITECTO
* Nombre Alumna:
Cisneros García Miriam
* Materia:
Análisis Estructural
* Maestro:
Loza Jaramillo Rubén 11 agosto 2009
Guadalajara, Jalisco. México.

2. Viento
Elvientoeselmovimientodelairequeestápresenteenla
atmósfera,especialmente,enlatroposfera,producidopor
causasnaturales.Setratadeunfenómenometeorológico.
Lacausadelosvientosestáenlosmovimientosderotacióny
detraslaciónterrestresquedanorigenasuvezadiferencias
considerablesenlaradiaciónsolaroinsolación,
principalmentedeondalarga(infrarrojaotérmica),quees
absorbidademaneraindirectaporlaatmósfera.

3. Eneldiseño,elvientoesunaacciónaccidental
desdeelpuntodevistadelascombinaciones
decargaenqueintervieneydelosfactores
decargaquesedebenadoptar.

4. Estructura
Todaconstrucciónestádestinada
asoportarsupropiopesoyla
presenciade acciones
exteriores (fuerzas,
momentos,cargastérmicas,
etc.)sinperderlas
condicionesdefuncionalidad
paralasquefueconcebida
ésta.
Unaestructuratieneunnúmero
degradosdelibertad
negativoocero,porloque
losúnicosdesplazamientos
quepuedesufrirsonresultado
dedeformacionesinternas.

5. El viento en las estructuras
Lapresiónocasionadaporel
vientoesproporcionalal
cuadradodelavelocidady
debe ser calculada,
principalmente,en las
superficiesexpuestasdeuna
estructura.
Debidoalarugosidaddela
tierra,lavelocidaddelviento
esvariableypresenta
turbulencias.
Sinembargo,seasumequela
edificaciónasume una
posicióndeformadadebidoa
unavelocidadconstanteyque
vibraapartirdeestaposición
debidoalaturbulencia.

6. Elprocedimientoanalíticopara
evaluarlosefectosproducidos
porlafuerzadelviento
involucraelanálisissimple,si
losefectosproducidosporla
fuerzadelvientonoson
fundamentaleseneldiseño,o
elanálisiscompleto,siporel
contrario,lasfuerzasde
vientoenalgúnsentido
resultandeterminantesenel
diseño.
Estascargasdependendela
ubicacióndelaestructura,de
sualtura,deláreaexpuestay
delaposición.Lascargasde
vientosemanifiestancomo
presionesysucciones.

7. Paraunterrenomuyliso,comoencampoabierto
convegetaciónmuybaja,elvientomantiene
velocidadmuyaltaaunmuycercadela
superficie,mientrasqueenelcentrodeciudades
conedificacionesaltas,lavelocidaddisminuye
muyrápidamentedesdeunaalturadevarias
decenasdemetros,hastalasuperficiedel
terreno.

8. Lavelocidadgradientesealcanzaaunaaltura
delordende250mencampoabierto,
mientrasqueenelcentrodeunaciudadse
alcanzaacercade500m.

9. Cuandoellibreflujodel
vientoseveobstaculizado
porunobjetofijo,tieneque
desviarsepararodearlo,por
locualproducepresiones
sobreelobjeto.
Laspartículasdeairegolpean
enlacaraexpuesta
directamentealefectodel
viento,caradebarlovento,
ejerciendosobreellaun
empuje.
Enlacaraopuesta,de
sotavento,lasestelasdel
flujoseseparandelobjeto
provocandounasucción.

10. Losdosefectossesuman
dandolugaraunafuerza
dearrastresobreelobjeto.
Enlascaraslateralesse
presentaunadistribución
depresionesquevaríade
empujeasucción.
Lafuerzallamadade
sustentableesimportante
eneldiseñodesecciones
pequeñasyligerascomolos
ángulosqueformanlas
torresyarmaduras.

11. Laformadeladistribucióndepresionespuederesultar
bastantecompleja,dependiendodelageometríadel
objeto.
Lavelocidaddelvientopresentacomponentesimportantes
cuyasfluctuacionesconeltiempodependendela
velocidadmáximadelflujo,peroqueparalosvientosde
interéstienenperiodossuperioresa2segundos.
Siexcedeestetiempo,algunoscomponentesdefluctuación
delavelocidadpuedenentrarensincroníaconla
vibracióndeledificioyproduciramplitudesde
deformaciónperjudiciales.
Sonmuchosloscasosdondeseexcedenestosvaloresy
especialmenteenestructurasdebajoamortiguamiento,
comolosontorresyedificiosmuyesbeltos,antenasy
cubiertascolgantes.

12. Paraalgunasformasgeométricasparticulares,
laperturbaciónimplicalaformaciónde
vórticesquesegeneranperiódicamenteyen
formaasimétrica,produciendovibraciones
enelcuerpo.

13. EnlasNTC-VientodelRCDF-87seespecificael
cálculodeestaspresionesdeacuerdoalas
característicasdelaestructura.
Engeneralniseespecificannormasdediseño
paraelefectodehuracanesotornados,debido
aqueseconsideraincosteableeldiseñocontra
estosefectos;sinembargo,sesabequeel
detalladocuidadosodelrefuerzo,ylauniónde
refuerzosenlossistemasdepisoconmuros
mejoranotablementesucomportamiento.

14. Cuando lasestructuras
impidenelflujodelviento,
laenergíacinéticadeéste
reconvierteenenergía
potencialdepresión,lo
quecausalacargade
viento.
Elefectodelvientosobreuna
estructuradependedela
densidadyvelocidaddel
aire,delángulode
incidenciadelviento,dela
formaydelarigidezdela
estructuraydelarugosidad
desusuperficie.

15. Cargas de Viento (w)
Lascargasdevientoy
explosiones producen
presiónosucciónsobrelas
superficiesexpuestasdelas
construcciones.
Lacargadevientoesuna
cargamuyimportanteenel
diseñodeestructurasaltaso
muyflexibles,comolos
puentescolgantes,odegran
superficielateral,comolas
bodegas o grandes
cubiertas.

16. Losfactoresqueinfluyenenlamagnituddeestacarga
son:lavelocidaddelvientoysuvariaciónconla
altura,lamagnituddelasráfagas,lascondiciones
localesdelasuperficiedelterrenocircunvecino,la
formadelasuperficieexpuestaalviento,lazonao
región;esespecialmentecríticoelefectoenaquellas
zonasdelmarCaribesometidasahuracaneso
ciclones,queproducenvelocidadesdelviento
superioresalos200KMH.

17. Lapresióndelvientohacausadomuchosdaños
inesperados.
Durantelosprocesosdeconstrucciónescomúnquelas
paredesdeladrilloodebloquesdeconcreto,queden
sinapoyohastaqueseconstruyanloselementosde
amarresdelostechos,conloquevientosligeros
puedenderribarestosmurossinapuntalamiento,
debidoalagransuperficieexpuestaalapresióndel
viento.

18. Lasestructurasmuyflexibles
comoloscablesdetransmisión
olospuentescolgantespueden
recibirfuerzasperiódicasque
inducenvibraciones,causando
hastalafalla.
EsfamosalafalladelPuentede
Tacoma(USA),en1940,que
conunvientosuaveentróen
resonancia,produciéndosesu
colapso,queafortunadamente
sirvióparaimpulsarelestudio
delfenómenoydefinióun
nuevorumboeneldiseñode
puentescolgantesyenla
consideracióndelefecto
dinámicodelvientocomo
cargaoacciónestructural.

19. LanormaNSR-98,presentamétodospara
evaluarelefectodelvientosobrelas
edificacionesysuscomponentes.
Eneldenominadométodosimple,quepuede
aplicarsecuandolosefectosproducidospor
elvientonosonfundamentaleseneldiseño,
lafuerzadevientoWseobtiene
multiplicandolapresióndelvientop,porel
árealateraldelaedificación.

20. Velocidad de viento de diseño
Elparámetrobásicoqueserequiereestudiarpara
fijarlaintensidaddelaaccióndediseñoesla
velocidadmáximaconqueelvientopuedeactuar
sobrelaestructuradurantelaexistenciadeésta.
Lamayoríadelosreglamentosrecientenafirmanque
lasvelocidadesqueestablecenparaeldiseñode
lasestructurascomunescorrespondenaperiodos
derecurrenciadealrededorde50años,loque
implicaunaprobabilidadde63%dequedicha
velocidadseaexcedidaporlomenosunavezen
50años,queeslocomúnmenteaceptadocomo
duracióndeseabledeunaestructura.

21. Lainformacióndirectaconquesecuenta
consisteenlosresultadosregistradosde
anemómetroscolocadosenestaciones
meteorológicasubicadasenaeropuertosyen
otrasinstalaciones.

22. EnMéxicolaregionalizacióneólicaincluidaen
elManualdeCFEestabasadaenunanálisis
estadísticodeltipodelrealizadoparalos
datosde30estacionesmeteorológicos.

23. Procedimientos de diseño por viento
Elefectodelvientodebeanalizarseenrelación
conlasfuerzasqueseinducensobreelsistema
principaldelaestructuraytambiéndeben
analizarselosefectoslocalesenelementos
estructuralesaisladosyenelementosno
estructurales,tantoenelexteriorcomoenel
interiordelaconstrucción.
Elvientopuedeactuarencualquierdirección,
debeinvestigarsecuálesladirecciónque
produceefectosmásdesfavorablesenla
estructura.

24. Enedificiosregularesyenotrasestructuras
comunesessuficienterevisarenforma
independientelaaccióndelvientoendos
direccionesortogonalesquecoincidenconlos
ejesprincipalesdelsistemaestructural.
Enlasestructurascomunesserásuficiente
considerarelefectoestáticodelviento
determinandolaspresionesosuccionesque
actúanendirecciónperpendicularala
superficieexpuestaalviento.

25. Lavelocidaddelvientodependedelos
siguientesfactores:
*Delaubicacióngeográficadelaconstrucción.
*Delascaracterísticastopográficaslocalesdel
sitioenlorelacionadoconlarugosidaddela
superficie.
*Delaalturasobreelniveldelterrenodela
porcióndelaestructuraqueseestá
considerando.
*Delaimportanciadelaconstrucción.
*Delasensibilidaddelaestructuraalosefectos
deráfaga.

26. Paraunedificiodeparedescerradas,la
trayectoriadelaslíneasdeflujodelairese
muestra:

27. Deellasededucequeelvientoproduceun
empujesobrelacaradebarloventoy
succionesenlacaradesotaventoyenel
techo.
En techos inclinados, si la pendiente es muy
grande llega a generarse empuje en la cara
de barlovento del techo.

28. Ladistribucióndepresionesmedidaenunmodelodeedificiode
geometríasimilaralanteriorsujetoentúneldevientoauna
velocidadconstantedelaire.
Lapresiónesconstanteencadaunadelasdoscarasnormalesala
direccióndelflujo,loquepermiteespecificarunfactordeforma
constanteparalacaradebarloventoyotroparaladesotavento.
Enlascaraslateralesyeneltechosepresentansuccionesmuyaltasen
laszonasadyacentesalacaradebarloventoyvaloresmucho
menoresenzonasmásalejadasdeestacara.

29. Webgrafía
http://climatologiayparapente.blogspot.com/2
008_11_01_archive.html
Bibliografía
Manualde Diseño Estructural
RobertoMeliPiralla
Tomo1
GrupoNoriega Editores
Páginas201-215