Informe Viento

 

CONSTRUCCIÓN CIVIL

 

INFORME CÁLCULO ESTRUCTURAL

Efectos del viento en estructuras

NOMBRE: Daniel Lagos, Nayadeth Huaiquil, Arleny Torres. CARRERA: Construcción Civil ASIGNATURA: Cálculo Estructural PROFESOR: Jaime Molina FECHA: 29 de marzo de 2018

 

 

1.  RESUMEN El viento se genera por las diferencias de presión y temperatura de la atmosfera lo que provoca el movimiento constante del aire. En cuanto al diseño de cualquier estructura, el viento es un factor importante que considerar, ya que genera cargas sobre ciertas superficies provocando presiones y succiones (imagen 1), es decir cuando el libre flujo del viento se ve obstaculizado obs taculizado por un objeto fijo, este tiene que desviarse para rodearlo. Cuando las partículas de aire golpean la cara más expuesta (cara de barlovento) se produce un empuje sobre ella, mientras que la cara opuesta (de sotavento) las partículas se separan produciendo produ ciendo succión sobre la estructura (imagen 2). 2 ). Cuando las estructuras impiden el flujo del viento, v iento, la energía cinética de éste se transforma en energía potencial de presión, lo que causa la carga de viento.

Imagen 1.

Imagen 2. Las cargas de viento variarán dependiendo de la ubicación de la estructura (altura, área mas expuesta y posición de la construcción).

 

 

INDICE DE CONTENIDO 1.  Resumen…………………………………………………………. .….Pág. 2  2.  Introducción………………………………………………………….Pág 4 3.  Criterios de diseño………………………………………………….. Pág 5 4.  Cálculos y fórmulas………………………………………………… . Pág 5-8 5.   Normas Chilenas y extranjeras………………………………….…… extranjeras………………………………….……Pág 9-15 6.  Principales fallas producidas por el viento………………….………. Pág 16-17 7.  Un tipo de solución contra cargas de viento………………………… Pág 17-18 8.  Conclusión …………………………………………………… …………………………………………………………… ………Pág 19 9.  Bibliografía …………………………………………………………...Pág …………………………………………………………...Pág 20 2 0 

 

 

2.  INTRODUCCIÓN Al desarrollar un proyecto de construcción dentro de sus principales etapas se encuentra la “Determinación de cargas”, son las que definen finalmente la resistencia de la ed edificación, ificación, entre las

cargas más conocidas encontramos:   Cargas muertas: Peso propio del sistema estructural y cualquier otro material unida a ella de 

manera permanente.   Cargas vivas: Cargas móviles o que se encuentran en constante moviendo dentro o sobre la



estructura.   Cargas ambientales: Causadas por efectos del ambiente (Viento, nieve, sismos, etc.)



Al definir las cargas de la estructura debemos considerar que la estructura no debe perder las condiciones óptimas para la cual fue construida, por lo que, los cálculos deben ser generados con el mayor cuidado para evitar futuras fracturas o se desmorone de manera total la estructura.

 

 

3.  CRITERIOS DE DISEÑO Los efectos del viento sobre una estructura en cuanto a su dinámica dependen de:  



La densidad, velocidad del aire y variación de altura

  Magnitud de las ráfagas



  Rugosidad de la superficie



  Altura de la estructura



  Dirección y velocidad del viento



  La topografía del sector



Y sobre las combinaciones de cargas que actúan:   Sus fundaciones



  Forma y rigidez de la estructura



  Destino o función de la estructura



  Áreas más expuestas a las ráfagas de viento.



Los efectos del viento también deben ser analizados en relación con las fuerzas que se inducen sobre el sistema principal de la estructura, así como también los efectos locales en elementos estructurales aislados y en elementos no estructurales, tanto en interior como exterior de la construcción. 4.  CÁLUCLOS Y FÓRMULAS  FÓRMULAS  El viento es una carga dinámica (varia con el tiempo) con una determinada dirección e intensidad, o sea una masa de aire en movimiento que al chocar con el obstáculo (estructura) tiende a volcarlo a correrlo. La presión dinámica producida por el viento es máxima en el centro de la fachada por simetría, este se llama punto de obstrucción y va disminuyendo en los bordes. Para el cálculo se considera el viento en dirección horizontal y aplicado en el plano medio de la fachada (imagen 3).

 

 

Imagen 3. El conjunto se comporta como una ménsula empotrada en el suelo, el viento, al encontrarse con la construcción produce un momento volcador, que aumenta con la velocidad y la superficie expuesta (a mayor velocidad de viento y más superficie, mayor momento volcador), por lo tanto, el edificio es una ménsula que está sometida a flexión.

Imagen 4.

La primera verificación es asegurarse de la posibilidad de materializar el empotramiento de esa mensula en el suelo, esto es en fundaciones y suelos aptos.

 

 

MOMENTO VOLCADOR   (Mv): (Mv): está dado por la carga de viento W multiplicada por la distancia

h entre su punto de aplicación y el plano de fundaciones ó, la suma de los momentos producidos por las cargas de viento concentradas, aplicadas en cada nivel, con respecto al plano fundacional.

Donde: Wi: Acción del viento en cada nivel. Hi: Distancia desde el nivel considerado al plano de fundaciones

Imagen 5. MOMENTO ESTABILIZADOR (Me):  El

momento debe ser equilibrado por un momento

estabilizador que es el peso propio del edificio “Pp” por la distancia entre su recta de acción y el  punto de giro a.

Donde: Me: momento estabilizador G: peso propio de la estructura d: distancia desde la recta de acción G al centro de volcamiento A

 

 

Imagen 6. Debe cumplirse que el Me sea una vez y media mayor o igual que el Mv. Esto permite, además de asegurarnos que la construcción no entre en colapso, determinar con qué grado de seguridad se trabaja. Para esta verificación se toma el edificio descargado, es decir teniendo en cuenta solo las cargas permanentes. También se debe verificar:   La esbeltez:



Imagen 7.

  Rigidez:



Imagen 8.

 

 

5.   NORMAS CHILENAS Y EXTRANJERAS Unas de las normas extranjeras que se refieren al cálculo de construcciones son:    Norma Mexicana NTC-Viento



   Norma Colombiana NSR-98



Mientras que la norma chilena es la NCH 432 of 2010, esta establece 3 tipos de procedimientos para el cálculo de construcciones con cargas de viento, estas son: 5.1. Método Simple: Para la construcción de edificios de baja altura se deben cumplir con un sistema principal resistente a las fuerzas del viento, los cuales se nombran en la NCH 432. Los edificios que sean construidos a través de este método deben cumplir con lo estipulado en los puntos 6.1.1 o 6.1.2 de la misma norma, en caso de que solo se cumpla con el punto 6.2.1. la construcción debe ser realizada con el método 2 o 3 nombrados en la misma. Procedimientos de cálculo: Velocidad básica del viento: se debe seguir lo indicado en el punto 7.4 de la NCH 432, para realizar este estudio se tiene que asumir que el viento siempre está en dirección horizontal. Factor de importancia: para determinar este proceso se debe indicar el tipo de construcción que se va a realizar utilizando la siguiente tabla.

Tabla 1. Factor de importancia de la estructura Categoría de exposición se determina según lo estipulado en el punto 7.6, en el cual se debe indicar el tipo de rugosidad, dirección y sector del viento, categoría de exposición, tipo de edificio a construir (edificios de baja altura), la exposición a los revestimientos y elementos secundarios y su coeficiente de exposición en la distribución de las velocidades del viento. Dentro de los cálculos que establece la norma, están las medidas de presión que ejerce el viento sobre las estructuras, especificadas en el punto 6.2.1 para el sistema principal resistente a las

 

 

fuerzas de viento y en el punto 6.2.2 las presiones para los elementos secundarios y revestimientos. 5.2. Procedimiento analítico

Requisitos para el uso del método analítico:   El edificio o estructura es de forma regular

 

  El edificio o estructura no tiene características de respuesta que den lugar a cargas

transversales de viento, generación de vórtices, inestabilidad debida a golpeteo o aleteo y que, por su ubicación, tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o sacudimiento por la estela producida por las obstrucciones a barlovento.

Procedimiento de diseño 5.2.1Hallar Velocidad básica del viento y factor de dirección.  dirección.   La velocidad básica que se considera para el cálculo de la presión básica debe ser estimada a partir de información climática regional, la cual no debe ser menor que la velocidad del viento asociada a la probabilidad anual de 0,02 (media de un intervalo de 50 años).

Tabla 2. Velocidad básica del viento.

Tabla 3. Zonificación por paralelos.

 

 

5.2.2  Hallar factor de importancia

Tabla 3. Factor de importancia de la estructura.   Grupo IV: (Edificaciones indispensables) Hospitales, Aeropuertos, refugios, hangares,



torres de control, centrales de operación y control de líneas vitales (Electricidad, agua, teléfono)   Grupo III: (Edificaciones de servicio a la comunidad) Cuarteles de bomberos, policía, guarderías, escuelas, universidades, garajes de vehículos de emergencia



 



Grupo II: almacenes (Estructurasy de ocupación especial) quem², alberguen de 200  personas, centros comercial comerciales es de Recintos más de 500 edificiosmás gubernamentales   Grupo I: (Estructuras de ocupación normal) Todas las estructuras cubiertas por el alcance de este reglamento, pero con no han sido incluidas en las anteriores categorías



5.2.3  Determinar para cada dirección las categorías y coeficientes de exposición Categorías de exposición Exposición B: Esta se aplica cuando la rugosidad B prevalece por una distancia de al menos 800 m o 20 veces la altura del edificio, la que sea mayor Exposición C: Aplica cuando no aplican las categorías B y D Exposición D: Esta se aplica cuando la rugosidad D prevalece por más de 1500m o 20 veces la altura del edificio en la dirección de barlovento.

 

 

5.2.4  Encontrar factor topográfico

Tabla 4. Efectos topográficos en escarpes, cimas o colinas.   H: Altura de la colina o el escarpe, referida al terreno en barlovento   Lh: Distancia hacia barlovento medida desde la cresta hasta que la diferencia de elevación





del terreno es H/2 La colina o escarpe debe cumplir todas las siguientes condiciones:   La colina o escarpe está aislada y sin obstrucciones en barlovento por otros accidentes



topográficos de altura similar, separadas más de 100 veces su altura ó 3 Km, lo que sea menor.

  La colina o escarpe sobresale por encima de cualquier accidente topográfico del terreno a



 barlovento por un factor de 2 o más dentro den tro de un radio de 3 Km.

  La estructura está localizada en la mitad superior de la colina o cerca a la cresta del escarpe



  H/Lh ≥ 0.2 



 

H es mayor o igual a 4.5 m para la exposición C y D y 18 metros para la exposición B

 

Si no, Kzt = 1





 

 

Tabla 5. Factores topográficos para exposición C, K. 1.  Determinación del factor topográfico Kzt para otras exposiciones

5.2.5  Hallar el factor de ráfaga, según aplique   Para estructuras rígidas el factor de ráfaga es 0.85 que se calcula atreves de la siguiente formula:



 

 

  Para estructuras flexibles o dinámicamente sensibles es:



5.2.6  Clasificar el cerramiento 1.- Edificio abierto: Estos edificios cuentan con aberturas de al menos el 80% del área de cada una de las paredes que conforman el cerramiento del edificio; Ao≥0.8Ag 2.- Edificio parcialmente cerrado: Son los edificios que cumplen las siguientes condiciones.   El área total de aberturas en una pared excede por más del 10% a la suma de las áreas de

o

aberturas en el área restante del revestimiento del edificio s oporta cargas positivas excede 00.37 .37 m² ó 1% del o  El área total de aberturas en una pared que soporta área de esa pared (la que sea menor) y el porcentaje de aberturas en el área restante del revestimiento del edificio no excede el 20% 3.- Edificio Cerrado: Son aquellos que no cumplen con las condiciones de edificios abiertos abiertos y  parcialmente cerrados 5.2.7  Determinar el coeficiente de presión interna

Tabla 6. Clasificación del cerramiento  Notas: •Los signos positivos y negativos significan presiones y succiones   •Los valores GCpi deben ser utilizados con qz y qh •Se deberán considerar los casos de carga con

succión y presión

 

 

5.2.8  Determinar el coeficiente de presión externo

5.2.9  Determinar la carga de viento de diseño

 

 

6.  PRINCIPALES FALLAS PRODUCIDAS POR EL VIENTO Por efecto de las corrientes de viento se pueden apreciar diferentes tipos de fallas en las estructuras, nuestra región no es una zona con constantes flujo de viento, pero han existido casos que afectan a las construcciones por este efecto ambiental. Las fallas más típicas son:   Desprendimiento de revestimiento de cielos: esta causa es una de las más comunes,



normalmente sucede por mala mano de obra en la instalación de los cielos.

Imagen 9.   Pandeo en estructuras metálicas: causadas por el empuje del viento a barlovento.



Imagen 10.

 

 

  Levantamiento de fundaciones por empuje horizontal



Imagen 11. 7.  UN TIPO DE SOLUCION CONTRA LAS CARGAS DE VIENTO. 7.1.Amortiguadores de masa

Este tipo de mecanismo se nombra de tipo simple, consiste en un rodillo ubicado en la parte superior de los edificios de gran altura que están construidos en zonas de corrientes ventosas de gran intensidad. Este rodillo o péndulo se sitúa sobre una plataforma deslizable la cual es controlada con una computadora. La función de este método es contrarrestar las oscilaciones de los edificios de altura, una vez que las corrientes de viento golpeen la estructura, este péndulo o rodillo de material pesado se mueve en dirección contraria a la dirección del golpe del viento, logrando asi, contrarrestar el movimiento oscilante de la estructura. En la actualidad existen un par de estructuras que usan este método de reducción de movimientos de viento, uno de ellos es la Torre Citycorp en Nueva York. Al momento de construir esta torre se logró observar que oscilaba bastante por las corrientes de viento en la ciudad, para evitar esto se le instalo un volumen de hormigón con un sistema de rodillos que se controla control a con un software, ubicado debajo de su colector solar.

 

 

Imagen 12. Torre CityCorp

Imagen 13.

 

 

8.  CONCLUSION El crecimiento de la construcción de las distintas áreas, obligan día a día a desarrollar e implementar tecnologías nuevas para disminuir los peligros que pueden generar agentes externos a una estructura, es por esto que son de gran importancia detectar y calcular las cargas generadas por el ambiente externo a las edificaciones. Todos los días se nos presentan nuevas oportunidades de mejorar las resistencias de nuestras estructuras, existen normativas nacionales e internacionales que constantemente se están actualizando, con profesionales a cargo capacitados en el área. Los cambios climáticos que se están muestran con el pasar de los años, afectan directamente a las construcciones existentes, es por esto que se debe cambiar el método de construcción, para que las estructuras estén preparas para afrontar estos ataques climáticos (en este caso el viento). Para nuestro país se muestra la ya nombrada NCH 432, siguiendo lo estipulado en ella, no deberían existir mayores complicaciones para realizar una obra que en condiciones de viento agreda de manera considerable la estructura, también se muestra un sistema para edificios de gran altura que ha cumplido las expectativas esperadas.

 

 

9.  BIBLIOGRAFÍA http://cgservicios.df.gob.mx/prontuario/vigente/741.pdf   https://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/accion_viento/Viento.pdf   https://es.slideshare.net/profejaramillo/efectos-del-viento-en-las-estructuras   https://es.slideshare.net/profejaramillo/efectos-del-viento-en-las-estructuras