trabajo de acero y madera

UNIVERSIDAD PRIVADA “JOSE CARLOS MARIATEGUI”

CARGAS DE VIENTO

1.-Definición:

Área efectiva de viento para estructuras metálicas: área usada para determinar GCp. Para componentes y fachadas.

2.-Clasificación de Edificios y Otras Estructuras para Cargas de Viento

Los edificios y otras estructuras se clasifican de Acuerdo a su tendencia de albergue, de acuerdo a las categorías varían del I al IV, en donde la categoría I representa edificios y otras estructuras que poseen un bajo peligro para las vidas humanas en el caso de una eventual falla, mientras que la categoría IV presenta estructuras esenciales que requieren un mayor factor de seguridad.

2.1.- Características de ocupación categoríaEdificios y otras estructuras que representan un bajo peligro para la vida humana en el viento de falla incluyendo, pero sin limitarse a: Instalaciones agrícolas Ciertas instalaciones temporales Instalaciones de almacenajes menores

I) Todos los edificios y otras estructuras no contempladas en las Categorías I, III, y IVI Edificios y otras estructuras que representan un peligro considerable para la vida humanaEn el evento de falla incluyendo, pero sin limitarse a: Edificios y otras estructuras donde se reúnen más de 300 personas en un área Edificios y otras estructuras con escuelas primarias, secundarias, o guarderías con Capacidad para 150 personas o más Edificios y otras estructuras para centros de educación superior con capacidad Para 500 personas o más Hospitales con capacidad para 50 pacientes residentes o más pero sin instalaciones Quirúrgicas ni de urgencia Cárceles e instalaciones penitenciarias Plantas generadoras de energía y otras instalaciones públicas no incluidas

en la Categoría IV II)Edificios y otras estructuras que contengan suficientes cantidades de substancias tóxicas, Explosivas, o similares que sean peligrosas para el ser humano en caso de ser Expuestas al medio ambiente debido a una falla incluyendo, pero sin limitarse a: Instalaciones petroquímicas Instalaciones de almacenamiento de combustible Instalaciones para la manufactura o almacenaje de químicos peligrosos Instalaciones para la manufactura o almacenaje de explosivos

DISEÑO EN METAL Y MADERA Página 1


III) Edificios y otras estructuras consideradas como instalaciones esenciales incluyendo, Pero sin limitarse:

Hospitales con instalaciones quirúrgicas y de urgencia Estaciones de policía, bomberos, y rescate y estacionamientos para

vehículos de emergencia Centros de comunicación y otras instalaciones necesarias para asistir a la

comunidad en casos de Emergencia IV) torres de comunicación, tanques de almacenaje de combustible, torres de enfriamiento, Subestaciones eléctricas

Torres de control aéreo, hangares de aviones de emergencia Edificios y otras estructuras críticas para la defensa nacional

Carga de diseño, F: carga estática equivalente usada para determinar cargas de viento en edificios Abiertos y otras estructuras Generalmente. Para cada dirección de viento considerada, una categoría de exposición que refleja adecuadamente las características de las irregularidades del terreno se determinará para el sitio en Donde se vaya a construir el edificio o estructura.

Para sitios ubicados en zonas de transición entre Categorías, se utilizará la categoría que resulte con las cargas de viento mayores. Se tomarán en Cuenta irregularidades del terreno a causa de la topografía del sitio y de construcciones en el área. Para cualquier dirección de viento, la exposición donde se construirá el edificio o estructura se tomará

3.-Flujo típico del viento alrededor de edificios

Una situación de flujo típico se ilustra en la Figura 1.4 donde el viento está soplando sobre una cara del edificio con techo a dos aguas.

Los flujos son lentos o desacelerados a medida que se acercan al edificio, produciéndose una presión positiva en la cara de barlovento. Creada la obstrucción, por causa del edificio, este flujo se vuelca alrededor de las esquinas y del techo. El flujo separado (llega a ser separado de la superficie del edificio) en estos puntos y la baja presión, por debajo de la presión atmosférica, origina una presión negativa o succión en los muros extremos y en cierta porción de los techos. Una gran zona de baja presión de flujo retardado es creada a sotavento del edificio, la cual produce una succión en el muro de sotavento y a sotavento del techo.

Sotavento y barlovento

Sotavento y barlovento son términos de la marinería que aluden a los lugares desde donde sopla el viento y se proyecta sobre las embarcaciones, aunque en la cacería, la climatología, la geomorfología, la ventilación en incendios y, en general, en geografía física y otras industrias humanas se usa esta



terminología, también con el mismo sentido: de dónde sopla el viento y hacia dónde se dirige.



Las presiones en esta zona no son estables ni uniformes, sin embargo se ha establecido que los flujos no se alteran apreciablemente con un cambio en la velocidad del viento

Velocidad del Viento:Se deben considerar diversos aspectos en la selección de una velocidad de Viento, sobre la cual se basan las cargas de diseño para edificios u otras Estructuras. En ellos se incluyen la climatología del área geográfica, la Rugosidad del terreno en general, el aspecto de la topografía local, la altura

Cargas de diseño por Viento:

La ocurrencia de presiones o succiones p debidas al viento en superficies verticales horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma. Dicha sobrecarga p.Sobre la unidad de superficie es un múltiplo de la presión dinámica q y se expresa así: esta seria ecuación 1.1

DondeCp = coeficiente de presión

Cr = es un coeficiente de ráfaga (ambos son números abstractos)(

En donde v está en kilómetros por hora. La velocidad básica del viento se obtendrá de los Mapas Eólicos. En ningún caso se tomarán presiones dinámicas menores de

4.- Procedimiento Analítico.

Alcance. El procedimiento descrito en esta sección podrá utilizarse para edificios u otras estructuras que cumplan los siguientes requisitos:1. El edificio u otra estructura tiene forma regular2. El edificio u otra estructura no tiene características de respuesta que los

haga propensos a fenómenos aeroelásticos como cargas cruzadas de viento, desprendimientos de vórtices, inestabilidad a causa de ondulaciones; o su



ubicación no los hace vulnerables a otros tipos de fenómenos que requieran especial atención.

Las presiones pueden ser positivas (presión) o negativas ( succión), determinadas por un coeficiente Cp, positivo o negativo y serán consideradas como diferenciales con relación a la presión atmosférica normal. Ver Tablas correspondientes. "

Presiones interiores: Cuando el porcentaje de abertura "n" de alguna de las paredes de la construcción sea mayor de 30% de la parte de área expuesta que corresponde a dicha planta, en adición a las presiones o succiones exteriores se deberán considerar presiones o succiones calculadas según la Ecuación (1.1) con valores Cpi siguientes:

Si la abertura se encuentra al lado de barlovento Cpi = 0.8 Si la abertura se encuentra al lado de sotavento Cpi = -0.5

Para valores de "n" menores de 30%, se considerarán para el cálculo de las presiones internas los valores de Cpi más desfavorables entre los especificados a continuación: Si la abertura se encuentra al lado de barlovento Cpi = 0.8n/30 ± (1-

n/30) Si la abertura se encuentra al lado de sotavento Cpi = -0.5n/30 ± (1-

n/30) Si la construcción no tiene aberturas, se tomará Cpi = ± 0.3

5.-Coeficientes de Ráfaga: Para estructuras cuya esbeltez o dimensiones horizontales reducidas las hacen sensibles a las ráfagas de corta duración y cuyos períodos largos favorecen a la



ocurrencia de oscilaciones importantes como por ejemplo, edificios de relación de aspecto de 5 a 1 y con períodoFundamental de más de 2 segundos o con altura de más de 60 m, se recomienda usar un Coeficiente de Ráfaga Cr = 1.7

LimitacionesLas disposiciones toman en cuenta el efecto de magnificación de carga causado por ráfagas en resonancia con vibraciones en la dirección del viento de edificios u otras estructuras Flexibles. Edificios u otras estructuras que no cumplan con los requisitos de que no Tengan formas geométricas o características de respuesta inusuales deberán diseñarse usando publicaciones que contemplen dichos efectos de carga o túneles de viento. Protección al viento. No habrá reducciones en presiones de velocidad debido a protección al viento en edificios u otras estructuras o características del terreno.

Procedimiento de diseño .1. La velocidad básica de viento V y el factor de dirección de viento Kd se determinarán en conformidad.2. El factor de importancia se determinará 3. La categoría de exposición y el coeficiente de presión de velocidad Kz o Kh, según sea el caso Se determinarán en conformidad

a) Edificios, abiertos

Edificios que tienen cada pared al menos 80% abiertos. Esta condición para cada pared es dada por la ecuación Ao = 0.8Ag, donde:

Ao = área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva, en m2

Ag = área bruta de la pared, en m2 Edificios, cerrados: edificios que no cumplen con las especificaciones de los

edificios abiertos o parcialmente cerrados.

b) Edificios, parcialmente cerrados

Edificios que cumplen con:

1. El área total de las aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma De las áreas de las aberturas de las paredes y techo del edificio en más de 10%,

2. El área total de las aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede 0.37 m2 ó 1% del área de esa pared, el valor que sea menor, y el porcentaje de aberturas de las paredes y Techo del edificio no excede 20%Estas condiciones están dadas por las siguientes ecuaciones:

Ao > 1.1Ag Ao > 0.37 m2 ó 0.01Ag, el menor de los dos valores, y Aoi/Agi 0.20, donde:



Estas condiciones están dadas por las siguientes ecuaciones:

Ao > 1.1Ag Ao > 0.37 m2 ó 0.01Ag, el menor de los dos valores, y Aoi/Agi 0.20, donde: Ao, Ag son las áreas definidas para edificios abiertos Aoi = la suma de las áreas de aberturas en paredes y techo sin incluir Ao, en m2 Agi = la suma de las áreas brutas en paredes y techo sin incluir Ag, en m2 Cargas de diseño por Viento:



Ejemplo de aplicación.Continuando con el pórtico se van a calcular la carga de viento



La estructura estará ubicada en Ciudad Real, capital manchega situada en la meseta sur a 640 m de altitud. El material de cubierta que se emplea es chapa galvanizada, con un peso de 10 kg/m2, y como correas, perfiles Z conformados en frío, de canto 180 mm y 2 mm de espesor, separadas cada 2 m.Como se avanzó en el epígrafe (3.8), el redimensionamiento se ha realizado con los perfiles siguientes:

Solución Obtención de las cargas.

· Peso propioCorreas 2.479 kg/m2Cubierta 10 kg/m212.479 kg/m +12.479 · 5 = 62.395 kg/m

Dintel 77.6 kg/m seria 139.995 kg/m



Con una carácter conservador, y para manejar cargas aplicadas directamente sobre los nudos, se suponen aplicadas en los nudos 2 y 4 unas cargas puntuales de 515 kg, que representan el peso de cada soporte (103 · 5 kg).

· Viento

Ciudad Real se encuentra en la zona eólica X. Si se considera que desde el punto deVista de la exposición de la estructura al viento, la exposición es normal, si se determinaQue la estructura dispondrá de un porcentaje de huecos inferior al 33% y recordando lasCaracterísticas geométricas del pórtico (altura de pilares 5 m, altura de clave 6.25 m yÁngulo de inclinación de cubierta a = arc tg0.10= 5.71º), en la NTE ECV-76 se obtienenLos valores de presión (o succión) del viento en las distintas partes de la estructura. Así:

Como se muestra en la figura 26, es necesario interpolar entre los valores que aparecen en la Norma. De este modo, las cargas de viento perpendiculares a las dos vertientes de la cubierta, son:



El signo (-) indica que las cargas son de succión. Estos valores, al tener en cuentala separación de 5 m entre pórticos, se transforman en:

De igual modo, la Norma nos proporciona los valores de presión y succión del viento a barlovento y sotavento de la edificación. También será necesario realizar la interpolación que se muestra en la figura 27.

Al igual que se ha operado con las cargas de viento que actúan sobre la cubierta, altener en cuenta la separación de 5 m entre pórticos, estos valores se transforman en:


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