Carga de viento: todo lo que necesitas saber

¿Qué es la carga de viento?

Los esfuerzos o tensiones que el viento transmite a un componente o estructura se denominan cargas de viento en este contexto. Esencialmente, hay tres tipos diferentes de cargas de viento que pueden aplicarse a una construcción: El levantamiento, cortante y la carga lateral del viento. Incluso los diseños de edificios estándar deben tener en cuenta las cargas de viento. Especialmente, si están situados en algunas zonas con fuerzas de viento significativas, como las zonas costeras. Cuando se diseñan estructuras para evitar eficazmente estos efectos, se utiliza el análisis del viento para evaluar los efectos dinámicos del viento en la estructura.

La carga de viento es el efecto del viento sobre edificios, estructuras y otros objetos. Está provocada por la presión del viento, la rapidez del aire y la velocidad del viento. La presión del viento es la fuerza total aplicada sobre una estructura por el viento. Si se trata de una superficie plana, incluye dos elementos principales: el primero es el peso energético aplicado en el lado de barlovento de la superficie, denominado carga del viento.

La fuerza de la carga del viento depende de la magnitud de la velocidad del viento. Las cargas de viento se miden en libras por pie cuadrado (psf) y libras por pulgada cuadrada (psi).

Para evitar el colapso de la estructura, el diseño estructural del edificio debe absorber de forma segura y eficiente las fuerzas del viento y transmitirlas a los cimientos.

¿Cómo afecta la carga de viento a un edificio?

El tamaño y la forma de la estructura determinan cómo le afectará el viento. Para el diseño y la construcción de edificios más seguros y resistentes al viento, así como para la colocación de elementos tales como antenas en la parte superior de los edificios, es necesario calcular la carga del viento.

Las fuerzas más intensas se aplican a una estructura durante condiciones meteorológicas extremas, como huracanes, tornados y tormentas eléctricas con vientos en línea recta. Estas condiciones también aumentan el riesgo de implosionar debido a los niveles de presión que fluctúan considerablemente. El edificio puede verse afectado incluso por ráfagas de viento “normales” debido a la topografía local y a los patrones meteorológicos típicos.

Además, en el caso de las estructuras altas, de gran envergadura y esbeltas, el análisis dinámico estructural es fundamental. Las ráfagas de viento provocan fuerzas fluctuantes en las estructuras y causan grandes movimientos dinámicos, incluida la vibración.

Los rascacielos y los edificios de gran altura son cada vez más complejos en cuanto a su diseño y tamaño. Esto aumenta el riesgo de los efectos del viento y de las fuerzas estructurales inducidas. Los ingenieros de arquitectura y diseño deben utilizar las investigaciones en ingeniería eólica para garantizar una construcción segura, sostenible y rentable. Estos estudios son ahora un estándar de la industria y se llevan a cabo para evaluar primero los efectos dinámicos del viento en las estructuras y luego optimizar los diseños con el objetivo de mitigar esos efectos.

La carga del viento, si no se calcula correctamente, puede causar más daños y provocar accidentes muy peligrosos.

La fuerza del viento puede causar diversos tipos de efectos en función de su dirección y fuerza. Por eso es importante que los arquitectos, constructores e ingenieros tengan en cuenta estos factores.

La carga del viento, si se calcula correctamente, en ocasiones puede influir en una modificación en el diseño para garantizar la seguridad. Muchos arquitectos y clientes sueñan con diseños, pero no son conscientes de los peligros que entrañan. Por eso los ingenieros deben tomarse muy en serio y con meticulosidad los cálculos de la carga del viento. Las presiones del viento que alcanzan niveles elevados pueden causar daños. Como derribar ventanas y puertas, romper tejados y destruir paredes. Las ventanas rotas, las puertas destrozadas y los techos derruidos pueden convertirse en un gran problema. Ya que queda expuesto el interior de la edificación a las inclemencias del tiempo.

Tipos de fuerzas de carga de viento

Los tres tipos principales de fuerzas de carga de viento son la carga de levantamiento, la carga de corte y la carga lateral. La principal diferencia entre estas cargas es la dirección en la que la carga de viento se impone sobre una estructura. Esto será explicado a continuación, con mayor profundidad. La carga de viento es una carga dinámica ya que es una carga viva, en cambio las cargas estáticas son cargas muertas. Las cargas dinámicas se definen como tales porque se sabe que realizan cambios de dirección, tamaño o fuerzas. Por el contrario, las cargas estáticas se denominan así porque no varían.

Carga de viento ascendente

La carga de viento ascendente puede describirse como la presión de las corrientes de viento que crea un fuerte efecto de elevación, similar al del ala de un avión. La corriente de viento bajo el tejado lo empuja hacia arriba. El flujo de viento sobre el tejado es ascendente. El levantamiento del viento se produce cuando la presión del aire bajo el tejado es mayor que la presión del aire sobre él. Esto puede agravarse cuando hay mucho viento, ya que la infiltración de aire en el edificio puede aumentar la presión por debajo del tejado, mientras que la velocidad del viento sobre la superficie del tejado puede reducir la presión del aire por encima de él, de forma muy parecida a como lo hace sobre el ala de un avión. Esto puede causar daños en el tejado si la diferencia de presión es demasiado grande.

Todos los tejados están sujetos a la elevación del viento, que varía según la ubicación, el terreno, la altura, el tamaño, la forma, la exposición, etc. Por ejemplo, esto puede provocar problemas en los techos, ya que, al soplar el viento sobre el tejado, la presión del aire justo por encima del mismo se reduce, esto se denomina presión negativa, el viento también crea fugas de aire que se escapan por las grietas o pequeñas aberturas, lo que forma una presión positiva. La presión negativa de arriba y la presión positiva de abajo combinadas forman una fuerza de empuje y tracción que arranca el material de la cubierta.

Carga de viento cortante

La carga de viento cortante expresa la cantidad de fuerza horizontal que puede soportar una estructura. Es la presión o fuerza horizontal que puede hacer que las paredes o los elementos estructurales verticales se inclinen o fallen, haciendo que un edificio se incline. Esta medida es crucial, ya que da cuenta de cuánta carga de viento puede soportar un edificio/estructura antes de que la estructura comience a inclinarse hacia cualquier lado. Lo que eventualmente puede llevar al colapso de un edificio/estructura si no se tiene en cuenta la carga de viento cortante.

Carga de viento lateral

La magnitud de la fuerza aplicada que una estructura puede soportar antes de ser forzada a salirse de sus cimientos se define como la carga de viento lateral. Esto puede hacer que una estructura se derrumbe o se caiga de su base, al provocar una tensión horizontal con un movimiento de empuje y arrastre. La geografía, los elementos del edificio, el tamaño y la forma de la estructura influyen en la gravedad de la mayoría de las cargas laterales del viento. Una estructura con una construcción edificada para soportar una importante carga de viento es la Torre Eiffel. Debido a su altura y a su infraestructura, todo esto era necesario en ese caso.

¿Cómo calcular la carga de viento?

Aunque se puede utilizar una fórmula sencilla para calcular las cargas de viento a partir de la velocidad del viento, los diseñadores, ingenieros y constructores de edificios deben incorporar muchos cálculos adicionales para garantizar que sus estructuras no se derrumben con un viento fuerte.

La carga del viento sobre una estructura depende de varios factores, como la velocidad del viento, el terreno circundante y el tamaño, la forma y la respuesta dinámica de la estructura. La teoría tradicional asume que las presiones horizontales de la carga del viento actúan normalmente sobre la cara de la estructura. Los cálculos para el viento en todas las direcciones se realizan para encontrar la condición de carga más crítica. La consideración de la succión de las fuerzas diferenciales de presión causadas por el viento también suele estimarse en el caso de los muros laterales y de sotavento. Por lo general, los códigos de construcción permiten calcular las cargas de viento o determinarlas mediante pruebas de modelos en un terreno equivalente al de la obra.

Determine la velocidad básica del viento para la ubicación de la estructura. Si no hay datos disponibles para el lugar, utilice los siguientes valores aproximados de la velocidad básica del viento en Estados Unidos:

Zonas costeras y montañosas 110 mph Norte y centro de EE. UU. 90 mph. Otras áreas de los EE. UU. 80 mph.

Seleccione la categoría del terreno para la estructura. Elija la categoría “A” para centros urbanos con otras estructuras cercanas de más de 70 pies. “B” para zonas boscosas o urbanas con estructuras de menos de 70 pies. “C” para zonas planas con obstáculos de menos de 30 pies de altura. Y por último “D” para zonas planas sin obstáculos.

Utilice lo siguiente para encontrar el coeficiente de exposición (K)

Utilizando la categoría del terreno. En la exposición “A” utilice 0.000307. En la exposición “B” utilice 0.000940. Para la exposición “C” utilice 0.002046. Para el grupo de exposición “D” utilice 0.003052.

Utilice el siguiente cálculo para estimar la presión del viento sobre una estructura: q = K x V2= coeficiente de exposición x velocidad básica del viento c velocidad básica del viento. Multiplique la presión del viento por 1,15 en el caso de estructuras importantes como escuelas, hospitales, edificios de gran ocupación, edificios de comunicaciones vitales o estructuras altas o esbeltas. A continuación, multiplique la presión del viento por 1,05 para los edificios sometidos a huracanes a lo largo del Golfo de México o de la costa atlántica. Por último, multiplique la presión del viento calculada por el área de la superficie, en pies cuadrados, de la estructura expuesta al viento en cada dirección específica. Utilice la mayor área de superficie expuesta al viento para la mayor carga de viento.

 

Esta sección que detalla cómo calcular la carga del viento está estrictamente citada en Cómo calcular la carga del viento.

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