Cargas de Viento

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION La carga de viento es una carga muy importante en el diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentes colgantes, o de gran superficie lateral, como las bodegas o grandes cubiertas. Las cargas de viento y explosiones producen presión o succión sobre las superficies expuestas de las construccion construcciones. es. Los factores que influyen en la magnitud de esta carga son: la velocidad del viento y su variación con la altura, la magnitud de las ráfagas, las condiciones locales de la superficie del terreno circunvecino, circunvecino, la forma de la superficie expuesta al viento, la zona o región.

1. GENERALID GENERALIDADES ADES La estr estruc uctu tura ra,, los los elem elemen ento toss de cier cierre re y los los comp compon onen ente tess exte exteri rior ores es de toda todass las las edificaciones expuestas a la acción del viento, serán diseñados para resistir las cargas (presiones y succiones exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que !ste act"a en dos direcciones #orizontales perpendiculares entre s$. %n la estructura la ocurrencia de presiones y succiones exteriores serán consideradas simultáneamente.

2. CLASIFICACION DE LAS EDIFICACIONES &e acuerdo al 'rt$culo ).) del *eglamento +acional de %dificaciones, las edificaciones se clasifican en: TIPO 1. %dificaciones 1. %dificaciones poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento, tales como edificios de poca altura o esbeltez y edificaciones edificaciones cerradas con cobertura capaz de soportar las cargas sin variar su geometr$a. ara este tipo de edificaciones, se aplicará lo dispuesto en -..- y -../. TIPO 2. %dificaciones 2. %dificaciones cuya esbeltez las #ace sensibles a las ráfagas, tales como tanques 6 elevados y anuncios y en general estructuras con una dimensión corta en el sentido del viento. ara este tipo de edificaciones la carga exterior especificada en -../ se multiplicará por ,).

DISEÑO EN ACERO Y MADERA | MADERA | Cargas debidas a Vie!"#


TIPO 3. %dificaciones que representan problemas aerodinámicos especiales tales como domos, arcos, antenas, c#imeneas esbeltas y cubiertas colgantes. ara este tipo de edificaciones las presiones de diseño se determinarán a partir de procedimientos de análisis reconocidos en ingenier$a, pero no serán menores que las especificadas para el 0ipo .

3. VELOCIDAD DE DISEÑO La velocidad de diseño del viento #asta 1 m de altura será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación (2er 'nexo pero no menos de 3 4m5#. La velocidad de diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión. 0.22

V h=V ( h / 10 )

&ónde: 2# 2 #

: velocidad de diseño en la altura # en 4m5# : velocidad de diseño #asta 1 m de altura en 4m5# : altura sobre el terreno en metros

4. CARGA EXTERIOR DEL VIENTO La carga exterior (presión o succión e6ercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se act"a. 7e calculará mediante la expresión: P h=0.005 C V h

2

dónde: #: presión o succión del viento a una altura # en 4gf5m) 8 : factor de forma adimensional indicado en la 0abla -../ (*+% 2#: velocidad de diseño a la altura #, en 4m5# definida en -.

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Efectos del !e"to so#$e %" ed!&c!o #'(o co" tec)o !"cl!"'do. a$ %&'# de aire e! e edi()i#* b$ e +ie!"# e'er)e ,resi-! s#bre a ,ared de bar#+e!"#. s&))i-! s#bre a de s#"a+e!"# / s&))i-! / e+a!"a0ie!"# s#bre e "e)1# de ,#)a ,e!die!"e* )$ )&a!d# e "e)1# es 0&/ i!)i!ad#. a)"2a &!a ,resi-! s#bre e ad# de bar#+e!"# / &!a s&))i-! s#bre e s#"a+e!"#* d$dis"rib&)i-! de ,resi#!es s#bre ,aredes / e "e)1#. s&,&es"a ,ara e

DISEÑO EN ACERO Y MADERA | Cargas debidas a Vie!"#


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TA*LA 3.+.4 FACTORES DE FOR,A -C/ CONSTRUCCI0N *ARL SOT OVE AVE NTO NTO S&,er()ies +er"i)aes de 45. 75.6 edi()i#s A!&!)i#s. 0&r#s aisad#s. ee0e!"#s )#! 48.9 &!a di0e!si-! )#r"a e! e se!"id# de +ie!"# Ta!:&es de ag&a. )1i0e!eas / #"r#s de 45.< se))i-! )ir)&ar # e;,"i)a Ta!:&es de ag&a. )1i0e!eas. / #"r#s de 4=.5 se))i-! )&adrada # re)"a!g&ar Ar)#s / )&bier"as )i;!dri)as )#! &! >!g&# B5. 75.9 de i!)i!a)i-! :&e !# e?)eda @9 S&,er()ies 45. i!)i!adas a 89 # 75.6 75.< 0e!#s S&,er()ies 45.< i!)i!adas e!"re 89 75.6 75. / 65 S&,er()ies i!)i!adas e!"re 65 45. 75.6 / a +er"i)a S&,er()ies +er"i)aes i!)i!adas,a!as 75.< 75.< )&r+as$ ,araeas a a dire))i-! de +ie!"#  E sig!# ,#si"i+# i!di)a ,resi-! / e !ega"i+# s&))i-!



. CARGA INTERIOR DE VIENTO ara el diseño de los elementos de cierre, incluyendo sus fi6aciones y ancla6es, que limitan en cualquier dirección el nivel que se analiza, tales como paneles de vidrio, coberturas, alf!izares y elementos de cerramiento, se adicionará a las cargas exteriores calculadas seg"n -../, las cargas interiores (presiones y succiones calculadas con los factores de forma para presión interior de la 0abla -..3 Tabla 3.7.5 FACTORES DE FOR,A ARA DETER,INAR CARGAS ADICIONALES EN ELE,ENTOS DE CIERRE -C

A*ERTURAS U!i#r0e e! ad#s a bar#+e!"# / s#"a+e!"# B5.

Pri!)i,aes e! ad# a bar#+e!"# 45.

Pri!)i,aes e! ad# a s#"a+e!"# # e! #s )#s"ad#s 75.6

. ANLISIS DE CARGAS DE*IDAS AL VIENTO La evaluación de estos efectos se determina como la presión dinámica que e6erce el viento tratado como un fluido la cual es convertida a una presión estática equivalente mediante una serie de consideraciones. 7uponiendo que el aire es un fluido no viscoso e incompresible (válido para las velocidades de viento para las cuales se diseñan las estructuras, la presión se puede evaluar con la ecuación de 9ernoulli: Presión Dinámica q = ½∙ρ∙V2 (ern!"lli# resión dinámica a resión estática equivalente q  presión dinámica ;densidad del aire .)3<5m 2  velocidad básica del viento (m5s q  1.3x.)3x2)  1.=)3v )

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Vel!ci$a$ básica $el %ien&!' &epende del per$odo que se considere para su evaluación: H 2elocidad máxima mensual H 2elocidad máxima anual



H 2elocidad máxima promedio H 2elocidad máxima esperada en x años con una probabilidad  de ser excedida H 2elocidad de ráfaga con una duración t y una probabilidad p de ser excedida +7*H>?: velocidad de ráfaga de - segundos de duración y probabilidad de ser excedida una vez en 31 años '78% H13: velocidad @fastest mileA definida como la velocidad promedio de un viento con un frente de onda de  milla de longitud. ara obtener velocidades de viento equivalentes con diferentes per$odos promedio &urst (>=1, como resultado de varias investigaciones, propuso el gráfico mostrado a continuación que relaciona el cociente entre la velocidad de viento probable para un tiempo t 2t con la velocidad esperada en una #ora 2#

G$5&co de D%$st -167 8Co"e$s!9" de eloc!d'd :$o;ed!o V"  +e#)idad 0>?i0a ,r#babe e! &! "ie0,# " V1  +e#)idad 0>?i0a ,r#babe e! &!a 1#ra

Vel!ci$a$ $el %ien&! $e $ise!' &epende de m"ltiples factores: H *ugosidad del terreno H La altura a la cual se mida H Las caracter$sticas topográficas del lugar H La localización geográfica del lugar (mapa de amenaza eólica eólica La velocidad del viento de diseño se #alla partiendo de la velocidad básica del viento afectada por una serie de factores que tienen en cuenta factores como: topograf$a del lugar, rugosidad del terreno, tamaño de la edificación, su altura sobre el terreno, su importancia y ráfagas.

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La evaluación de las presiones e6ercidas por el viento debe tener en cuenta factores adicionales: H 0urbulencias H resencia de obstáculos H atrón de flu6o alrededor de la edificación H La dirección del viento H Las dimensiones de la edificación: largo, anc#o y altura H Las relaciones entre sus dimensiones . B970*C88DE+ ). B970*C88DB+ D+8LD+'&'

F

7C%*GD8D%

 B970*C88DB+ F 7C%*GD8D% &% H'IB* D+8LD+'8DE+

CARGA DE VIENTO< NSR=6> *%G%*%+8D': +7* H>? J8'D0CLB 9.= %l efecto del viento se debe tener en cuenta en el diseño como una carga estática cuyo valor se establecerá de acuerdo con los procedimientos definidos en la metodolog$a 6 correspondiente. H!todos: J'nálisis simple J'nálisis completo


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL P)O*+DI,I+-TO -/0II I,P0+ resión producida por el viento:

p=C p∗q∗S 4

&ónde: 8p coeficiente de presión J0ablas 9=/ H) y 9=/H-

q 2alores obtenidos en funciónde la velocidad básica del viento (Hapa de amenaza eól ica y la altura de la edificación (resión dinámica del viento 0ablas 9.=./K

7/ coeficiente de densidad del aire J0abla 9==

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL P)O*+DI,I+-TO -/0II *O,P0+TO '7B : &eterminar velocidad del viento básico (2 (Hapa de amenaza eólic a '7B ): &eterminar

V S =V ∗S1∗S 2∗S3

&onde V S =velocidad del viento S 1=coeficiente de topografía

S 2=coeficiente derugocidad del terreno ,tamaño del eficio y alturasobre el terreno

S 3= coeficientequetieneen cuentael gradode seguridad y de vidautil delaestructura

C#!s"r&))i#!es "e0,#raes. es"r&)"&ras agr;)#as / de 0a!"e!i0ie!"#

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'7B -: &eterminar la presión dinámica del viento



S 4 =coeficiente de densidaddel aire

'7B /: resión e6ercida por el viento (p

p=C p∗q

&ónde: q = presión dinamicadel viento ( PASO 3 ) C p =coeficiente de presión C p=C pe∗C pi C pe =coeficiente de presión e!terna C pi = coeficientede presióninterna

Si0,i()a)i-! ,ara )&bier"as &sar C, K Tabas 6
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6 SOLUCI0N



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Fi!a0e!"e

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?E*GRAFIA< 1"",si"esieee#rg,a!a0a(es=5859Ca,i"&#77Cargas7de7Vie!"#,d 1"",ea))#0)#(esCargas=5de=5+ie!"#=57=5Giber"# =5Areia,d 1"",)gser+i)i#sdg#b0?,r#!"&ari#+ige!"e<@81"0 1"",1"0ri!)#!de+ag#)#0a))i#!es7e!7a7edi()a)i#!1"0 1"",re,#si"#ri#es,eed&e)bi"s"rea0=8555=8T7=5ESPE7=5559=9,d

ANEXO< ,AA EOLICO DEL ER@ 6



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Cargas de Viento

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