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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL.

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

DETERMINACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS DE VIENTOS SOBRE EDIFICACIONES SEGÚN LA NORMA COVENIN.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

REALIZADO POR LOS BACHILLERES: ACOSTA CAMACHO, ANGEL GUILLERMO. C. I: 18.395.586. URIBE BRICEÑO, MAYLIN ALEXANDRA. C. I: 17.057.226. TUTOR ACADÉMICO: ING. XIOMARA OROZCO.

MARACAIBO, DICIEMBRE 2009.

DETERMINACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS DE VIENTOS SOBRE EDIFICACIONES SEGÚN LA NORMA COVENIN.

Acosta C. Angel C.I: 18.395.586 Teléfono: 0414-3614505 [email protected]

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DO A V R

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ES R S O

Uribe B. Maylin C.I: 17.057226 Teléfonos: 0424-6585811 [email protected]

___________________________ TUTOR ACADEMICO Ing. Xiomara Orozco

Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “DETERMINACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS DE VIENTOS SOBRE EDIFICACIONES SEGÚN LA NORMA COVENIN”. Presentado por: Acosta Camacho, Angel Guillermo, portadora de la C.l. V-18.395.586; y Uribe Briceño, Maylin Alexandra, portadora de la C.l. V-17.057.226, para optar al Título de Ingeniero Civil.

MARACAIBO, DICIEMBRE 2009

Ing. Xiomara Orozco

S

DO A V RIng. Civil Profesor de la FacultadE de S E RAcadémico Tutor S O H C E R DE C.I.:

Ing. Sevastian delgado

Ing. Jésus Medina C.I.:

Profesor de la Facultad de Ing. Civil Jurado

Ing. Nancy Urdaneta C.I.. Directora de la Facultad Ing. Civil.

Profesor de la Facultad de Ing. Civil Jurado

Ing. Oscar Urdaneta C.I. Decano de la Facultad de Ing. Civil.

DEDICATORIA

A Dios todo poderoso, a la Virgen de Chiquinquirá por darme la claridad a mi mente para poder finalizar esta investigación, a mi padre que me cuida desde el cielo. Y es el ángel que guía mi camino, a mi madre por estar siempre a mi lado guiándome y brindándome su apoyo incondicional, a mi compañera de tesis Maylin por creer en mi, y esta confianza nos dio la fuerza para salir adelante, a mi hermano Ramiro, a mi madrina Nelly, a quienes con su alegría y dulzura me acompañaron en los buenos y malos momentos, y a todas aquellas personas que de una u otra manera contribuyeron a que este trabajo llegara a su feliz término.

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“GRACIAS”

Los Quiero Mucho

Angel Acosta

DEDICATORIA

En primer lugar quiero dedicar este trabajo de investigación al Divino Niño y a la Virgen por darme la fortaleza y rodearme de personas buenas y solidarias.

A mis padres, Adelina y Salomón, por darme todo su amor y por siempre creer en mí. Son los pilares fundamentales de mi vida. Los amo.

A mi hermana, Shyrlei por acompañarme a lo largo de este recorrido. Brindándome su cariño y consejos que fueron fundamentales en los momentos mas difíciles. Por ser mí mejor amiga. Y también a mis hermanos, Leinnar, Josué, Jhan, por creer en mí.

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DO A V R

A mi compañero de tesis y mí mejor amigo Angel, por brindarme su ayuda y

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compañía cuando mas lo necesité. Por ser tan especial y vivir conmigo esta

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experiencia, dándome fortaleza en momentos de angustia.

H C E ER

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A todas las personas que estuvieron presentes a lo largo de esta travesía. A todos ellos gracias, por su amor, compresión y ayuda.

Maylin Uribe

AGRADECIMIENTOS

Al cerrar un capítulo tan importante y trascendente en nuestras vidas, recordamos cuanto hay que agradecer. Han sido muchas las personas que han participado de forma directa e indirecta en este proyecto.

Por ello en primer lugar nos gustaría agradecer a nuestras familias por su paciencia, dedicación y amor, a nuestros profesores por apoyarnos y creer en nosotros pese a todas nuestras fallas, a nuestros amigos por motivarnos y apoyarnos en los buenos y malos momentos, a nuestra tutora académica Xiomara Orozco por permitirnos llevar a cabo nuestro trabajo de investigación, y por brindarnos toda su ayuda y accesoria que fueron parte clave en la culminación de nuestra tesis.

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DO A V R

A todos muchas gracias por conspirar a nuestro favor y ayudar a hacer de este sueño una realidad.

D

H C E ER

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Angel y Maylin

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1.

PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA A nivel mundial se diseñan las estructuras para que resistan las fuerzas del

viento

de forma adecuada debido al incremento de fenómenos como huracanes,

tormentas tropicales, tornados entre otros; cuyas velocidades de las ráfagas de viento

S

son cada vez mayores en su magnitud, motivo por la cual los diversos centros de Investigación

DO A V R

de Ingeniería, han venido realizando procedimientos de cálculo para

SE E R S es necesario conocer primero el comportamiento del viento sobre diversas formas O H C E R geométricas de E así como la variación de su intensidad con la altura D edificaciones, estimar la fuerza y/o presión del viento los más cercano a la realidad; indudablemente

medida desde el suelo.

En

la República Bolivariana de Venezuela, existe actualmente la Norma

COVENIN: MINDUR 2003-89 titulada ´´ Acciones del Viento sobre las Construcciones ´´; en ella se plasma los requisitos mínimos para la determinación de las acciones del viento sobre las construcciones que se proyecten o ejecuten en el territorio Nacional.

Esta

Norma precisa los criterios adecuados para cuantificar los principales

efectos que el viento causa sobre los tipos de construcciones en ellas especificados. Las disposiciones dadas son aplicables al cálculo de las acciones del viento sobre los sistemas estructurales, los componentes estructurales individuales y los materiales que constituyen los cerramientos de las construcciones. También se dan lineamientos específicos para utilizar los resultados provenientes de investigaciones en túneles de viento, cuando sea necesario determinar las acciones del viento y la respuesta de construcciones con formas geométricas irregulares.

13   

Con características particulares de repuesta localizadas en sitios que originen efectos desfavorables tales que ameriten consideraciones especiales, o para casos donde se requiera calcular las acciones del viento con mayor precisión. El problema existente es que se han detectado diversos proyectos en donde el análisis del viento ha sido erróneo originando proyectos deficientes o sobre diseñados, de cualquier manera las dos opciones son equivocaciones fatales que no pueden pasar por alto ya que pueden costar vidas humanas y pérdidas económicas.

Y en la segunda opción un gasto innecesario; todo motivado por la falta de entendimiento de la Norma vigente ya que para entenderla se requiere de profundos conocimientos para su correcta aplicación, motivo por la cual se requiere de la realización de este trabajo

Especial de Grado Titulado: ¨ Determinación de los

OS D A Vdidácticos en las materias que R Norma 2003-89 de COVENIN ¨; que servirá para fines E ES R amerite su aplicación y lograr un análisis óptimo y seguro que resista los azotes de las S O H C E ráfagas de viento sobre DER las edificaciones. Procedimientos de Cálculo de los esfuerzos del viento sobre edificaciones según la

1.2.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1. Objetivo General Determinar los procedimientos de cálculo de los esfuerzos de viento sobre edificaciones según la Norma COVENIN 2003-89.

1.2.2. Objetivos Específicos 

Identificar o distinguir los criterios de la Norma COVENIN 2003-89.



Elaborar los procedimientos de cálculo para estimar las fuerzas o presiones del viento sobre las edificaciones.



1.3.

Validar los procedimientos de cálculo elaborados a través de ejemplos prácticos.

JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN Este trabajo Especial de Grado se justifica debido a la conveniencia que se tiene

de interpretar y aplicar correctamente la Norma COVENIN 2003-89 ¨ Acciones del

14   

viento sobre las construcciones ¨; para obtener análisis y diseño más seguros y económicos, así tener el beneficio a nivel académico de impartir este tema en las materias de Estructuras en la carrera de Ingeniería Civil que ayuda a resolver un problema de interpretación de la actual Norma Venezolana y cuyo valor teórico llena un vacío de conocimiento entre los nuevos profesionales de ingeniería.

1.4.

DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1. Delimitación temporal La investigación se realizó en el periodo comprendido entre el mes de Enero del 2009 hasta el mes de Septiembre del mismo año.

OS D A V Rafael Urdaneta, R La investigación se realizó en la Universidad E ESde Venezuela. R Maracaibo, Estado Zulia, RepúblicaS Bolivariana HO C E ER D 1.4.3. Delimitación Científica 1.4.2. Delimitación Espacial

Municipio

El presente trabajo cubre el área de cargas o solución primaria así como también el estudio meteorológico de los vientos sobre las edificaciones.

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO En este capítulo se desarrollan las bases que sirven para el desarrollo de la presente investigación, tales bases consisten en: Los antecedentes del tema en desarrollo que es el historial de la intensidad de trabajo investigativo realizado hasta la

S O D A que se basa la investigación; definición de términos básicos; V así como las R E ESlas variables. investigación con sus indicadores para evaluar R S HO C E DER

presente fecha en el tiempo; los fundamentos teóricos que es la teoría conceptual en la variables de

2.1. ANTECEDENTES

En la búsqueda de toda la información relacionada con el tema de investigación en curso, se ha realizado un conjunto de actividades en las bibliotecas de las diferentes facultades de ingeniería de las universidades de la región zuliana tales como Universidad del Zulia (L.U.Z.) y la Universidad Rafael Urdaneta (U.R.U.), teniendo como resultado la no ubicación de trabajos de grado con respecto al viento sobre edificaciones.

El tema de interpretación de la norma vigente COVENIN-MINDUR 2003-89 Acciones del viento sobre las construcciones ¨ son realizados por científicos que pertenecen a los principales centros de investigación de ingeniería en el mundo correspondientes a los países desarrollados, de estas investigaciones nacen las normas y por consiguiente son el basamento de la norma en estudio, motivo por la cual se realiza un resumen de los códigos y normas e investigadores en la cuales se basa la norma COVENIN-MINDUR 2003-89 como antecedentes a esta.

16   

Las normas y códigos internacionales, así como investigadores en la cual se basa la actual norma de viento venezolana son: 

Cevallos-Candau, P.J. y Hall, W.J. ´The Commonality of Dynamic Analysis Procedures for Earthquake and Wind Loadings¨ Proceedings of Seventh World Conference on Earthquake Engineering, Volumen 4, Turquia, 1980, pags 253256.



Comisión venezolana de normas industriales. Estructuras de Acero para Edificaciones. Proyecto, Fabricación y Construcción¨. COVENIN-MINDUR 161882, Caracas, 1982, 340 Págs. Veáse el artículo C-14.1.



Instituto de Ingeniería. Manual de Diseño por Viento según el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Universidad Nacional Autónoma de México, Publicación N° 407, 1977, 96 Págs.



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DO A V R

Surry, D. y Mallais, W. ¨Adverse Local Wind Loads Induced by Adjacent Building¨.

E

ES R S O

Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 109, N° ST3, Marzo 1983, 816-820

H C E R Comisión de DEVenezolana

págs. 

Normas Industriales. ¨Acciones Minimas para el

Proyecto de edificaciones. COVENIN-MINDUR, Norma Provisional 2003-83, Caracas, 1983, 53 Págs. Véase el Artículo 2.4. 

American Nacional Standard Institute. ¨minimum Design Loads for Building and Other Structures¨. ANSI A58.1-1982, New York, 1982, 100 págs.



Liu, H. y Seathoff, P. “Internal Pressure and Building Safety”. Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 108, N° ST10, Octubre 1982, págs 2223-2234. Las normas y los códigos internacionales se van actualizando en el transcurso

del tiempo según las necesidades de cada zona en estudio, así como también, según los estudios de las estructuras que han colapsado por culpa de la acción de los vientos sobre las construcciones. Es de aclarar que las necesidades de cada zona consisten en los diferentes fenómenos atmosféricos tales como: huracanes, tornados, tormentas tropicales entre otros; y de las estructuras colapsadas por culpa de los diferentes fenómenos mencionados.

17   

2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Descripción de los diferentes parámetros de diseño de la Norma COVENINMINDUR 2003-89 para la realización del análisis de viento.

2.2.1. Clasificación según su uso Las acciones consideradas en estas Normas son función del grado de seguridad aconsejable para las construcciones, el cual está implícito en la clasificación que de acuerdo al uso se hace a continuación: GRUPO A Son aquellas construcciones cuya falla pueda ocasionar cuantiosas pérdidas

OS D A es vital en condiciones de emergencia, tales como, R aunque V no limitadas a: E S Ecentros R S  Hospitales, puestos de emergencia o de salud en general. O H C E o de policía e instalaciones militares.  EstacionesE deR bomberos D

humanas o económicas, o que contienen instalaciones esenciales cuyo funcionamiento

 Centrales eléctricas y de telecomunicaciones.  Torres de transmisión y antenas.  Estaciones de bombeo y depósitos de agua.  Tanques elevados y chimeneas.

 Redes de distribución de agua, gas, electricidad, etc.  Edificaciones gubernamentales o municipales de importancia.  Institutos educacionales en general.  Depósitos de materias toxicas o explosivas y centros que utilicen materiales radioactivas.  Edificaciones que contienen objetos de valor excepcional, tales como museos y bibliotecas.  Monumentos y templos de valor histórico. También se incluyen en este Grupo las construcciones cuyo uso principal implique aglomeraciones de más de 300 personas con cierta frecuencia, tales como: auditorios, cines, teatros, estadios, etc.

18   

GRUPO B Pertenecen a este Grupo las construcciones de uso público o privado tales como, aunque no limitadas a:  Viviendas unifamiliares y bifamiliares en general.  Edificios destinados a viviendas, oficinas, comercios y actividades similares.  Plantas e instalaciones industriales.  Almacenes y depósitos en general. También abarca este Grupo toda construcción cuyo colapso pueda poner en peligro las de este Grupo o las del Grupo A.

S

DO A V R

GRUPO C

SE E R S habitación o al uso público, y cuyo colapso no anteriores, no destinados a uso Ocomo H C Ea las construcciones de los dos primeros Grupos. R pueda causar E daños D

Este Grupo comprende las construcciones no clasificables en los Grupos

2.2.1.1. Usos mixtos. Las construcciones que contengan áreas de uso correspondientes a Grupos diferentes de acuerdo a la clasificación anterior, se ubicarán en el Grupo más desfavorables. 2.2.1.2. Factores de importancia eólica. De acuerdo a la anterior clasificación se establece para cada Grupo un factor de importancia eólica  conforme a la tabla 2.1. Tabla 2.1 FACTOR DE IMPORTANCIA EÓLICA GRUPO



A

1.15

B

1.00

C

0.90

Fuente: COVENIN-MINDOR 2003-89.

19   

2.2.2. Clasificación según las características de respuesta Atendiendo a la naturaleza de los principales efectos que el viento puede ocasionar en las construcciones, estas se clasifican según las características de la geometría expuesta a la acción del viento en los siguientes tipos: TIPO I Este Tipo comprende las construcciones cerradas poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento, y aquellas cerradas en general cuya esbeltez sea menor o igual a 5 o cuyo periodo natural de vibración sea menor o igual a 1 segundo. Están comprendidas en este Tipo las construcciones con cubiertas de láminas, con una o más fachadas abiertas destinadas a naves industriales, teatros, auditorios,

OS D A Vaquellas capaces de resistir las R se incluyen las cubiertas estructurales rígidas, oEsea, ES su geometría. R acciones debidas al viento sin variarS sustancialmente HO C E DER

depósitos, etc. Y otras construcciones cerradas destinadas a usos similares. También

TIPO II Se incluyen dentro de este Tipo las construcciones abiertas cuya esbeltez sea menor o igual a 5 o que tengan un periodo natural de vibración menor o igual a 1 segundo, tales como las torres o antenas

atirantadas y en voladizo, los tanques

elevados, los parapetos y las vallas.

TIPO III Pertenecen a este Tipo aquellas construcciones especialmente sensibles a las ráfagas de corta duración las cuales favorecen la ocurrencia de oscilaciones importantes. Comprende las construcciones definidas como tipos I y II cuya relación de esbeltez sea mayor de 5 o cuyo periodo natural de vibración sea mayor de 1 segundo, o las que por su geometría sean propensas a fuertes vibraciones

20   

TIPO IV Se tipifican en este grupo las construcciones que presentan problemas aerodinámicos particulares, tales como las cubiertas colgantes excluidas del Tipo I, las formas aerodinámicas inestables, las construcciones flexibles con varios períodos de vibración próximos entre sí, etc.

2.2.3. Sección de la velocidad básica La “velocidad básica” del viento V, que en estas Normas se define como la velocidad correspondiente al tiempo patrón de recorrido del viento medida a 10 metros

S

sobre un terreno Tipo de Exposición C y asociada a un período de retorno de 50 años,

DO A V R

se seleccionará de acuerdo con la región utilizando la tabla 2.4 o el mapa de la figura

E

ES R S O

2.1, con las excepciones indicadas en las Secciones 2.2.3.1 y 2.2.3.2. En ningún caso

H C E ER

la velocidad básica será menor de 70km/h.

D

2.2.3.1. Regiones con condiciones especiales de viento Se dará una consideración especial a aquellas regiones donde las mediciones o la experiencia indican que las velocidades del viento son superiores a las mostradas en el mapa de la figura 2.1. Todos los

terrenos montañosos, los desfiladeros, los

promontorios oceánicos, etc. Se estudiarán adecuadamente para detectar posibles condiciones especiales del viento y cuando la autoridad competente lo juzgue necesario, se deberán ajustar los valores de la figura 2.1 o de la tabla 2.4 para considerar velocidades locales del viento más elevadas. En estos casos la velocidad básica se obtendrá a partir de una información meteorológica apropiada de acuerdo con los requisitos de la Sección 2.2.3.2.

En las zonas costeras o en las localidades que a juicio de la autoridad competente sean asimilables a las condiciones de estas zonas, el factor de importancia eólica , dado en la Tabla 2.1, se incrementara en un 10.

21   

2.2.3.2. Estimación de la velocidad básica del viento a partir de datos climatológicos Los datos climatológicos regionales pueden utilizarse en lugar de las velocidades básicas dadas en el mapa de la figura 2.1 o en la tabla 2.4, siempre y cuando se satisfagan los siguientes requisitos: 

Procedimientos aceptables de análisis estadísticos de valores extremos para procesar los datos.



Consideración adecuada de la duración de los registros, el tiempo promedio de medición, la altura del anemómetro sobre el nivel del terreno, la calidad de los datos y el Tipo de Exposición del terreno.

S

DO A V R

En ningún caso la velocidad básica del viento será menor de 70 km. 2.2.4. Tipos de exposición

E

ES R S O

H C E ER

El tipo de exposición para el sitio donde se edificará la construcción se

D

seleccionará tomando en cuenta las características de las irregularidades en la superficie del terreno. Se considerarán debidamente las variaciones importantes en la rugosidad de la superficie del terreno, las cuales pueden atribuirse tanto a la vegetación y a las topografías naturales, como al efecto de las construcciones existentes. El tipo de exposición quedará clasificado de acuerdo con las características generales que se describen a continuación: 

TIPO DE EXPOSICIÓN A

Este tipo corresponde a grandes centros urbanos donde al menos un 50 de las construcciones tienen alturas superiores a 20 metros. Se atribuye este tipo a las áreas en las cuales prevalecen esas características en la dirección desde donde sopla el viento, por lo menos en una distancia que sea el mayor valor entre 800 metros o 10 veces la altura de la construcción en estudio.

22   

Se tomarán en cuenta los posibles efectos de canalización o incrementos en la presión dinámica cuando la construcción en estudio esté ubicada detrás de construcciones adyacentes. 

TIPO DE EXPOSICIÓN B

Este tipo incluye a las áreas urbanas, suburbanas, boscosas u otros terrenos con numerosas obstrucciones que tengan las dimensiones usuales de viviendas unifamiliares con altura promedio no superior a 10 m. Se clasifican en este tipo las áreas en las cuales se presentan esas características en la dirección desde donde sopla el viento, por lo menos en una distancia que sea mayor valor entre 500 metros y 10 veces la altura de la construcción en estudio.

OS D A V Este tipo corresponde a las planicies, E losRcampos abiertos, las sabanas y ES cuya altura en general no sobrepasa R S terrenos abiertos con obstrucciones dispersas O H C E de 10 metros. ER D 

TIPO DE EXPOSICIÓN C



TIPO DE EXPOSICIÓN D

Se

clasifican en este tipo las áreas planas del litoral que no tengan

obstrucciones y que estén expuestas a vientos que soplan sobre grandes masas de agua. Comprende este tipo las áreas con las características descritas y ubicadas con relación a la costa a una distancia que sea el mayor valor entre 500 metros y 10 veces la altura de la construcción en estudio. 2.2.5. Selección del tipo de exposición Clasificación de los tipos de exposición. 2.2.5.1. Sistemas resistentes al viento Las acciones sobre los sistemas resistentes al

viento se calcularán

considerando, los Tipos de Exposición definidos en la sección 2.2.4.

23   

Cuando los tipos de exposición varían en diferentes direcciones, cuando la clasificación del sitio no se corresponde totalmente con las características tipificadas o cuando sea dudosa su clasificación, se utilizará el tipo de exposición que conduzca a las acciones más desfavorables para los sistemas resistentes al viento. 2.2.5.2. Componentes y cerramiento El tipo de exposición para los componentes y cerramientos se relacionará con la del tipo de construcción a la cual pertenecen, como se indica en la Tabla 2.2. Tabla 2.2 TIPOS DE EXPOSICIÓN PARA LOS COMPONENTES Y CERRAMIENTOS. A

TIPO DE EXPOSICIÓN TIPO

DE LA

DE

CONSTRUCCIÓN

CONTRUCCIÓN I

D

h ≤

C

D

S

DO A V R

E

ES R S O

H C E ER

Cerradas

B

C

C

C

C

B

B

C

D

B

B

C

D

B

B

C

D

h ≤ 20m

C

C

C

C

h › 20m

B

B

C

D

20m H › 20m II

Abiertas

Para todo valor h

III

Abiertas

Para todo valor h

Cerradas

Fuente: COVENIN-MINDOR 2003-89.

24   

Tabla 2.4 Velocidad básica del viento, V, en km/h Localidad

v

Anzoátegui

Localidad

Barcelona

Lara 85

Barquisimeto

Apure 87

Mérida

San Fernando

85

MONAGAS

ARAGUA

Maturín 70

ESPARTA 72

BOLIVAR

102 70

S

DO A V R

Porlamar

PORTUGUESA SE E R OS Acarigua

H C E Sta. Elena de DER 77

70

NUEVA

Maracay

Ciudad Bolívar

100

Mérida

Guasdualito

Colonia Tovar

V

70

Guanare

Uairén

74

Tumeremo

80

Sucre

CARABOBO

70

Cumana

79

Güiria

83

Morón Puerto Cabello

70

TACHIRA

Distrito Federal

78

COLON

70

La Grita

70 83

Caracas La Orchila

76

San Antonio

Maiquetía

93

Territorio Federal Amazonas

Falcón

75

Coro Guarico Carrizal

Puerto Ayacucho

83

ZULIA 73

La Cañada

103

Maracaibo

96

Fuente: COVENIN-MINDOR 2003-89.

25   

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

Fuente: COVENIN-MINDOR 2003-89.

26   

2.2.6. Métodos de análisis Las acciones por efectos del viento para los sistemas resistentes al viento, los componentes estructurales individuales y los cerramientos, se determinarán utilizando uno de los siguientes procedimientos: 1. Analíticos de acuerdo a la sección 2.2.7. 2. Experimentales en túneles de viento de acuerdo a la sección 2.2.8. 2.2.7. Procedimientos analíticos Presentación de los procedimientos

matemáticos con sus respectivas

ecuaciones de cálculo. 2.2.7.1. Alcance

OS D A V de construcciones con R En los casos de formas geométricas poco usuales, E S E R características de respuesta susceptibles de generar oscilaciones importantes ante la S O H C E acción del viento, oR E de ubicaciones en sitios donde los efectos de canalización o los D embates del viento que se producen detrás de obstrucciones a barlovento puedan Los requisitos de esta sección se aplican en general a todas las construcciones.

requerir de consideraciones especiales, el proyectista se podrá referir a una bibliografía suficientemente reconocida para documentarse en relación a las acciones por efecto del viento o utilizar los procedimientos descritos en la sección 2.2.8.

2.2.7.2. Acciones. Las acciones de servicio por efecto del viento se determinarán mediante la expresión general: W= q. G. C. A

Ec. 2.1

Donde: W: Magnitud del empuje o succión que el viento produce sobre la superficie A, determinada de acuerdo con las fórmulas dadas en las Tablas 2.5(a) y (b).

27   

q: Presión dinámica ejercida por el viento de ¨velocidad básica¨ V sobre la proyección de la superficie en el plano normal a su dirección, donde dicha velocidad se anula. Se calcula mediante las fórmulas definidas en la Sección 2.2.7.3. G: Factor de respuesta ante ráfagas para considerar la naturaleza fluctuante del viento y su interacción con las construcciones. Véase la Sección 2.2.7.4. C: Coeficiente de empuje succión que depende de la forma de la construcción. Se puede obtener mediante las Tablas de la Sección 2.2.7.5. A: Área de la superficie expuesta o área proyectada sobre un plano normal a la dirección del viento, según se define para cada caso en las Tablas 2.5 (a) y (b).



S

DO A V R

Acciones mínimas

La acción del viento en condiciones de servicio para los sistemas resistentes al

E

ES R S O

viento no será menor de 30 kgf/m2 aplicada al área proyectada de la construcción sobre

H C E ER

un plano vertical que sea perpendicular a la dirección del viento.

D

En el cálculo de las acciones del viento en condiciones de servicio para los componentes y cerramientos de las construcciones clasificadas como Tipo I y III cerrada, se tomará en consideración la diferencia de efectos entre las fachadas opuestas, pero en ningún caso la acción resultante será menor de 30 kgf/m2 actuando en cualquiera de las dos direcciones normales a la superficie. Para los componentes y cerramientos de las construcciones clasificadas como Tipo II y III abiertas, la acción del viento en condiciones de servicio no será menor de 30 kgf/m2 aplicada al área proyectada Af sobre un plano normal a la dirección del viento. 2.2.7.3. Presión dinámica La presión dinámica q, en kgf/m2, será evaluada en forma diferente para fachadas a barlovento y a sotavento (Véase la figura de la tabla 2.10).

28   

Para fachadas a barlovento que varía en función de la altura z sobre el terreno según la siguiente expresión: qz

=

0.00485 KZ  V2

Ec.2.7

Donde: KZ= 2.58

KZ= 2.58

.

para Z ≤ 4.50m

Z

Z

para Z › 4.50m

Ec.2.8a

Z

Ec.2.8b

S

Para fachadas a sotavento q es constante y se evaluará a la altura h sobre el terreno según la expresión:

DO A V R

E

ES R S O

H C E ER

qh = 0.00485 Kh  V²

D

Ec.2.9

Siendo :

KZ= 2.58

KZ= 2.58

.

para h ≤ 4.50 m

para h › 4.50 m

Ec.2.10ª

Ec.2.10b

Los valores de zg y β se dan en la tabla 2.6 en la tabla 2.7 se suministran los valores

y

para las alturas más usuales.

El factor de importancia eólica  se ha establecido en la tabla 2.1 y V es la velocidad básica del viento en Km/h seleccionada de acuerdo a los requisitos de la sección 2.2.3

29   

2.2.7.4. Factores de respuesta ante ráfagas para los sistemas

Se definen dos factores de respuesta ante ráfagas, resistentes al viento y

para los componentes y cerramientos. Los factores de

respuesta ante ráfagas definidos en esta sección no serán menores de 1.0. 

Sistemas Resistentes al Viento Para los sistemas resistentes al viento de las construcciones clasificadas en los

tipos I y II , el factor de respuesta ante ráfagas

tiene un valor único para fachadas a

barlovento y sotavento el cual se calculará mediante las fórmulas siguientes : = 0.65 + 3.65 δh En donde :

Ec.2.11

E

DER

ES R S δ = 2.35 O√ ECH h

S

DO A V R

Ec.2.12

(h/9.0)1/в

Siendo: δh = Factor de exposición que representa la intensidad de la turbulencia evaluado a la altura media del techo para construcciones tipo I o la altura total para construcciones tipo II. k = Coeficiente de arrastre sobre una superficie, dado en la tabla 2.8 En las tablas 2.9(a) y 2.9 (b) se dan los valores de

para alturas de h más usuales.

Para los sistemas resistentes al viento de las construcciones clasificadas en el tipo III, el factor de respuesta ante ráfagas

se calculará mediante un análisis que

incorpore las propiedades dinámicas del sistema resistente. Se pueden utilizar los valores dados en las tablas 2.9 (b).

30   



Componentes y Cerramientos Para los componentes y cerramientos de las construcciones clasificadas como

tipo I y III cerradas, los factores de respuesta ante ráfaga se combinan con los coeficientes de empuje y succión, externos e internos, resultando los valores de GCpe y GCpi dados en la sección 2.2.7.5. Para los componentes y cerramientos de las construcciones clasificadas como Tipos II y III abiertas, el valor de respuesta ante ráfagas GZ se obtendrá con las fórmulas siguientes, siendo variable de acuerdo con la altura Z sobre el terreno: GZ = 0.65 + 3.65 δZ En donde:

Ec.2.13

E

ES R S δ = 2.35O H√ C E DER (Z/9.0)

S

DO A V R

Z

1/в

Ec.2.14

El factor de exposición δZ será evaluado a las diferentes alturas Z sobre el terreno a la cual se disponen los componentes y cerramientos. En la Tabla 2.9. (a) se proporcionan los valores de GZ para las alturas Z más usuales. 2.2.7.5. Coeficientes de la construcción empuje y succión. Los coeficientes de empuje y succión dependen principalmente de la forma geométrica de la construcción. Los coeficientes llevan signo positivo o negativo según se trate de un efecto de empuje o de succión, respectivamente. Los subíndices “i” o “e” indicarán si la acción es interna o externa a la construcción. En el caso particular de la Tablas 2.11 (a), (b), (c), (d) y de la sección 2.2.7.5, los coeficientes de empuje y succión ya incluyen los factores de respuesta ante ráfaga. Esta Subsección define los coeficientes Cp de empuje y succiones externas para las fachadas y techos de los sistemas resistentes al viento de las construcciones

31   

clasificadas como Tipo I y III cerradas, dados en la Tabla 2.10. Esta Tabla es aplicable a construcción con uno o más lados abiertos y también para los techos de construcciones cerradas de una vertiente. Esta Subsección define los coeficientes GCpe de empujes y succiones externas para los componentes y cerramientos de las construcciones clasificadas como Tipo I y III cerradas. Se dan dos tipos de tablas para la obtención de estos coeficientes. Las Tablas 2.11(a) y (b) para los componentes y cerramientos de las construcciones con altura h menor o igual a 20 metros, y las Tablas 2.11(c) y (d)

para el caso en que h

sea mayor de 20 metros. La acción del viento será evaluada con valores positivos GCpe usando la presión

S

DO A V R

dinámica de empuje qZ y los valores negativos de GCpe utilizando la presión dinámica

H C E ER

D

E

ES R S O

de succión qh.

En los volados o aleros de los techos las acciones se calcularán sumando a las presiones que actúan sobre la superficie superior del techo, calculadas con los coeficientes de estas tablas, las presiones de empuje que actúan sobre la superficie inferior calculadas con unos coeficientes GCpe igual a 0.8. Los componentes estructurales de gran tamaño que resistan las cargas provenientes de áreas tributarias mayores de 90 m2 pueden calcularse utilizando la Tabla 2.10. En esta Subsección se definen los coeficientes GCpi de empujes y succiones internas a utilizar en las construcciones clasificadas como Tipo I y III cerradas. Cuando la permeabilidad en una de las fachadas excede en un 10% o más a la suma de las permeabilidades de las otras fachadas, y siempre que estas restantes fachadas no excedan individualmente el valor de 0.20 de permeabilidad, se usarán los valores de GCpi de 0.75 y -0.25. En todos los demás casos se emplearán los valores de GCpi de +/ 0.25.

32   

En esta Subsección se definen los coeficientes Cp de empujes y succiones externas para el cálculo de las acciones sobre los techos en arco de sistemas resistentes al viento. Véase la Tabla 2.12. En esta Subsección se definen los coeficientes Cf para el cálculo de las acciones sobre los techos de construcciones abiertas de una vertiente. En la Tabla 2.13 (a) se dan los valores de los coeficientes Cf para diversas relaciones de L/b, y en la Tabla 2.13 (b) la ubicación relativa del centro de presiones de empuje o succión. Las fuerzas resultantes se consideran aplicadas en el centro de presiones y

S

DO A V R

normales a la superficie del techo, actuando hacia afuera en un caso y hacia adentro en

SE E R Para el cálculo del ángulo entre OS la dirección del viento y el plano del techo, el H C E +/ 10 de la horizontal para obtener la acción más viento se supondráR desviado E D otro.

desfavorable.

Para el caso de techos de construcciones cerradas de una vertiente, véase la Tabla 2.10. En esta Subsección se definen los coeficientes Cf para el cálculo de las acciones sobre chimeneas y tanques. Véase la Tabla 2.14. En esta Subsección se definen los coeficientes Cf para el cálculo de las acciones sobre vallas sin aberturas, dados en la Tabla 2.15. Las vallas cuya altura medida desde el nivel del terreno hasta un borde inferior de la misma sea menor de 0.25 veces su altura se considerarán como si estuviesen a nivel del terreno.

33   

Para tomar en cuenta la acción del viento sobre la valla se consideraran dos casos: 

La resultante de la fuerza q actúa en el centro geométrico de la valla y

normal a ésta. 

La resultante de la fuerza que actúa normal a la valla y a una distancia de

0.3 veces su dimensión horizontal, medida desde el borde a barlovento sobre el eje de su centro geométrico. Esta tabla es aplicable al caso de las banderas. Para banderas y similares fijas en todo su contorno se tomará el área total expuesta al viento. En el caso de estar fijas en un solo lado, se tomará en cuenta el 15% de la superficie total de la bandera: este valor solo podrá disminuirse cuando se justifique experimentalmente.

OS D A V Cf para el cálculo de las R En esta Subsección se definen los coeficientes E ES Estos coeficientes se dan en la tabla R S acciones sobre vallas con aberturas o reticuladas. O H C E 2.16. ER D Se supondrá que las fuerzas actúan paralelamente a la dirección del viento y se calcularán con el área de todos los elementos expuestos, proyectada sobre un plano normal a la dirección del viento. En esta Subsección se definen los coeficientes para Cf para el cálculo de las acciones en torres de celosía formadas por perfiles angulares o similares de caras planas. Estos coeficientes son dados en la tabla 2.17 en donde también se indica cómo se modifican cuando los miembros son de caras curvas. Los coeficientes Cf se aplican al área efectiva de la cara de la torre. Para torres de planta triangular las fuerzas por viento se supondrán actuando normalmente a una cara de la torre. Para torres de planta cuadrada las fuerzas por viento se supondrán actuando normalmente a una cara de la torre, pero cuando (Ae/A) < 0.50, estas fuerzas se multiplicarán por el factor 1.0 + 0.75 (Ae/A) y se supondrán que actúan en dirección a una diagonal.

34   

En mástiles y torres atirantadas la parte en voladizo de la torre se calculará para 1.25 veces la acción del viento. El resto de la torre se calculará usando combinaciones de 100% y 75% de las acciones del viento, ubicadas de forma de obtener las máximas solicitaciones. Las acciones del viento sobre las partes accesorias de las torres se calcularán utilizando los coeficientes de empuje y succión para componentes y cerramiento. En esta Subsección se definen los coeficientes para el cálculo de las acciones sobre tirantes. Los coeficientes CP y CT dados en la tabla 2.18 se aplicarán al área expuesta de los tirantes, la cual se calcula como el producto de la longitud de la cuerda por el diámetro del tirante.

OS D A V los casos no R para

considerados E S E R ejemplo techos contiguos de dos vertientes o explícitamente en estas normas, como S por O H C E con forma de sierra, elementos estructurales individuales, etc., podrán ser los R E D provenientes de estudios suficientemente reconocidos. Los coeficientes de empuje y succión

2.2.8. Procedimientos experimentales en túneles Se anuncia el alcance, validez de los ensayos en túneles de viento. 2.2.8.1. Alcance Para la determinación de las acciones por viento, alternativamente a la aplicación de los requisitos de la sección 2.2.7 se pueden realizar ensayos apropiados en túneles de viento o ensayos similares utilizando fluidos distintos al aire. 2.2.8.2. Validez Se considerará que los ensayos se han efectuado apropiadamente para la determinación de los valores medios de las acciones, así como de sus fluctuaciones, cuando se cumplan los requisitos siguientes: 

Se ha modelado el viento natural para tomar en cuenta la variación de su velocidad con la altura.

35   



En los modelos experimentales se considera la intensidad de la componente longitudinal de la turbulencia del viento natural.



La escala geométrica del modelo no es mayor de tres veces la escala geométrica de la componente longitudinal de la turbulencia.



Las características de respuesta de la instrumentación colocada en el túnel de viento son consistentes con las mediciones que se van a hacer.



Se le da debida importancia a la dependencia de las fuerzas y presiones de empuje y succión respecto al número de Reynolds. Cuando el propósito sea la determinación de la respuesta dinámica de una

construcción, se considerará que los ensayos se han realizado apropiadamente si se satisfacen todos los requisitos anteriores y si, adicionalmente, la escala del modelo está

S

DO A V R

dimensionada con la debida consideración de las longitudes, las distribuciones de

H C E ER

D

E

ES R S O

masa, las rigideces y el amortiguamiento.

36   

Tabla 2.5 (a) Acciones en sistemas resistentes al viento

Tipo de construcción

I

Cerrada

Presiones o Fuerzas Barlovento: =

(2.2.a)

Sotavento: =

(2.2.b)

En el caso de estructuras de un solo piso y similares se incluirá el efecto de las acciones internas y se verificarán las siguientes formulas :

S

DO A V R

SE Barlovento: E R = OS

H C E ER

D

II

Abierta

Cerrada III Abierta

IV

Cerrada o abierta

Sotavento: =

–

–

F=

(2.2.c)

(2.2.d)

(2.3)

Barlovento: =

(2.2.a)

Sotavento: =

(2.2.b)

F=

(2.3)

Requiere estudios especiales, pero las acciones no serán menores que las correspondientes al tipo III

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89.

37   

Tabla 2.5 (b) Acciones en componentes y cerramientos

Tipo de Construcción

Presiones o Fuerzas Para h ≤ 20 m : –

P= I

Para h > 20 m : Barlovento:

Cerrada

P=

(+

–

(2.5.b)

II

D

F=

(2.6)

EP =

ES R S O

Abierta

S

(2.5.a)

DO A V R

Sotavento :

H C E ER

(2.4)

(-

–

Barlovento: P= III

Cerrada

IV

Cerrada o abierta

–

(2.5.a)

–

(2.5.b)

Sotavento: P=

Abierta

(+

(-

F=

(2.6)

Requiere estudios especiales, pero las acciones no serán menores que las correspondientes al tipo III

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89.

38   

Tabla 2.6 Constantes para el cálculo de

y

Tipo de exposición

Factor ß

Altura * Zg Metros

A

3.0

460

B

4.5

370

C

7.0

270

D

10.0

E

ES R S O

H C E ER

S200

DO A V R

Tabla 2.7

DCoeficientes de exposición a la presión dinámica Kz o Kh Altura sobre El terreno zóh metros

A

B

C

D

0 a 4.50 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0.118 0.126 0.142 0.158 0.173 0.187 0.200 0.214 0.226 0.239 0.251 0.263

0.363 0.380 0.413 0.442 0.469 0.494 0.518 0.540 0.562 0.582 0.601 0.620

0.800 0.825 0.869 0.908 0.943 0.976 1.006 1.033 1.059 1.084 1.107 1.129

1.207 1.233 1.279 1.319 1.355 1.387 1.417 1.444 1.469 1.493 1.515 1.536

Tipo de exposición

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

39   

Tabla 2.8 Coeficiente de arrastre k sobre una superficie

Tipo de exposición

Coeficiente k

A B C D

0.025 0.010 0.005 0.003 Tabla 2.9 (a)

Factor de respuesta ante ráfagas Gh para los sistemas resistentes al viento de las construcciones tipo I y II Gz para los componentes y cerramientos de las construcciones tipo II y III abiertas *

S

DO A V R

Altura hóz sobre El terreno Metros

SdeEexposición E R Tipo OS

D

H C E ER A

B

C

D

0 a 4.50 2.359 1.651 1.320 1.154 5 2.299 1.627 1.309 1.148 6 2.202 1.588 1.292 1.139 7 2.124 1.557 1.278 1.131 8 2.060 1.530 1.266 1.125 9 2.006 1.507 1.256 1.119 10 1.959 1.487 1.247 1.114 11 1.918 1.470 1.239 1.110 12 1.882 1.454 1.232 1.106 13 1.849 1.440 1.225 1.102 14 1.820 1.427 1.219 1.099 15 1.793 1.415 1.213 1.096 * Para las construcciones tipo II y III cerradas, véase las tablas 2.11 (a) (b) (c) (d)

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89.

40   

Tabla 2.9 (b) Factores de respuesta ante ráfagas Gh para sistemas resistentes al viento de las construcciones tipo III*

Tipo de construcción Altura h Sobre el terreno Metros

0 a 10 10 a 30 30 a 60

Abiertas

Tipo de exposición

Tipo de exposición

A

B

2.90 2.35 2.00

2.40 2.00 1.50

C

D

A

OS D A V

R 1.40 E3.00 S E S R 1.25 2.40

1.60 1.40 1.30

O

H C E ER

D

Más de 60

Cerradas

1.20

2.00

B

C

D

2.50 2.10 1.50

1.70 1.50 1.30

1.50 1.30 1.20

Véase el comentario (de la norma)

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89.

41   

Tabla 2.10 Coeficiente Cp para el cálculo de las acciones Externas en sistemas resistentes al viento.

E

ES R S O

H C E ER

D

S

DO A V R

  Coeficiente de empuje y succión Cp para las fachadas Fachada Barlovento

Relación L/b Todas

Cp 0.8

Sotavento

0a1 2y3

- 0.5 - 0.3

Laterales

≥4 todas

- 0.2 - 0.7

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

42   

Tabla 2.10 (continuación)

E

ES R S O

H C E ER

D

S

DO A V R

  Coeficientes de empuje y succión Cp para los techos   

  Dirección  del   viento    Normal  a la  cumbrera 

Paralelo a   la  cumbrera 

Superficie a barlovento  Relación  L/h    ≥ 3  2  1  ≤ 0.7    Todas 

Angulo θ  0° 

10°* 

20° 

30° 

40° 

50° 

≥ 60° 

    ‐0.7 

0.2  ‐0.9    ‐0.9 

0.2 

0.3 

0.4 

‐0.75 

‐0.2 

0.3 

    0.5 

    0.01 θ 

‐0.9 

‐0.9 

‐0.35    ‐0.7 

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

0.2 

Superficie  a  sotavento      ‐0.7 

43   

Tabla 2.11 (a) Coeficiente para el cálculo de las acciones Externas en componentes y cerramientos de construcciones con h≤20 m

OS D A V ZONAS EN LAS FACHADAS R E ESy 0.40h pero no menor de 0.41b El ancho a será el menor valor entreR 0.1b S es O la menor dimensión en planta. ni de 0.90m, en donde b H C E ERpuede utilizarse la altura del alero b en lugar de la altura Cuando θD ≤ 10° 1

1

1

1

media del techo h.

Coeficientes de empuje y succión para las fachadas* Área Tributaria 2 Zona A ≤ 45 m A > 45 m2 1

1.40 – 0.242 log A -1.50 + 0.242 log A

1.00 -1.10

2

1.40 – 0.242 log A -2.00 + 0.554 log A

1.00 -1.10

* Estos coeficientes pueden reducirse en un 10 % cuando

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

≤ 10°

44   

Tabla 2.11. (b) para el cálculo de las acciones Coeficientes Externas en componentes y cerramientos de construcciones con h ≤ 20m

S

DO A V R

SE ZONAS EN LOS TECHOS E R El ancho a sera el menor valor S entre 0.10 b y 0.40h pero no menor de O H m, en donde b es la menor dimensión en planta. 0.04 b ni de 0.90 C E R Cuando DE ≤ 10° puede utilizarse la altura del alero h en lugar de la 1

1

altura media del techo h.

1

1

Coeficiente de empuje y succión PCpe para los techos * Área Tributaria Angulo Zona A ≤ 9 m2 A > 9 m2 3 -1.40 + 0.209 log A - 1.20 0° < ≤ 10° 4 -2.60 + 1.152 log A -1.50 5 -4.00 + 2.619 log A -1.50 3 -1.30 + 0.209 log A -1.10 10° < ≤ 30° 4y5 -3.00 + 1.047 log A -2.00 Barlovento: 1.30 – 0.209 log A 1.10 30° < ≤ 45° 3 Sotavento: -1.40 + 0.209 log A -1.40 Barlovento: 4y5 1.30 – 0.209 log A 1.10 Sotavento: -1.70 + 0.314 log A -1.40

* Para componentes y cerramientos de techos en arco, en el perímetro del techo se utilizarán los coeficientes dados en la tabla, siendo el ángulo correspondiente a la pendiente en el arranque y calculada para el tipo de exposición C. Para las áreas restantes del techo los coeficientes de esta tabla se multiplicarán por 1.2 y se calculará para el tipo de exposición C. Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

45   

Tabla 2.11 (c) para el cálculo de las acciones externas en Coeficiente componentes y cerramientos de construcciones con h > 20m

S

DO A V R

ZONAS EN LAS FACHADAS El ancho a será el menor valor entre 0.05b1 y 0.50h, en donde b1 es menor dimensión en planta.

E

ES R S O

H C E ER

Coeficiente de empuje +

D

para las fachadas a barlovento

Zona

Área tributaria A ≤ 45 m2 1.10 – 0.181 log A

1, 2 y 3

Coeficientes de succión –

para las fachadas a Sotavento Área Tributaria

Zona 1 2 3

A > 45 m2 0.80

A ≤ 9 m2 -1.10 -1.80 -2.50

9 < A ≤ 45 m2 -1.10 + 0.429 log0.111 A -1.80 + 0.85 log0.111 A -2.50 + 1.431 log0.111 A

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

A > 45 m2 -0.80 -1.20 -1.50

46   

Tabla a 2.11 (d) Coeficiente p para el cálcculo de las acciones externas e en e entes y cerrramientoss de constrrucciones ccon h > 20 m Compone

E

ES R S O

H C E ER

S

DO A V R

ZONAS E EN EL TEC CHO

El ancho a será el menor valor entre 0.05 E 5b1 y 0.50 0h, en dond de b1 es la a menor d dimensión en planta.

D

e succión – Coeficcientes de

Z Zona 2 4 5 6 7

para a los techos1 Área Tributaria T

A ≤ 9 m2 -2.00 + 1.0 047 log A -2.50 + 0.5 523 log A -4.00 + 2.0 095 log A -5.00 + 3.143 log A

A > 9 m2 -1.00 -2.00 -2.00 -2.00

1 Para tec 1. chos con pendientes p mayores de d 10° utilícese el va alor –

con el

c correspond diente valo or de qh ca alculado pa ara tipo de exposición n C. 2 Si se co 2. oloca un pa arapeto alrrededor de el perímetrro del techo, las Zona 6 y 7

p pueden tra atarse como Zona 5.

C MIDUR 20 003-89 Fuente: COVENIN-

47   

Tabla 2.12 Coeficientes Cp para el cálculo de las acciones externas Sobre los techos en arco de sistemas resistentes al viento

Techo sobre el terreno Ubicación del techo

SR Coeficiente de empuje y succión Cp O H EC Cuarta parte Mitad central Cuarta parte

Relación Flecha / luz f/L

DER

Sobre una estructura

0 < f ≤ 0.2 L 0.2 < f ≤ 0.3 L 0.3 < f ≤ 0.6 L

Sobre el terreno

OS D A V sobre una estructura Techo apoyado R E ES

0 < f ≤ 0.6 L

del arco a barlovento

del arco

del arco a sotavento

-0.9

-0.7 – (f) L

-0.5

-0.7 – (f) L

-0.5

-0.7 – (f) L

-0.5

-0.7 – (f) L

-0.5

1.5 (f ) - 0.3 L 6 (f ) -2.1 L 2.75 (f ) 0.675 L 1.4 (f ) L

Fuente: COVENIN - MIDUR 2003-89

48   

Tabla 2.13 (a) Coeficiente Cf para el cálculo de las acciones sobre Los techos de construcciones abiertas de una vertiente

Angulo entre la dirección del viento y el plano del techo 10° 15° 20° 25° 30°

Coeficiente Cf Relaciones L/b 5

3

2

1

0.20 0.35 0.50 0.70 0.90

0.25 0.45 0.60 0.80 1.00

0.30 0.50 0.75 0.95 1.20

0.45 0.70 0.90 1.15 1.30

D

1/3

1/5

OS 0.90 D A V 0.55 0.85 1.00 1.10 1.20

R

SE E R S

O

H C E ER

1/2

0.70

0.75 0.85 0.90 0.95 1.00

0.95 1.05 1.10

Tabla 2.13 (b)

Ubicación relativa x/L del centro de presiones de empuje o succión Angulo entre la dirección del viento y el plano del techo

10° a 20° 25° 30°

Valores de x/L Relaciones L/b 2a5

1

1/5 a ½

0.35 0.35 0.35

0.30 0.35 0.40

0.30 0.40 0.45

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

49   

Tabla 2.14 Coeficientes Cf para el cálculo de las acciones sobre chimeneas y tanques

Forma de la sección transversal

Relación h/d

Tipos de superficie 1

Cuadrada (viento normal a una cara) Cuadrada (viento en dirección de una diagonal)

1.3

25

S

1.4O D A V R

E

ES R S O

H C E ER Todas

D

2.0

1.0

1.1

1.5

1.0

1.2

1.4

Moderadamente lisa

0.5

0.6

0.7

Rugosa (c/d=0.02)

0.7

0.8

0.9

Muy rugosa (c/d=0.08)

0.8

1.0

1.2

Hexagonal u ortogonal

Circular

7

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

50   

Tabla 2.15 Coeficientes para el cálculo de las acciones sobre vallas sin aberturas

Para vallas colocadas a nivel del terreno Relación Altura / Ancho

Cf

≤3 5 8 10 20 30 ≥ 40

1.20 1.30 1.40 1.50 1.75 1.85 2.00

Relación entre dimensiones mayor / menor ≤6 10 16 20 40 60 ≥ 80

Cf

S

DO A V R

E

ES R S O

H C E ER

D

Para vallas colocadas sobre el terreno

1.20 1.30 1.40 1.50 1.75 1.85 2.00

Tabla 2.16

Coeficiente Cf para el cálculo de las acciones sobre vallas con aberturas o reticuladas. Relación de área efectiva Ae A

Elementos con caras planas

Coeficiente Cf Elementos con caras curvas Para Para d √qz ≤ 1.7

d √qz > 1.7

0 < Ae ≤ 0.10 A

2.0

1.2

0.8

0.10 < Ae ≤ 0.30 A

1.8

1.3

0.9

0.30 < Ae ≤ 0.70 A

1.6

1.5

1.1

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89.

51   

Tabla 2.17 Coeficientes Cf para el cálculo de las acciones en las torres en celosía formadas por perfiles angulares o miembros similares de caras planas * Coeficiente Cf Relación de área efectiva Ae A

Torre de planta cuadrada

Torre de planta triangular

0 < Ae ≤ 0.025 A

4.00

3.60

0.025 < Ae ≤ 0.45 A

4.13 – 5.18 (Ae / A)

3.71 – 4.47 (Ae / A)

0.45 < Ae ≤ 0.70 A

SE E 1.80 R OS

ECH

DER

0.70 < Ae ≤ 1.00 A

S

DO A V R

1.33 + 0.67 (Ae / A)

1.70

1.00 + (Ae / A)

*Para torres con miembros de caras curvas los valores dados en esta tabla se multiplicaran por los siguientes factores: Relación de área efectiva Ae A 0 < Ae ≤ 0.30 A 0.30 < Ae ≤ 0.80 A 0.80 < Ae ≤ 1.00 A

Factor 0.67 0.67 (Ae / A) + 0.47

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-89

1.00

52   

Tabla 2.18 Coeficientes Cp y Ct para el cálculo de las acciones sobre tirantes

Angulo que forma la dirección del viento con la cuerda del tirante

Coeficientes Cp

Ct

10°

0.05

0.04

20°

0.10

0.15

30°

0.20

40°

DER

50°

SE E R 0.35 OS

ECH

0.27 0.36

0.60

0.45

60°

0.80

0.43

70°

1.03

0.33

80°

1.16

0.18

90°

1.20

0.00

Fuente: COVENIN- MIDUR 2003-8  

S

DO A V R

53   

2.2.9. Hipótesis sobre la acción del viento Las acciones por efectos del viento se analizarán considerando las siguientes hipótesis básicas: a. Se supone, salvo experiencias que demuestren lo contrario, que el viento actúa en dos direcciones ortogonales entre si. En general, no se considera la superposición de efectos en direcciones ortogonales. Se elegirán las direcciones que representen las condiciones más desfavorables para la estabilidad de la construcción en conjuntos o de elementos de la misma. b. Se considera que la fuerza resultante de la acción del viento coincide con el centro de presiones de empujes o succiones del área expuesta según las características de la construcción, la autoridad competente podrá exigir la consideración de los efectos de torsión en planta.

S

DO A V R

c. En general, se estudiará cada construcción como si estuviese completamente

SE E R S especiales deberá tomarse en cuenta cualquier de construcciones vecinas. En O casos H C E los empujes o algún otro efecto desfavorable que resulte incremento en las succiones, R E D

aislada, despreciando los efectos de protección que puedan producirse por la existencia

de dicha cercanía.

2.2.10. Relación con otras normas COVENIN-MINDUR Las acciones establecidas en estas Normas son cargas de servicio, no multiplicadas por factores de mayoración de acciones. La acción simultánea del viento con otras acciones y sus respectivos factores de mayoración o minoración se tomarán en la forma establecida en las normas aplicables al material utilizado. En general no es necesario considerar la acción simultánea del viento y el sismo. 2.2.11. Criterios generales de estabilidad 2.2.11.1. La estabilidad de los sistemas resistentes al viento En el análisis de estabilidad de los sistemas resistentes al viento solo se emplearán las acciones externas en el caso de construcciones de un solo piso y otras

54   

construcciones similares clasificables en el tipo I donde pueden producirse acciones internas significativas. 2.2.11.2. La estabilidad contra el Volcamiento Cuando la acción del viento produzca tracciones en algún elemento de fundación que exceda las dos terceras partes de la compresión por acciones permanentes, la fundación deberá aclararse adecuadamente. 2.2.11.3. La estabilidad contra el deslizamiento Cuando la fuerza resistente total al deslizamiento sea insuficiente en relación a la acción del viento, se dispondrá un anclaje adecuado para resistir la fuerza en exceso. Al evaluar la fuerza resistente total deberán suponerse nulas las acciones variables.

OS D A V R 2.2.11.4. La estabilidad de los componentes yE cerramiento S E R La estabilidad de los componentes y cerramientos se realizará bajo los efectos S O H C E de la combinación de DERlas acciones internas y externas. 2.2.11.5. La estabilidad durante las etapas de montaje y construcción Durante las diversas etapas del montaje y construcción de la estructura se dispondrán arriostramientos temporales adecuados para resistir las acciones del viento sobre los elementos estructurales y no estructurales. 2.3. SISTEMAS DE VARIABLES La presente investigación está conformada por 3 variables operacionales las cuales son: 2.3.1. Definición Nominal Análisis de viento 2.3.2. Definición Conceptual Corriente de aire producida en la atmósfera por causas naturales.

55   

2.3.3. Definición Operacional Método matemático que estudia las corrientes de aire producida en la atmósfera, determinando su comportamiento sobre las edificaciones en magnitud y sentido para realizar diseños estructurales confiables e importancia óptima.

Cuadro Nº 2.1 Mapa de variables e indicadores de la investigación Objetivo Variable Especifico Identificar o distinguir los criterios de la Norma COVENIN 2003-89.

Dimensión

Herrami enta Criterios de -Dirección del Revisión vientos. viento.(grados) Bibliográf -Ubicación de la fuerza icas resultante del viento.(m) -Centro de presiones de empujes.(m) -Estabilidad contra Volcamiento.(adimensional) Esfuerzo -Estabilidad contra el s de deslizamiento.(adimensiona vientos l) Elaborar los sobre Fuerzas. -Clasificación según su Revisión procedimientos de edificacio uso.(cualitativo y Bibliográf cálculo para nes. adimensional) ica. estimar las fuerzas -Factor de importancia o presiones del eólica.(cualitativo y viento sobre las adimensional) edificaciones. -Clasificación según las características de respuesta.(Km/Hr) -Velocidad del viento.(adimensional) -Tipos de exposición -Sistema resistente al viento.(adimensional) Validar los Intelecto Procedimien -Presión(Kg/cm2) procedimientos de -Fuerza (Kg) y tos cálculo elaborados escritura mediante a través de manual. ejemplos de ejemplos cálculo prácticos. manual. -Galpones. -Vallas. -Edificios.

S

DO A V R

E

ES R S O

H C E ER

D

Indicador(es)

56   

2.4. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS Las siguientes definiciones se aplican específicamente a los requisitos establecidos en la Norma de COVENIN-MINDUR 2003-89 Acciones de viento. (Fuente de referencia bibliográfica). Las palabras subrayadas señalan términos de este vocabulario.



ACCIONES: Fenómenos que producen cambios en el estado de tensiones o deformaciones en algún elemento de una construcción.



ACCIÓN DEL VIENTO O EÓLICA: Acción accidental que produce el aire en movimiento sobre los objetos que se le interponen, y que consiste, principalmente, en empujes y succiones.

S

DO A V R



SE E R ANEMÓMETRO: InstrumentoS O para medir la dirección y la velocidad del viento. H C E R E D



ÁREA TRIBUTARIA: Parte del área de la superficie donde actúa el viento que se supone va a cargar un determinado elemento estructural. Para las áreas tributarias de forma rectangular el ancho deberá tomarse al menos igual a un tercio del lado mayor.



BARLOVENTO: Lado desde donde sopla el viento



CENTRO DE PRESIONES: Punto de aplicación de la resultante teórica de las presiones de empuje o succión.



CELOSÍA: Sistema estructural abierta formado por miembros esencialmente unidimensionales.



COMPONENTES Y CERRAMIENTOS: Elementos que soportan directa o indirectamente la acción eólica y la transfieren a los sistemas resistentes al viento.

57   



CONSTRUCCIONES: Conjunto constituido por la estructura, los componentes no estructurales y los cerramientos sometidos a la acción del viento.



CONSTRUCCIONES ABIERTAS: Construcciones que permiten que el viento circule a través de ellas.



CONSTRUCCIONES CERRADAS: Construcciones que encierran total o parcialmente un espacio y cuyos cerramientos impiden la circulación del viento.



EFECTO DE CANALIZACIÓN (EFECTO VENTURI): Modificación de la velocidad y la presión del viento debido a un cambio de la sección por donde



E

ES R S O

S

DO A V R

circula.

MÉTODO DE AGOTAMIENTO RESISTENTE: Método de diseño estructural,

H C E ER

también llamado “de Rotura”, donde las resistencias son iguales o mayores que

D

las acciones mayoradas. 

MÉTODO DE LAS TENSIONES ADMISIBLES: Método de diseño estructural donde las tensiones calculadas en condiciones de servicio no exceden los valores limites definidos para cada caso.



PERÍODO DE REFERENCIA: Vida útil o duración probable de la construcción.



PERÍODO DE RETORNO: Tiempo promedio que debe transcurrir para que sea excedida la velocidad básica del viento. También se denomina intervalo medio de recurrencia. El periodo de retorno es el inverso de la probabilidad anual de excedencia.



PERMEABILIDAD: Fracción del área de aberturas en una superficie respecto al área total de la misma. La relación de área efectiva es el complemento de la permeabilidad.

58   



PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA: Probabilidad de que la velocidad básica del viento sea superada alguna vez durante

la vida útil de la construcción. La

probabilidad anual de excedencia es el inverso del periodo de retorno. 

RÁFAGA: Acción de corta duración debido a un aumento súbito de la velocidad del viento.



RELACIÓN DE ESBELTEZ: Relación entre la altura de una construcción y su menor dimensión en planta. Cuando las dimensiones en planta varían con la altura se tomará la menor dimensión medida a la mitad de la altura.



OS D A Vles son transmitidas por otros destinados a resistir las acciones del vientoR que E ES R miembros y por los componentes. S HO C E DER SOTAVENTO: Lado opuesto a donde sopla el viento.



TIEMPO PATRÓN DE RECORRIDO DEL VIENTO: Tiempo que requiere un



SISTEMA RESISTENTE AL VIENTO: Conjunto de miembros estructurales

volumen de aire de 1609 metros de longitud (1 milla) para pasar por una estación fija. 

TIPO DE EXPOSICIÓN: Clasificación para el sitio de ubicación de la construcción tomando en cuenta las características de las irregularidades en la superficie del terreno.



TURBULENCIA: Irregularidad en la circulación del aire, caracterizada por vértices.



VALLAS: Construcción usada como cartel o aviso, y cuya superficie pueda ser plana con o sin aberturas, o reticulada formada por barras simples paralelas a igual espaciamiento.

59   



VALLAS CON ABERTURAS: Vallas cuya permeabilidad es igual o mayor que 0.30.



VALLAS SIN ABERTURAS: Vallas cuya permeabilidad es menor que 0.30.



VELOCIDAD BÁSICA DEL VIENTO: Velocidad correspondiente al tiempo patrón de recorrido del viento medida a 10 metros sobre un terreno con Tipo de Exposición C, y asociada a un Periodo de Retorno de 50 años.



VORTICIDAD: Flujo turbulento que a través de la formación de vértices genera fuerzas alternantes sobre la construcción o sus componentes.

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

En esta fase se presenta el marco metodológico que constituye la médula de cualquier estudio, por cuanto refiere en forma detallada sobre como trabajar en la investigación, explicando lo relativo al tipo de diseño o método, población, técnicas e instrumentos de recolección datos utilizados para obtener, procesar, evaluar e

S

interpretar los resultados obtenidos de la investigación, así como el procedimiento llevado a cabo para el estudio.

ES R S O

E

DO A V R

H C E En este punto DERes importante acotar lo señalado por Chávez (2001), para quien el

3.1. Tipo de Investigación

tipo de investigación se determina de acuerdo con el tipo de problema a resolver, así

como de los objetivos que se pretenden lograr, y algo sumamente relevante, la disponibilidad de recursos al momento de emprender la investigación.

Por otro lado, de acuerdo al tipo de estudio, dependerá la estrategia que se seguirá en el desarrollo de la investigación, así como también el diseño, los datos necesarios a recolectar, la manera como se obtendrán, y los demás componentes del proceso de investigación.

Dentro de este marco, la presente investigación se clasificó según el método utilizado como descriptiva, definida por Chávez (2001) como aquella investigación orientada a recolectar informaciones relacionadas con el estado real de las personas, objetos, situaciones o fenómenos, tal cual como se presentaron en el momento de su recolección. Describe lo que se mide sin realizar inferencias ni verificar hipótesis.

61 Para Salkind (1998), se considera como investigación descriptiva aquella en la cual se reseñan las características o rasgos de la situación o fenómeno objeto de estudio.

Para Cerda (1998), tradicionalmente se define la palabra ´´describir´´ como el acto de representar, reproducir o figurar a personas, animales o cosas, es decir, se deben describir aquellos aspectos más característicos distintivos y particulares de estas personas, situaciones o cosas, o sea, aquellas propiedades que las hacen reconocibles a los ojos de los demás.

De acuerdo con este autor, una de las funciones principales de la investigación descriptiva es la capacidad para seleccionar las características fundamentales del

S

DO A V R

objeto de estudio y su descripción detallada de las partes, categorías o clases de dicho objeto.

E

H C E ER

ES R S O

Al respecto, Hernández, Fernández y Baptista (2003), señalan que con

D

frecuencia el propósito de todo investigador es básicamente describir situaciones y eventos, es decir, definir los fenómenos en términos de cómo es y como se manifiestan.

Desde esta perspectiva la investigación se considera descriptiva por tratarse de la correcta interpretación de los procedimientos de cálculo de las presiones de vientos sobre las edificaciones según la norma COVENIN-MINDUR 2003-89.

No obstante, también se catalogó como un estudio de tipo documental, por cuanto se hizo necesaria la revisión de textos, revistas, monografías, recursos electrónicos como el Internet, entre otros, sobre tópicos alusivos a la materia para poder desarrollar el marco teórico que sirvió de base a esta investigación. A tal efecto, Risquez, Fuenmayor y Pereira (1999), expresan que la investigación documental tiene como propósito la revisión de fuentes documentales.

Recolectando, evaluando, verificando y sintetizando evidencias de los que se investiga, con el fin de establecer conclusiones relacionadas con el objetivo de la

62 investigación. Según su propósito, se trata de una investigación aplicada, por cuanto su fin principal es resolver un problema en un periódico corto de tiempo (Chávez, 2001).

La investigación aplicada o tecnológica, busca la obtención de un nuevo conocimiento técnico con aplicación inmediata a un problema determinado. Este tipo de investigación se fundamenta en los resultados de la investigación básica, la cual a su vez está supeditada a una necesidad social por resolver. Ambas prácticas no se pueden separar (Vélez, 2001).

3.2.

Diseño de la Investigación El diseño de la investigación se constituye en el plan o las estrategias que guían

al estudio en la búsqueda de las respuestas a las preguntas planteadas tendientes a

S

DO A V R

resolver un problema de investigación.

E

ES R S O

Para Cerda (1998), la definición de un diseño de investigación está determinada

H C E ER

por el tipo de investigación a realizarse y la hipótesis que va a probarse durante el

D

desarrollo de la misma.

En orden a lo anterior, la presente investigación fue no experimental, por cuanto la variable objeto de estudio, ¨ Determinación de los procedimientos de cálculo de los esfuerzos de viento sobre Edificaciones según la Norma COVENIN ¨, no fue sometida a ningún tipo de manipulación o variación, solo se observo su comportamiento en su ambiente real y en un momento dado.

Según

Hernández,

Fernández,

Y

Baptista

(2003),

la

investigación

no

experimental se realiza sin manipular deliberadamente las variables.

Es decir, se trata de la investigación donde no se hacen variar intencionalmente las variables independientes.

En la investigación no experimental se observan los fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para después analizarlos. Los sujetos son observados en su ambiente natural, en su realidad.

63 Señalan los mismos autores, que en estudios no experimentales no se construye ninguna situación, solo se observan situaciones ya existentes, no provocadas intencionalmente por el investigador, es decir, no existe un control directo por parte del investigador.

Ahora bien, tomando en consideración la evolución del fenómeno estudiado, la investigación fue de tipo transversal, ya que durante el desarrollo de la misma cada variable se midió una sola vez, es decir, en un momento dado de su evolución (Chávez, 2001).

En tal sentido, siguiendo Hernández, Fernández y Baptista (2003), este diseño tiene la finalidad de estudiar o realizar una sola observación del estado de una o

S

DO A V R

diversas variables en un momento dado, o bien cual es la relación entre un conjunto de

E

variables en un punto en el tiempo. Es decir, los diseños de investigación transeccional

ES R S O

o transversal, se definen como aquellos que recolectan datos en un solo momento, en

H C E ER

un tiempo único. Su propósito es describir las variables, y analizar su incidencia e

D

interrelación en un momento dado.

3.3.

Población y Muestra En esta parte de la investigación, el interés consiste en definir quienes y que

características deberán tener los sujetos (personas, organizaciones o situaciones y factores) objeto de estudio (Bernal, 2000). De acuerdo con Fracica (1988, p. 36), ¨población es el conjunto de todos los elementos a los cuales se refiere la investigación. Se puede definir también como el conjunto de todas las unidades de muestreo¨.

Para Jany (1994, p. 48) ¨población o unidad de análisis, es la totalidad de elementos o individuos que tienen ciertas características similares y sobre las cuales se desea hacer inferencia¨.

En efecto según Tamayo y Tamayo (2003) una población está determinada por sus características definitorias, por tanto, el conjunto de elementos con ésta característica se denomina población o universo. De allí que la población se defina

64 como la totalidad del fenómeno a estudiar donde las unidades de población poseen una característica común, la cual se estudia y da origen a los datos de la investigación.

Por otro lado, Hernández, Fernández y Baptista (2003) señalan la importancia de definir la unidad de análisis, es decir, quienes van a ser medidos (personas, organizaciones, entre otros), para ello se hace

necesario delimitar la población a

estudiar y sobre la cual se pretende generalizar los resultados. Igualmente, Selltiz, Jahoda, Deutsch Y Cook (1994), conceptualizan la población como el conjunto de todas las cosas convergentes con una serie de especificaciones.

Así mismo, indican la importancia de establecer claramente las características de la población, a fin de delimitar cuales serán los parámetros muéstrales que se fijarán

E

ES R S O

S

DO A V R

para lograr la selección de una muestra representativa.

En tal sentido, la población en esta investigación está constituida por todas las

H C E ER

normas y códigos existentes sobre el análisis de vientos sobre estructuras, y de

D

acuerdo con Chávez (2001), se consideró finita y accesible. En cuanto a la muestra señala Chávez (2001), es una porción representativa de la población, que permita generalizar sobre esta los resultados de una investigación, ya que hace posible extraer información que resulta imposible estudiar en la población, porque esta incluye la totalidad. En este sentido, en esta investigación se ha tomado para la muestra la norma COVENIN-MINDUR 2003-89.

3.4.

Técnicas e instrumentos de recolección de información Es importante destacar que los métodos de recolección de datos, se puede definir como

el medio a través del cual el investigador se relaciona con los participantes para obtener la información necesaria que le permita lograr los objetivos de la investigación.

Con relación a este punto, las técnicas utilizadas para la recolección de información, se basaron en la documentación bibliográfica mediante la consulta a varias instituciones como ha sido el caso de FONDO NORMA (Fondo para la normalización y certificación de la calidad) y COVENIN (Comisión Venezolana de Normas Industriales)

65 de donde se obtuvieron la asesoría y el material didáctico para la elaboración de esta investigación.

Por otra parte, se realizaron entrevistas las cuales comprenden la relación directa establecida entre el investigador y su objeto de estudio a través de individuos o grupos con el fin de obtener testimonios orales (Tamayo y Tamayo, 2003).

En el caso de esta investigación, las entrevistas se efectúan en forma no estructuradas sino en forma de asesoría técnica compuesta por los siguientes pasos: 

Revisión del material obtenido y procesado.



Observaciones durante la revisión del material obtenido y procesado



Recomendaciones técnicas para el mejoramiento del desarrollo del trabajo

3.5.

E

ES R S O

S

DO A V R

de Investigación.

Procedimiento metodológico de la investigación

H C E ER

La formulación y ejecución de la presente investigación involucra las siguientes

D

etapas con la finalidad de estructurar en físico en forma ordenada la investigación realizada cuyos pasos son:  Elaboración del proyecto y aprobación por parte del comité académico. 

Ejecución de la investigación, elaboración del planteamiento del problema, definición de los objetivos, justificación y delimitación de la investigación.



Desarrollo del marco teórico del estudio, a través de la revisión de antecedentes y bases teóricas, las cuales sustentaron la variable abordada en este trabajo, interpretación de la norma y determinación de los procedimientos de cálculos de presiones de viento sobre edificaciones.



Determinación del tipo y diseño de la investigación.



Selección de la población y muestra del objeto de estudio, para determinar a que sujetos aplicar el instrumento.



Elaboración del instrumento de recolección de datos.



Interpretación de los procedimientos y normas para la realización de análisis de presión de vientos sobre las estructuras.



Ejemplos de aplicación.

66 

Redacción definitiva del trabajo.



Elaboración de conclusiones y recomendaciones.

En otro orden de idea los procedimientos metodológicos empleados para alcanzar cada objetivo específico se narran a continuación.

Objetivo Nº 1. “Identificar o distinguir los criterios de la Norma COVENIN 2003 - 89”.  Revisión de las diferentes bibliografías en la cual se ha basado la Norma vigente para obtener la filosofía del cálculo. 

Esto no es más que los criterios utilizados en las investigaciones que dio

Objetivo Nº 2

E

ES R S O

H C E ER

S

DO A V R

origen a la norma COVENIN 2003 - 89.

“Elaborar los procedimientos de cálculo para estimar las fuerzas o

D

presiones del viento sobre las edificaciones”. 

Interpretación de la norma vigente paso a paso para elaborar un organigrama (diagrama de flujo), de procedimientos lógicos que permita estimar las fuerzas ó presiones del viento sobre edificaciones.

Objetivo Nº 3 “validar los procedimientos de cálculo elaborados a través de ejemplos prácticos” 

Para obtener un mejor entendimiento del procedimiento de cálculo se elaborará un conjunto de tres (3) ejemplos numéricos en forma ilustrativo, sencillo y didáctico.

CAPITULO IV

ANALISIS E INTERPRETACION E LOS RESULTADOS

4.1.

ANALISIS DE LA SITUACION ACTUAL Actualmente Venezuela cuenta con la norma COVENIN 2003 titulada “Acciones

del viento sobre las construcciones”; que es de carácter obligatorio para el cálculo de las acciones del viento para cualquier tipo de construcción en el país. Cuando haya

S

conflicto con otras normas vigentes, esta Norma privará en todos los aspectos

DO A V R

concernientes a las acciones por efecto del viento; salvo para construcciones en las especiales SE o E R especificaciones particulares H debidamente OS documentadas. C E R E D cuales

se

hayan

realizado

estudios

para

las

cuales

existan

El problema radica en que los ingenieros civiles de proyectos, en buena parte, no

saben aplicar correctamente la normativa vigente; debido a la falta de cursos de adiestramiento para los profesionales actuales. Y con respecto a los estudiantes la falta de información actualizada en los pensum de estudio donde se explique con detalles la aplicación de la norma correctamente y en su totalidad. Los ingenieros de proyecto muchas veces aplican la norma de manera simple y aproximada lo que conlleva a cometer graves errores a la hora de realizar combinatorias de cargas y por ende análisis y diseños no óptimos pero no confiables. Hay que recordar que para estructuras pesadas normalmente gobierna el sismo y para estructuras livianas gobierna el viento.

4.2.

ANALISIS DE LA SITUACION PROPUESTA

4.2.1. VALIDEZ, ALCANCE Y CRITERIOS GENERALES

68 4.2.1.1. VALIDEZ Y ALCANCE Estas normas están basadas fundamentalmente en la sección 6 de las normas ANSI A58.1-1982, ´Minimun Desingn Loads for Buildings and Other Structures´, del American Nacional Standards Institute (A.N.S.I) de Marzo de 1982, y en algunos aspectos se orientan de acuerdo al capítulo XXXVIII “Diseño por viento” del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, México, 1976. Se ha procedido a una reorganización general del ordenamiento original de la norma ANSI y se han adoptado en forma conveniente algunas ideas del reglamento mexicano. Respecto a las velocidades del viento establecidas en la norma se basan en los registros a nivel nacional del Servicio de Meteorología de la Fuerza Aérea Venezolana.

OS D A V deberán tomarse en cuenta En las construcciones sometidas a la acción del viento R E Scada caso, como por ejemplo: Een R aquellos efectos que puedan ser importantes S O tanto los locales utilizados para un elemento Hestáticos, C  Empujes y succiones E DER estructural en particular, como los generales para la estructura en conjunto. 

El efecto de turbulencia debido a las fluctuaciones en la velocidad del viento, el cual se manifiesta en vibraciones paralelas y transversales a la dirección del viento.



Las vibraciones transversales en la dirección del viento causadas por el desprendimiento del vértices en forma alterna



Efectos que requieren de estudio especializados tales como la inestabilidad aerodinámica, el aleteo, etc. Como se señala en el artículo C-A.2. de La NORMA COVENIN 2003.

Estas normas pueden aplicarse siguiendo el procedimiento general que se indica a continuación: a. Defina los criterios de análisis y diseño, de acuerdo a las especificaciones de la sección 2.2.9 (capítulo 3 de la NORMA COVENIN 2003 – 89). b. Clasifique la construcción en relación a su uso, conforme a la sección 2.2.1 (artículo 4.1 de la NORMA COVENIN 2003–89), y en relación a sus

69 características de respuesta ante la acción del viento, de acuerdo a lo especificado en la sección 2.2.2 (artículo 4.2 de la NORMA COVENIN 2003–89). c. Obtenga los dos parámetros que dependen de la zonificación eólica, los cuales son la “velocidad básica” del viento, seleccionada con base en la sección 2.2.3 (artículo 5.1 de la NORMA COVENIN 2003 – 89), y el tipo de exposición correspondiente al sitio donde se ubica la construcción, según lo establecido en la sección 2.2.4 y 2.2.5. (artículo 5.2 y 5.3 de la NORMA COVENIN 2003 – 89) d. Cuantifique las acciones siguiendo los procedimientos contemplados en la sección 2.2.6 (capítulo 6 de la NORMA COVENIN 2003 – 89)

4.2.1.2. CRITERIOS GENERALES HIPOTESIS SOBRE LA ACCIÓNEL VIENTO

OS D A V la variación de esta acción no permanecer estables, entendiéndose por estable cuando R E ES que agoten la resistencia de los ocasione deformaciones excesivasSo R tenciones HO C elementos o de la estructura en su totalidad. En relación a las deformaciones es E R E D las vibraciones indeseables que perturben la comodidad de los conveniente minimizar

Las construcciones proyectadas para resistir la acción del viento deberán

ocupantes o que puedan causar daños a los elementos no estructurales. Es importante señalar las diferencias esenciales que existen en relación a los proyectos de las construcciones sometidas a la acción del viento con respecto a las acciones por sismo. El viento se caracteriza por actuar durante un tiempo relativamente largo y en una misma dirección y la capacidad de deformación de la estructura no contribuye a disminuir los efectos de esa acción. Al contrario, la acción sísmica se caracteriza por su corta duración y su cambio de dirección y sentido en intervalos de tiempo muy cortos, siendo importante la capacidad de deformación de la estructura para disipar energía. Por otra parte, el efecto del sismo es proporcional a la masa d la construcción y no a su área expuesta, como ocurre con el viento. El viento puede tener efectos dinámicos similares a los del sismo. En general, las acciones por el viento pueden representarse mediante tres componentes orientadas según los ejes de un sistema ortogonal de coordenadas espaciales. En el caso

70 particular de las construcciones más frecuentes es posible considerar solo dos componentes. Con respecto a los efectos de torsión en planta, aunque se conocen algunos casos significativos de respuesta torsional, dada la escasa información disponible sobre el tema, puede considerarse que para las construcciones usuales el efecto de torsión en plata es despreciable. Para evaluar las acciones por viento usualmente se supone que la construcción está aislada. Sin embargo, se hace la advertencia sobre los posibles efectos desfavorables

que

pueden

presentarse

en

los

casos

de

interacción

entre

construcciones adyacentes.

RELACION CON OTRAS NORMAS COVENIN-MINDUR

OS D A V según lo estipula la NORMA no despreciable de ocurrir simultáneamente con el R viento, E ES R COVENIN-MINDUR 2002 “AccionesS Mínimas para el Proyecto de Edificaciones”. O H C E R E A títuloD informativo, se indican a continuación las combinaciones relacionadas Se analizaran todas las combinaciones de acciones que tengan una probabilidad

con la acción del viento más frecuente utilizadas en las normas de diseño aplicables al material empleado: a. Combinaciones de acciones para normas que utilizan el método de las tenciones admisibles, por ejemplo el artículo 7.6 de las NORMAS COVENIN-MINDUR 1618 “Estructuras de acero para edificaciones” :

Nomenclatura de la Norma CP + CV

(C-3.2.1.a)

0.75 (CP + CV + W)

(C-3.2.1.b)

0.75 (CP + W)

(C-3.2.1.c)

El factor de 0.75 equivale al incremento del 33% en las tensiones admisibles contemplado en la citada norma. Al utilizar la combinación (C-3.2.1.b) con cargas variables relativamente bajas, puede resultar inseguro incrementar las tenciones admisibles. Para lograr un nivel adecuado de seguridad debe considerarse un mayor

71 periodo de retorno para la “velocidad básica” del viento. La combinación (C-3.2.1.c) tiene por objeto detectar cualquier posible inversión de signo en las tensiones, en este sentido cumple un papel análogo a la combinación (C-3.2.2.c). En el caso especifico de edificios industriales con vigas de sustentación para grúas, pueden resultar muy conservador considerar las cargas de grúas como acciones variables en las combinaciones que incluyan las acciones del viento. b. Combinaciones de acciones para normas que utilizan el Método de Agotamiento Resistente. “Estructuras de concreto armado para edificaciones. Análisis y diseño”, o la nueva norma LRFD del AISC.

OS D A (C-3.2.2.a) RV

Nomenclatura de la Norma

E

ES R S O

1.4 CP + 1.7 CV

0.75 (1.4CP + 1.7CV + 1.7W)

H 0.9C CP + 1.3 W E

DER

(C-3.2.2.b)

(C-3.2.2.c)

ESTABILIDAD DE LOS COMPONENTES Y CERRAMIENTOS Las presiones interiores, en combinación con las exteriores, controlan fundamentalmente el diseño de los componentes y cerramientos. En relación a la adecuada fijación de las correas de techo y los parales de fachada cuando están sometidos a los efectos de succión.

LA

ESTABILIDAD

DURANTE

LAS

ETAPAS

DE

MONTAJE

Y

CONSTRUCCION Los arriostramientos temporales a los que se refiere esta Norma podrán ser apuntalamientos, cruces de San Andrés, anclajes provisionales e incluso la protección ofrecida por construcciones adyacentes. Las precauciones que se tomen deberán corresponderse al tipo de Exposición que se aplique y al grado de incidencia de los vientos de acuerdo con la época del año.

4.2.2. Procedimientos de Cálculo

72 4.2.2.1. Procedimiento de cálculo de las acciones de viento sobre una valla: El procedimiento: 

Geometría de la valla



Clasificación según su uso



Factor de importancia eólica (α)



Clasificación según la característica de respuesta.



Velocidad de diseño del viento V (Km/hr).



Tipo de exposición.



Parámetros : K para Z ≤ 4.50m y Z

4.50m

K para h ≤ 4.50m y h

4.50m



Presión dinámica. Q (Kg/m²) q = 0.00485 K α V²

   

E

ES R S Factor ante ráfagas HOG C E R + 3.65 δ G =E 0.65 D

S

DO A V R

Parámetros para el cálculo del factor ante ráfagas G, k, Β, Zg

Coeficiente de forma CF

Presión sobre la valla ( Kg/ m²) P = g x G x CF

4.2.2.2. Procedimiento de Cálculo de las Acciones el Viento sobre un Galpón de dos aguas: El procedimiento: 

Geometría.



Clasificación según su uso.



Factor de importancia eólica (α).



Tipo de exposición.



Velocidad de diseño



Clasificación según la característica de Respuesta. ( art. 2.2.2)



Acciones sobre el sistema resistente al viento tabla 2.5 (a)



Coeficiente GCpi ( sección 2.2.7.5 )

73 

Factor de respuesta ante ráfagas Gh (sección 2.2.7.4.) de la tabla 2.9 (a), tipo de exposición y la altura h.



Coeficiente Cp (sección y tabla 2.10 )



Presión dinámica q (sección 2.2.7.3.); donde k obtiene de la tabla 2.7.



Calculo de la presión del viento P ( Kg/ m²)



Acciones sobre componentes y cerramientos  Tipo de exposición (sección 2.2.5.2); de conformidad con la tabla 2.2.  Acciones tabla 2.5 (b)  Coeficientes GCpe (sección 2.2.7.5. y tablas 2.11 (a) y (b)  Cálculo de las presiones de viento sobre las componentes y cerramientos P ( Kg/ m²)

OS D A V Viento sobre un edificio: R 4.2.2.3. Procedimiento de Cálculo de las Acciones del E ES R El procedimiento: S HO C E ER D  Clasificación según su uso. 

Factor de importancia eólica (α).



Velocidad de diseño V (Km/hr).



Tipo de exposición.



Clasificación según la característica de respuesta. (art 2.2.2).



Acciones sobre el sistema resistente al viento. Tabla 2.5 (a).



Coeficiente Cp (sección y tabla 2.10).



Factor Gh (sección 2.2.7.4.) tablas 2.6 y 2.8.



Presión dinámica q (sección 2.2.7.3).



Presiones y Fuerzas en la dirección del viento F.



Acciones sobre componentes y cerramientos  Tipo de exposición (sección 2.2.5.2).  Acciones P (Kg/ m²).  Coeficientes GCpi (sección 2.2.7.5.).  Coeficientes GCpe (sección 2.2.7.5. y tablas 2.11 (a) y (b).  Succiones en la dirección del viento (Kg/ m²).

74

4.2.3. Validación de los Procedimientos de Cálculo Elaborados a Través de Ejemplos Prácticos.

4.2.3.1. Estimación de la Presión del Viento sobre una valla (Ver ejemplo en apéndice N°1). Es una valla de 5 m de altura, el tablero tiene dimensiones de altura h= 3m y ancho a= 8m cuyos resultados son: 8m

15.54 Kg/ m²

3m

0.5m

DO A V R

2m

ECH

DER

2m

2m

4m

E

ES R S O

S

30 Kg/m²

6.437 Kg/ m²

2m

2m

FIG. 4.1 VISTA FRONTAL

FIG. 4.2 VISTA LATERAL

4.2.3.2. Estimación de la Presión del Viento sobre un Galpón de dos aguas (ver apéndice N° 2). Es un galpón que tiene las siguientes dimensiones ancho = 19.50mts; largo = 34mts; altura h = 6mts; flecha del techo f = 3.75mts; alero del techo perimetral = 1 mts. El techo es a dos aguas con un ángulo de inclinación de 21,04°. Los resultados obtenidos son:

75

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

76

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

77

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

78

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

79

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

80

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

81 4.2.3.3. Estimación de la Presión del Viento sobre un edificio (Ver ejemplo en apéndice n°3). El edificio tiene dimensiones en planta de 15m x 20m, y está conformado por una mezanine de 5mts de altura y 15 pisos de 3mts cada uno. La altura total del edificio es de 50mts.

Los resultados obtenidos son:

E

ES R S O

H C E ER

D

S

DO A V R

50 m Dirección de viento

15m

20m

82 Fuerza.

Edificio.

F 16 = 3060 Kg F 15 = 6036 Kg F 14 = 5946 Kg F 13 = 5856 Kg F 12 = 5706 Kg F 11 = 5670 Kg F 10 = 5568 Kg

OS H C E

DER

F 07 = 5226 Kg

N - 16 . N - 15 . N - 14 . N - 13 . N - 12 . N - 11 . N - 10 . N - 09 . N - 08 . N - 07 . N - 06 . N - 05 . N - 04 . N - 03 . N - 02 . N - 01 . N-0 .

R

F 06 = 5094 Kg F 05 = 4950 Kg F 04 = 4794 Kg F 03 = 4620 Kg F 02 = 4410 Kg F 01 = 5544 Kg F 0 = 3425 Kg 15m

Fuerzas y Cortes

ܸଵ଺ = 3060 Kg ܸଵହ = 9096 Kg ܸଵସ = 15042 Kg ܸଵଷ = 20848 Kg ܸଵଶ = 26604 Kg ܸଵଵ = 32274 Kg

S ADO

V R E ES

F 09 = 5466 Kg F 08 = 5352 Kg

Cortes.

ܸଵ଴ = 37274 Kg ܸ଴ଽ = 43308 Kg ܸ଴଼ = 48660 Kg ܸ଴଻ = 53886 Kg ܸ଴଺ = 58980 Kg ܸ଴ହ = 63930 Kg ܸ଴ସ = 68724 Kg ܸ଴ଷ = 73344 Kg ܸ଴ଶ = 77754 Kg ܸ଴ଵ = 83298 Kg ܸ଴ = 86723 m

E

ES R S O

S

DO A V R

APÉNDICE N°1

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LA NORMA

H C E ER DE VIENTO EN UNA VALLA SIN ABERTURA DANÁLISIS

Ejemplo: Análisis de viento en una Valla. 8m

3m 5m

2 m

S

DO A V R

1. Datos:   

SE E R Sviento V (Km/hr) = 96 Km/hr. ( Tabla 2.4) Velocidad del diseño Odel H C E según sus uso: Grupo B. Sección 2.2.1) R Clasificación E D Factor de importancia eólica α = 1 (Sección 2.2.1.2)



Según características de respuesta: Tipo II. (Sección 2.2.2)



Tipo de exposición : A. (Sección 2.2.4)



Parámetros de cálculo: B = 3 ; Zg = 460 m (Tabla 2.6)

2. Calculo de Kh 

Para h ≤ 4.50m

Kh = 0.118 (Tabla 2.7)



Para h

Kh = 0.126

4.50m

3. Factor de respuesta entre ráfagas (A). (Sección 2.2.7.4)



Para h ≤ 4.50m

Gh = 2.359



Para h

Gh = 2.299

4.50m

Tabla 2.9 (a)

4. Coeficiente de empuje. (Tabla 2.15)

3m 8m

M = 8m

ெ

N = 3m

Cf = 1.2

ே

=

଼ ଷ

= 2.67 ൏ 6

Tabla 2.15 de la Norma

5. Presión dinámica (Kg/m²) 

Para h ≤ 4.50m qh = 0.00485 x Kh x α x V² qh = 0.00485 x 0.118 x 1 x (96)² = 5.274 Kg/m²

6.

S

DO A V qh = 0.00485 x 0.126 x 1 x (96)² = 5.632 ERKg/m² S E SR O H C E Presión (Kg/m²) R DE 

Para h

4.50m

P = qh x Gh x Cf 

Para h ≤ 4.50m. P = 5.274 x 2.359 x 1.20 = 6.437 Kg/m²



Para h

4.50m.

P = 5.632 x 2.229 x 1.20 = 15.54 Kg/m² Por norma la presión mínima es 30 Kg/m²

E

ES R S O

S

DO A V R

APÉNDICE N° 3

EJEMPLO DE LA APLICACIÓN NORMA

D

H C E ER

ANALISIS DE VIENTO EN GALPON ABIERTO

ACCIONES DEL VIENTO SOBRE UNA EDIFICACION CON ALTURA MAYOR DE 20M. Calcular las acciones eólicas sobre el edificio en concreto armado re-presentando esquemáticamente en la figura, con la siguiente información: Clasificación según el uso: grupo b Factor de importancia eólica: α = 1.0 Velocidad básica: v= km/h Tipo de exposición: b

E

ES R S O

H C E ER

D

S

DO A V R

15 C / 3 = 45 m

Viento E 5m

15m

20m

SOLUCION

1. CLASIFICACIÓN

SEGÚN

LAS

CARACTERISTICAS

DE

RESPUESTA

(ARTICULO 4.2) Relación de esbeltez= 50/ 15 = 3.33 > 5 En lugar de calcular el período natural de vibración con la fórmula (B.3), usaremos la expresión del artículo 9.2.2 de la normas COVENIN-MINDUR 1756 ‘Edificaciones Antisísmicas’. = 0,061

/

(9.4) =1.15 s

E

ES R S O

S

DO A V R

/

= 0,061 x 50

La construcción se clasificará como Tipo I. 2.

H C E ER

D

ACCIONES DEL VIENTO (SECCIÓN 2.2.7.2 )

2.1 ACCIONES SOBRE ELSISTEMA RESISTENTE AL VIENTO Según la tabla 2.5 (a): A barlovento =

(2.2a)

=

(2.2b)

A sotavento

2.1.1 COEFICIETES

(SECCIÓN 2.2.7.5 Y TABLA 2.10)

Fachada a barlovento:

= 0.8

Fachada a sotavento: Con l/b = 15/20 = 0.75, Fachadas laterales y techo;

2.1.2 FACTOR

= - 0.5

= - 0.7

(SECCIÓN 2.2.7.4)

Con las fórmulas (2.11) y (2.12) y los valores de las constantes de las tablas 2.6 y 2.8 para el Tipo de exposición b se obtiene:

=

.

√ . ⁄

/ .

= 0.161

= 0.65 + 3.65

2.1.3

= 1.24

(2.12)

DOS

(2.11)

A V R E PRESIÓN DINÁMICA q (SECCIÓN S2.2.7.3) E R Según la fórmula genérica: OS H C E R q = 0.00485 K α V² E D

2.1.4 PRESIONES Y FUERZAS EN LA DIRECCIÓN DEL VIENTO. Por brevedad se omiten las acciones sobre los planos paralelos a la dirección del viento (fachadas laterales). La fuerza de viento aplicada en cada nivel se obtiene multiplicando la presión por el área tributaria e cada nivel: F= p En donde: P= Suma vectorial de las acciones a barlovento

, de empuje, y a sotavento

, de succión. = Área tributaria, igual al ancho de la superficie expuesta b= 20 m por la altura tributaria Δ . El empuje total de viento sobre el edificio es de 86723 Kgf. Para fines de análisis de la estructura por cargas laterales, la fuerza de viento en cada nivel se asignará a cada uno de los pórticos en la dirección del viento proporcionalmente al ancho tributario de éstos.

H C E ER

D

E

ES R S O

S

DO A V R

2.2. ACCIONES SOBRE COMPONENTES Y CERRAMIENTOS 2.2.1 TIPO DE EXPOSICIÓN (SECCIÓN 2.2.5.2) De conformidad con la tabla 2.2 será Tipo B. 2.2.2 ACCIONES (TABLA 2.5 (b) ) A barlovento: p=

(+

)-

(2.5 a)

(-

)-

(2.5 b)

A sotavento: P=

S

DO A V R

2.2.3 COEFICIENTES

(SECCION 2.2.7.5)

SE E R Se supone que lasO aberturas S en las fachadas son tales que permiten H C E adoptar el valor R E D = ± 0.25 2.2.4 COEFICIENTES

(SECCION 2.2.7.5 Y TABLAS 2.11 (c) y (d)) = 15 m y h = 50 m, a = 0.75 m

Ancho a : Con SUPERFICIE

NIVEL

ZONA

AREA m²

GCPE

1

1

85

0.80

2Y3

3.75

1.00

1

5.1

0.80

2Y3

2.25

1.04

1

51

-0.80

2

2.25

-1.80

3

2.25

-2.50

4

84

-1.00

5,6,7

4.0

-2.00

FACHADAS a 2 A 16 BARLOVENTO FACHADAS a

1 A 16

SOTAVENTO TECHO

16

2.2.5 SUCCIONES EN LA DIRECCION DEL VIENTO,

Kgf / m2

ACCIONES SOBRE COMPONENTES Y CERRAMIENTOS BARLOVENTO NIVEL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

ZONA 1 18.5* 19.3* 23.8* 27.5* 30.6 33.4 35.9 38.2 40.4 42.4 44.2 46.1 47.8 49.4 50.9 52.5 54.0

ZONAS 2Y3 22.7* 23.0* 28.4* 32.8 36.4 39.8 42.8 45.5 48.1 50.5 52.6 54.9 56.9 58.8 60.6 62.5 64.3

SOTAVENTO

H C E ER

D

ZONA 2 96.9 97.1 98.2 99.1 99.8 101 101 102 102 103 103 104 104 104 105 105 105

S

DO A V R

E

ES R S O

ZONA 1 45.5 45.7 46.8 47.7 48.4 49.1 49.7 50.2 50.7 51.2 51.6 52.1 52.5 52.9 53.2 53.6 54.0

ZONA 3 133 133 134 135 136 136 137 138 138 139 139 139 140 140 141 141 141

*DE CONFORMIDAD CON LA SECCIÓN 2.2.7.2, SE UTILIZARÁ 30 Kgf/m2 COMO ACCIÓN MÍNIMA.

En el techo las succiones tienen las siguientes magnitudes: Zona 4: P = - 67.6 kgf/ Zona 6, 7: P = - 122 kgf/