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• Rosmery Meneses Zapana

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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 construcciones. 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, la forma de la superficie expuesta al viento, la zona o región.

1. GENERALIDADES La estructura, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas 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 éste actúa en dos direcciones horizontales perpendiculares entre sí. En la estructura la ocurrencia de presiones y succiones exteriores serán consideradas simultáneamente.

2. CLASIFICACION DE LAS EDIFICACIONES De acuerdo al Artículo 12.2 del Reglamento Nacional de Edificaciones, las edificaciones se clasifican en: TIPO 1. Edificaciones poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento, tales como edificios de poca altura o esbeltez y edificaciones cerradas con cobertura capaz de soportar las cargas sin variar su geometría. Para este tipo de edificaciones, se aplicará lo dispuesto en 3.7.3 y 3.7.4. TIPO 2. Edificaciones cuya esbeltez las hace sensibles a las ráfagas, tales como tanques 6 elevados y anuncios y en general estructuras con una dimensión corta en el sentido del viento. Para este tipo de edificaciones la carga exterior especificada en 3.7.4 se multiplicará por 1,2. DISEÑO EN ACERO Y MADERA | Cargas debidas al Viento

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL TIPO 3. Edificaciones que representan problemas aerodinámicos especiales tales como domos, arcos, antenas, chimeneas esbeltas y cubiertas colgantes. Para este tipo de edificaciones las presiones de diseño se determinarán a partir de procedimientos de análisis reconocidos en ingeniería, pero no serán menores que las especificadas para el Tipo 1.

3. VELOCIDAD DE DISEÑO La velocidad de diseño del viento hasta 10 m de altura será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación (Ver Anexo) pero no menos de 75 Km/h. La velocidad de diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión.

V h=V (h/10)0.22 Dónde: Vh V h

: velocidad de diseño en la altura h en Km/h : velocidad de diseño hasta 10 m de altura en Km/h : altura sobre el terreno en metros

4. CARGA EXTERIOR DEL VIENTO La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará mediante la expresión:

Ph=0.005 C V h

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dónde: Ph: presión o succión del viento a una altura h en Kgf/m2 C : factor de forma adimensional indicado en la Tabla 3.7.4 (RNE) Vh: velocidad de diseño a la altura h, en Km/h definida en 3.

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Efectos del viento sobre un edificio bajo con techo inclinado. a) flujo del aire en el edificio; b) el viento ejerce presión sobre la pared de barlovento, succión sobre la de sotavento y succión y levantamiento sobre el techo de poca pendiente; c) cuando el techo es muy inclinado, actúa una presión sobre el lado del barlovento y una succión sobre el sotavento; d)distribución de presiones sobre paredes y el techo, supuesta para el Cargas debidas al Viento diseño de arriostramiento

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TABLA 3.7.4 FACTORES DE FORMA (C)* CONSTRUCCIÓN BARL SOT OVE AVE NTO NTO Superficies verticales de +0,8 -0,6 edificios Anuncios, muros aislados, elementos con +1,5 una dimensión corta en el sentido del viento Tanques de agua, chimeneas y otros de +0,7 sección circular o elíptica Tanques de agua, chimeneas, y otros de +2,0 sección cuadrada o rectangular Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo ±0,8 -0,5 de inclinación que no exceda 45° Superficies +0,3 inclinadas a 15° o -0,6 -0,7 menos Superficies +0,7 inclinadas entre 15° -0,6 -0,3 y 60° Superficies inclinadas entre 60° +0,8 -0,6 y la vertical Superficies verticales ó inclinadas(planas ó -0,7 -0,7 curvas) paralelas a la dirección del viento * El signo positivo indica presión y el negativo succión.

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5. CARGA INTERIOR DE VIENTO Para el diseño de los elementos de cierre, incluyendo sus fijaciones y anclajes, que limitan en cualquier dirección el nivel que se analiza, tales como paneles de vidrio, coberturas, alféizares y elementos de cerramiento, se adicionará a las cargas exteriores calculadas según 3.7.4, las cargas interiores (presiones y succiones) calculadas con los factores de forma para presión interior de la Tabla 3.7.5 Tabla 3.7.5 FACTORES DE FORMA PARA DETERMINAR CARGAS ADICIONALES EN ELEMENTOS DE CIERRE (C)

ABERTURAS Uniforme en lados a barlovento y sotavento

Principales en lado a barlovento

Principales en lado a sotavento o en los costados

±0,3

+0,8

-0,6

6. ANÁLISIS DE CARGAS DEBIDAS AL VIENTO La evaluación de estos efectos se determina como la presión dinámica que ejerce el viento tratado como un fluido la cual es convertida a una presión estática equivalente mediante una serie de consideraciones. Suponiendo 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 Bernoulli: Presión Dinámica q = ½∙ρ∙V2 (Bernoulli) Presión dinámica a Presión estática equivalente q = presión dinámica ρ=densidad del aire =1.25k/m3 V = velocidad básica del viento (m/s) q = 0.5x1.25xV2 = 0.625v2 6

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Velocidad básica del viento: Depende del período que se considere para su evaluación: ‐ Velocidad máxima mensual ‐ Velocidad máxima anual DISEÑO EN ACERO Y MADERA | Cargas debidas al Viento

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ‐ Velocidad máxima promedio ‐ Velocidad máxima esperada en x años con una probabilidad P de ser excedida ‐ Velocidad de ráfaga con una duración t y una probabilidad p de ser excedida NSR‐98: velocidad de ráfaga de 3 segundos de duración y probabilidad de ser excedida una vez en 50 años ASCE 7‐05: velocidad “fastest mile” definida como la velocidad promedio de un viento con un frente de onda de 1 milla de longitud. Para obtener velocidades de viento equivalentes con diferentes períodos promedio Durst (1960), 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 Vt con la velocidad esperada en una hora Vh

Gráfico de Durst (1960) –Conversión de velocidad promedio Vt = velocidad máxima probable en un tiempo t Vh = velocidad máxima probable en una hora



Velocidad del viento de diseño: Depende de múltiples factores: ‐ Rugosidad del terreno ‐ La altura a la cual se mida ‐ Las características topográficas del lugar ‐ La localización geográfica del lugar (mapa de amenaza eólica) eólica) La velocidad del viento de diseño se halla partiendo de la velocidad básica del viento afectada por una serie de factores que tienen en cuenta factores como: topografía del lugar, rugosidad del terreno, tamaño de la edificación, su altura sobre el terreno, su importancia y ráfagas. 6

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La evaluación de las presiones ejercidas por el viento debe tener en cuenta factores adicionales: ‐ Turbulencias ‐ Presencia de obstáculos ‐ Patrón de flujo alrededor de la edificación ‐ La dirección del viento ‐ Las dimensiones de la edificación: largo, ancho y altura ‐ Las relaciones entre sus dimensiones 1. OBSTRUCCIÓN 2. OBSTRUCCION INCLINADA

+

SUPERFICIE

3. OBSTRUCCION + SUPERFICIE MAYOR INCLINACIÓN

DE

CARGA DE VIENTO: NSR‐98 REFERENCIA: NSR‐98 –CAPITULO B.6 El 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 metodología 6 correspondiente. Métodos: –Análisis simple –Análisis completo DISEÑO EN ACERO Y MADERA | Cargas debidas al Viento

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PROCEDIMIENTO ANÁLISIS SIMPLE Presión producida por el viento:

p=C p∗q∗S 4

Dónde: Cp= coeficiente de presión –Tablas B64‐2 y B64‐3

q= Valores obtenidos en funciónde la velocidad básica del viento (Mapa de amenaza eól ica) y la altura de la edificación (Presión dinámica del viento) Tablas B.6.4-1

S4= coeficiente de densidad del aire –Tabla B66

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL PROCEDIMIENTO ANÁLISIS COMPLETO PASO 1: Determinar velocidad del viento básico (V) (Mapa de amenaza eólica) PASO 2: Determinar Donde

V S =V∗S1∗S 2∗S3

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

S 2=coeficiente de rugocidad del terreno ,tamaño del eficio y altura sobre el terreno

S 3=coeficiente que tiene en cuentael grado de seguridad y de vidautil de la estructura

*Construcciones temporales, estructuras agrícolas y de mantenimiento

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PASO 3: Determinar la presión dinámica del viento

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S 4 =coeficiente de densidad del aire

PASO 4: Presión ejercida por el viento (p)

p=C p∗q

Dónde:

q= presión dinamica del viento( PASO 3) C p =coeficiente de presión → C p=C pe∗C pi C pe =coeficiente de presión externa C pi =coeficiente de presióninterna Simplificación: para cubiertas usar Cp – (Tablas B.6.7‐7 y B.6.7‐7a)

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6 SOLUCIÓN

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Finalmente:

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WEBGRAFIA: http://sites.ieee.org/panama/files/2013/05/Capitulo-3-Cargas-de-Viento.pdf http://www.eac.com.co/files/Cargas%20de%20viento%20-%20Gilberto %20Areiza.pdf http://cgservicios.df.gob.mx/prontuario/vigente/741.htm http://html.rincondelvago.com/acciones-en-la-edificacion.html http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2888/1/T-%20ESPE-%20030525.pdf

ANEXO: MAPA EOLICO DEL PERÚ 6

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