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Estructuras de Aceros

CARGAS DE VIENTO. OBJETIVOS. ✔ Conocer y diferenciar las magnitudes de cargas de viento en edificaciones de

tamaño moderado. INTRODUCCION Y MARCO TEORICO. Igual que cualquier fluido en movimiento, el viento ejerce presión (fuerzas por unidades de área) sobre la superficie de cualquier cuerpo con la que entra en contacto. Sin embargo todavía se requiere efectuar mucho trabajo, ya que la estimación de estas fuerzas de ninguna manera puede clasificarse como una ciencia exacta. Las magnitudes de cargas de viento varían con la localidad geográfica, las alturas sobre el nivel del terreno, los tipos de terreno que rodean a los edificios, incluyendo otras estructuras y algunos otros factores. Por lo general se supone que las presiones del viento se aplican uniformemente a la superficie de barlovento de los edificios y que pueden proceder de cualquier dirección. Estas hipótesis no son muy precisas ya que las presiones no son uniformes sobre grandes aéreas, por ejemplo cerca de la esquina de los edificios probablemente son mayores que en cualquier otra zona. Velocidad básica del viento (V). La velocidad básica del viento (V), usadas para determinar las cargas del viento de diseño de edificios y otras estructuras, se define como la velocidad de una fatiga de viento de tres segundos de duración en millas por hora, a 33 pies (10 metros) sobre el nivel del suelo en la categoría C de exposición, según la definición de la sección 6.5.6.1 de las ASCES, y se asocia con una probabilidad anual de 0.02 de ser igualada o excedida para un intervalo de recurrencia promedio de 50años. Factor de importancia para cargas de viento (Iw). El mapa de la velocidad del viento de las ASCES se basa en una probabilidad anual de 0.02 de la velocidad del viento se exceda (periodo de retorno promedio 50años). Se recomienda utilizar las velocidades básicas del viento asociadas a un periodo de retorno promedio a 100 años para el diseño de estructuras se consideran como instalaciones esenciales. Asimismo las estructuras que representen un bajo riesgo para la vida y propiedades podrán diseñarse al utilizar las velocidades básicas del viento asociadas a un periodo de recurrencia promedio de 25 años. El factor de importancia para viento, Iw, proporcionado en la tabla 6-1 de las ASCES, ajustan al velocidad de diseño del viento a una probabilidad anual de ser excedida para valores diferentes.

Presión de velocidad (qz).

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En las ecuaciones 6-13 de ASCES se señalan la presión de la velocidad, qz, que define el clima del diseño por viento de forma independiente de la estructura, esto es: qz=0.00256*Kz*Ku*Kd*Iw*V2 (4.7.1)

Donde: V= velocidad básica del diseño de viento (mph). Iw= factor de importancia que representa los diferentes periodos medios de recurrencia

de las velocidades de diseño del viento, adimensional. Kz= coeficiente de exposición de la presión de velocidad para el terreno y la altura sobre

el suelo, adimensional. Ku= factor topográfico (=0.1 para terreno plano), adimensional. Kd= factor de direccionalidad del viento (=0.85 para edificios), adimensional.

Z= altura sobre el nivel del suelo, donde se evalúa la presión de velocidad, pies… En la tabla 6-5 de ASCES se muestra los valores de Kz a 500 pies sobre el suelo para las categorías de exposición A, B, C y D. observe que trabajo de 15 pies de altura, el valor de Kz se toma como una constante (Kz determinando a 15 pies) debido a la elevada turbulencia cerca del suelo. El valor de Kz es de 1 debido a que la velocidad básica del viento de la norma se relaciona con la exposición y con la altura sobre el suelo. El valor de Kz varia de un mínimo de 0.32 (para 0-15 pies, exposición). A) A un máximo de 1.89 (para una altura de 500 pies, exposición. El factor de direccionalidad del viento Kd representa la probabilidad reducida de los máximos vientos provenientes de cualquier dirección y la probabilidad reducida del coeficiente de máxima presión que ocurre para cualquier dirección. Es igual a 0.85 para edificios. El efecto de la velocidad del viento hacia arriba en colinas aisladas, cerros y acantilados, que constituyen cambios abruptos de la topografía en general, se incluye en el diseño mediante el factor topográfico, Ku, es igual a uno como terreno plano. Presión de diseño del viento (P). En un edificio con techo de dos aguas y planta rectangular, el viento ejerce presión sobre el muro de barlovento, succión sobre los muros laterales y de sotavento, succión sobre el techo inclinado de sotavento, y succión y presión sobre el techo de barlovento, (fig. 4.7.1). Además como los edificios no son en su totalidad herméticos, en su inferior también pueden estar sometidos a presión o succión. Las ASCES proporcionan varias ecuaciones para la presión de diseño del viento, (p), la cual es la presión estática equivalente utilizada para determinar las cargas de viento para los edificios. La elección de la ecuación depende de la altura y flexibilidad de la estructura, y también depende de si el diseño es para el sistema resistente principal a las fuerzas del viento o para los componentes y revestimientos del edificio. Por ejemplo las presiones de diseño del, 2

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viento sobre edificios rígidos de todas las alturas, para los sistemas resistentes al viento principales, esta dado por una ecuación de dos términos (ecuación 6-15 de ASCES) compuesta de presiones tanto extremas como internas que se pueden expresar como: p=pe-pi (4.7.2)

O de manera mas explicita y conservadora como, p=qzGCp-qh(GCpi) Para muro de barlovento (4.7.3ª9 p=qhGCp-qh(GCpi) , para muro de sotavento, muros laterales y techo (4.7.3b)

Donde: p= presión de diseño del viento, psf. pe= presión extrema del viento, psf. pi=presión interna del viento, psf.

Z= altura sobre el nivel del suelo. qz= presión de velocidad calculada a la altura z sobre el suelo (según la tabla 6-5, caso 2

de ASES), spf. h= altura media del techo de un edificio (la altura del alero se utiliza para el angulo θ del techo menor o igual a 10º). qh= presión de velocidad calculada a la altura h (según la tabla 6-5, caso 2, de ASCES),

psf. Cp= coeficiente de presión externa según la figura 6-3 de las ASCES.

G= factor del efecto ráfaga según la sección 6.5.8 de las ASCES. GCpi= coeficiente de presión interna según la tabla 6-7 de la ASCES.

La presión de diseño debe aplicarse de manera simultánea sobre los muros de barlovento y de sotavento, y sobre las superficies del techo, normal a la superficie.

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Coeficiente de presión externa Cp. La presión de diseño del viento sobre la estructura se determina al multiplicar las presione de velocidad aplicables por coeficientes de presión adecuados. Los coeficientes de presión extrema definen la presión o la succión que actúa de manera perpendicular sobre las superficies extremas de un edificio o estructura. Un coeficiente de presión negativo indica succión (alejándose de la superficie) diferente de la presión positiva (dirigida hacia la superficie). Los coeficientes positivos y negativos se especifican para Cp , y en el diseño se debe utilizar la combinación más favorable. Los coeficientes de presión se han recopilado a partir de pruebas a escala manual y de túnel de viento, y de acuerdo con la literatura previa disponible. Factor de ráfaga G. Para estructuras rígidas, el valor del efecto ráfaga G se puede tomar como 0.85 o se calcula mediante los métodos dados en la sección 6.5.8 de las ASCES. Coeficiente de presión interna GCpi. Las presiones internas se deben a aberturas en los muros, y su magnitud y sentido depende del área de tales aberturas. Pueden ser aberturas permanentes o aberturas causadas por tormentas o fugas de aire. Las puertas y ventanas en uso deben considerarse como aberturas, ya que puedan quedarse abiertas, de manera inadvertida, durante fuertes vientos. Asimismo, si hay probabilidad de que puertas y ventanas se rompan durante una tormenta por la acción de escombros originados por el viento, los edificios se clasifican, en la sección 6.2 de las ASCES, como abiertos, parcialmente te cerrados o cerrados.

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Cargas de diseño de viento. El proceso de evaluación de cargas de viento sobre el edificio empieza al establecer una velocidad básica del viento en millas por hora, que depende de la ubicación geográfica de la estructura. Esta velocidad después de dar tolerancia permisible para categorías de exposición, la importancia de la estructura, la variación de la velocidad con la altura, la dirección del viento y la topografía, se convierte entonces en presión de velocidad en psf. Enseguida se aplicara una diversidad de coeficientes de modificación para llegar a la presión del viento del diseño (en psf) que se impone a todo el edificio o a partes especificas del mismo. Las distribuciones de la presión de diseño del viento a lo largo del costado del edificio, se convierte en cargas del viento que actúan sobre el armazón estructural, si se toma en cuenta la manera en que el revestimiento está aportando. En edificios de varios pisos, las cargas de viento casi siempre se aplican como cargas nodales. La mitad de cargas de viento, que actúan sobre el panel rectangular del muro limitado por dos líneas de columnas adyacentes de dos niveles de pisos adyacentes, se aplica a la trabe perimetral ubicado en la parte inferior de dicho muro. Distribución de la presión del viento. Determine la distribución de la presión del viento sobre las cargas de barlovento y sotavento, y el techo de un edificio de oficinas de cuatro pisos localizados a nivel del suelo en un área suburbana de Milwaukee, Wisconsin. El edificio mide 60 pises de ancho, 100 pies de largo y 48 pies de alto. La dirección del viento es perpendicular a la fachada más larga. No hay aéreas donde se puedan reunir más de 300 personas.

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BIBLIOGRAFIA. ➢ SRIRAMULU, Vinakota (2006), “Estructuras de Acero”, Primera Edición,

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