• Categories
• Herida
• Clima
• Energía solar
• Precipitación
• Hormigón

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE BOGOTÁ CLIMA Y DIVERSIDAD DEL CLIMA DE COLOMBIA (2021142) LA INFLUENCIA DEL CLIMA EN EL DISEÑO DE CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Presentado a: ​Raúl Eduardo Gómez Torres Presentado por : - Esteban Alejandro Alarcón Hurtado - Ingeniería Civil - Diana Elizabeth Luz Toloza - Ingeniería Civil Mayo 09 de 2019 1. RESUMEN En la actualidad las construcciones civiles se ven profundamente relacionadas con los factores climáticos, para la construcción de cualquier edificación u obra infraestructural se debe tener en cuenta las amenazas climáticas del sector donde se construirá para garantizar la seguridad de las personas que habitarán o permanecerán en las estructura. Las precipitaciones pluviales son las que más destacan entre estas condiciones, ya que un correcto drenaje de las aguas lluvias garantiza el cumplimiento de la vida útil establecida de cada construcción, el conocimiento sobre las grandes precipitaciones pluviales de ciertas sectores establecerá los parámetros que se tendrían que tener en cuenta en la construcción o mantenimiento de una represa, garantizando la seguridad de la misma y de las poblaciones que se encuentren establecidas aguas abajo. Dando otro ejemplo, en sectores donde se presentan amenazas de huracanes, la construcción de edificaciones en sectores urbanos se ve directamente relacionada con estos, ya que en caso de que los vientos de un huracán pasen por un sector de una gran masa poblacional, se pretende que la edificaciones de tal sector tengan una afectación lo más mínima posible, esto se logra incorporando o añadiendo diferentes tipos de tejado a las casas, fortaleciendo los cimientos de las mismas o permeabilizando externamente las edificaciones. 2. PALABRAS CLAVE -

Diseño Construcciones Seguridad Cambio climático Viento

3. ABSTRACT

At present civil constructions are deeply related to climatic factors, for the construction of any building or infrastructure work must take into account the climatic threats of the sector where it will be built to ensure the safety of people who lives or remain in the structure. Rainfall is the most important among these conditions, since proper drainage of rainwater guarantees compliance with the established useful life of each construction, knowledge about the large rainfall in certain sectors will establish the parameters that would have to be met. take into account in the construction or maintenance of a dam, guaranteeing the safety of it and of the populations that are established downstream. Giving another example, in sectors where hurricane threats are present, the construction of buildings in urban sectors is directly related to them, since in case the winds of a hurricane pass through a sector of a big population, it is intended that the buildings of such sector have the least possible impact, this is achieved by incorporating or adding different types of roof to the houses, strengthening the foundations of them or externally permeabilizing the buildings. 4. KEYWORDS -

Design Construccions Security Climatic change Wind

5. LA INFLUENCIA DEL CLIMA EN EL DISEÑO DE CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Desde que el hombre empezó a construir sus edificaciones, sus diseños han sido basados o tienen relación directa con los factores climáticos de su entorno, dando ejemplos comunes, en lugares con temperaturas altas se ven más edificaciones generadoras de sombra, de color blanco (para no retener radiación solar externa), con grandes ventanas y balcones, en lugares fríos se ven con más frecuencia edificaciones pañetadas y pintadas con tonos oscuros, ya que al contrario de los lugares cálidos en los sitios con temperaturas frías se pretende mantener el calor al interior de la edificación, siendo más específicos a continuación presentamos los diseños de las edificaciones sostenibles basados en el clima: a. Clima cálido seco: - Ubicaciones que protejan en verano de la radiación solar y de los vientos cálidos. - Materiales de gran inercia térmica para retrasar la entrada de calor diurno al interior. Los aislamientos colocados en la cara exterior de la obra aseguran que sólo una pequeña parte del calor exterior atraviese la piel del edificio. - Inclusión de patios, con presencia de agua y plantas para humidificar el ambiente, facilita el almacenamiento del aire fresco de las noches. b. Clima cálido húmedo

-

Fuerte protección frente a la radiación directa y difusa. Las edificaciones poco asentadas en el terreno favorecen la circulación de aire y, en consecuencia, la disminución de la humedad. - Cubiertas y fachadas sobrepuestas y ventiladas ayudan a refrigerar el edificio. - Es necesario favorecer la circulación del aire mediante huecos de ventilación, para ello se colocarán las aberturas en fachadas opuestas c. Clima frío - Construcciones compactas, herméticas y fuertemente aisladas. - La edificación debe situarse en laderas orientadas al sur y protegidas del norte. - Las ubicaciones próximas al mar pueden ser aconsejables porque suavizan las temperaturas. - Debe reducirse la superficie de las fachadas expuestas al viento, así como el número y tamaño de sus huecos. d. Climas templados - Aconsejables las aberturas a sur que permitan el aprovechamiento de la energía solar en invierno, siempre que dispongan de protección solar en verano y aislamiento. - La masa térmica interior facilitará la absorción del exceso de calor diurno interior. - En climas mediterráneos marítimos lo principal es protegerse del frío y la humedad en invierno u del calor en verano. - En climas mediterráneos de montaña se recomiendan las edificaciones compactas para protegerse del frío. Los materiales y mezclas utilizados en construcciones poseen más resistencia dependiendo de su ambiente, en lugares con temperaturas altas se presenta dilatación de algunos materiales (acero, madera, asfalto..., etc…), dando un ejemplo cotidiano, en estos lugares de altas temperaturas, el asfalto de las vías adquiere elasticidad, y dependiendo del peso de los vehículos que pasen por las vías, se podrá evidenciar cómo el asfalto en la vía se hunde con el paso de las llantas del vehículo y después de un periodo de tiempo determinado el asfalto vuelve a su forma inicial. Actualmente en la ingeniería civil se necesitan todos los datos que se puedan recolectar para poder realizar una buena planificación de obra, una buena evaluación de diseño, calcular los efectos de los fenómenos atmosféricos y cómo disminuir los daños causados por estos últimos en las obras civiles. De esta manera, el ingeniero civil se enfrenta ante desafiantes retos climáticos, dándose a la tarea de investigar y estar al tanto sobre los fenómenos climáticos que se presentan alrededor de una construcción para propiciar a los habitantes y beneficiarios de la misma, mejores condiciones de vida. Debido a los grandes avances de la meteorología en la actualidad ,los ingenieros civiles pueden estar bien informados para que en caso de algun fenomeno natural o alguna inestabilidad en los fenómenos meteorológicos se puedan abrir caminos, brindar seguridad de comunicación ya sea para mitigar los daños o brindar ayuda humanitaria y sobre todo restablecer los servicios.

Las precipitaciones y la ingeniería civil Año tras año en el caribe se presenta la temporada de huracanes, esta provoca inundaciones pluviales (encharcamientos) y fluviales (crecimientos, escurrimientos y desbordamientos de ríos, lagunas y lagos. Para el diseño de un puente que pase por un río se debe estimar el caudal máximo que se espera en cierto periodo de retorno, este caudal se ve afectado en esta temporada de huracanes debido a lo anteriormente mencionado y sumandole los efectos del calentamiento global que hoy en dia nos plantea un escenario incierto ya que los caudales crecen descontroladamente, en los últimos años muchas estaciones meteorológicas ubicadas en el caribe han registrado precipitaciones con excesos de hasta el 300% y aumentos en el nivel del mar; los diseñadores civiles se ven obligados a revisar los caudales frecuentemente y a incluir los efectos del cambio climático como una variable dentro del diseño hidráulico. En las grandes ciudades un mecanismo de prevención contra las grandes precipitaciones son los sistemas urbanos de drenaje sostenible, estos son aquellos elementos que reducen el caudal producido por la lluvia, disminuyen los contaminantes arrastrados por la escorrentía y reducen el riesgo de inundaciones, estos sistemas se diseñan siguiendo unos criterios hidrológicos para su correcto funcionamiento empleando técnicas de drenaje urbano sostenible incluyendo los cálculos hidrológicos e hidráulicos propios del diseño de una red de drenaje.

Imagen 1: Sistema urbano de drenaje sostenible Los vientos y las estructuras civiles En el diseño, el viento es una acción accidental desde el punto de vista de las combinaciones de carga en las que interviene y de los factores de carga que se deben adoptar. Todas las estructuras están sujetas a la acción del viento, en especial las de más de 2 o 3 pisos de altura, las que se ubican en zonas con velocidades de viento significativas o las que debido a su forma son más vulnerables a efectos aerodinámicos. Las estructuras de acero debido a su bajo peso y sus grandes superficies expuestas a la acción del viento hace que las cargas por viento sean más importantes que las generadas por sismos.

La presión ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de la velocidad, y debe ser calculada en las superficies expuestas de una estructura. Debido a la rugosidad de la tierra, el viento es variable y presenta turbulencias, sin embargo se asume que la edificación asume una posición deformada debido a una velocidad constante y que vibra a una posición debido a la turbulencia. El analisis simple es el procedimiento analitico empleado para evaluar los efectos producidos por la fuerza del viento, si estos últimos no son fundamentales en el diseño, o el análisis completo, si por el contrario, las fuerzas de viento en algún sentido resultan determinantes en el diseño. Estas cargas dependen de la ubicación de la estructura, de su altura, del área expuesta y de la posición. Las cargas de viento se manifiestan como presiones o succiones. En terrenos planos con vegetación baja el viento mantiene velocidades altas, en las ciudades con edificaciones altas la velocidad del viento disminuye desde una altura de varias decenas de metros hasta la superficie. Cuando un libre flujo de viento se ve obstaculizado por un objeto fijo, tiene que desviarse para rodearlo, por lo cual produce presiones sobre el objeto, las partículas de aire golpean en la cara expuesta directamente al efecto del viento, cara de barlovento, ejerciendo sobre ella un empuje y en la cara opuesta, de sotavento, las estelas del flujo se separan del objeto provocando una succión.

Imagen 2. descripción gráfica de barlovento y sotavento sobre un objeto Los dos efectos descritos en la imagen se suman dando lugar a una fuerza de arrastre sobre el objeto, en las caras laterales se presenta una distribución de presiones que varía de empuje a succión. La fuerza llamada de sustentable es importante en el diseño de secciones pequeñas y ligeras como los ángulos que forman las torres y armaduras. Teniendo claros estos conceptos, se puede estipular el porque los vientos ocasionan daños. Durante el proceso de construcción es común que las paredes de ladrillo o de bloques de concreto, queden sin apoyo hasta que se construya los elementos de amarres de los techos, con lo que vientos ligeros pueden derribar estos muros sin apuntalamiento debido a la gran superficie expuesta a la presión del viento. Las estructuras flexibles como los cables de transmisión o los puentes colgantes pueden recibir fuerzas periódicas que inducen vibraciones, causando hasta la falla. Es famosa la falla

del puente Tacoma (USA), en 1940, un viento entró en resonancia, produciendo su colapso, estos afortunadamente impulsó el efecto dinámico del viento como carga o acción estructural.

Imagen 3: Colapso del puente Tacoma El efecto del viento debe analizarse en relación con las fuerzas que se inducen sobre el sistema principal de la estructura, se debe analizar los efectos locales en elementos estructurales aislados y en elementos no estructurales. El viento puede actuar en cualquier dirección y se debe investigar hacia cuál dirección produce efectos más desfavorables. En edificios regulares y en estructuras comunes se debe revisar la dirección del viento en 2 direccione ortogonales que coincidan con los efectos principales del sistema estructural, además para el análisis de los efectos del viento en una estructura será suficiente considerar el efecto estático del viento determinando las presiones o succiones que actúan en dirección perpendicular a la superficie expuesta al viento.

Imagen 4. Trayectoria de las líneas de flujo del aire sobre una estructura cerrada El clima y la formación de suelos. Por otro lado, el clima es un factor determinante en la formación del suelo. Para la ingeniería civil es de vital importancia el estudio del suelo, sus condiciones, su resistencia y su medida de cambio con tiempo. En climas húmedos o lluviosos la presencia de suelos arcillosos son las predominantes, dejando suelos poco resistentes a la fuerza de compresión, pero bastante elásticos, el agua aporta una importante fuerza hidráulica al material, sin embargo, sigue siendo un material débil. En clima cálidos, predomina las arenas y areniscas, algunas en presencia de agua salada o agua dulce. El agua salada quita al material resistencia ya que las sales que interactúan con este reaccionan quitándole las propiedades que aportan algunos metales. Las arenas húmedas con agua sin sal, presente un aumento a la resistencia de compresión y tensión, siendo estas bastante útiles a la hora de construir hormigón y cemento. En climas templados, la presencia de gravas, no es ni seca ni acuosa, su resistencia es alta y posee una buena combinación entre resistente y elástica. Las gravas son útiles en la fabricación de hormigones y como lastre o revestimiento protector en cubiertas. 6. CONCLUSIONES -

-

Es de gran importancia conocer las adversidades externas a las que será sometida cada estructura, ya que al diseñar las construcciones civiles con parámetros que las hacen más resistentes a daños causados por el clima, se garantiza una mayor seguridad a las personas que utilizaran o rondaran por la estructura. Los diseños de las edificaciones varían con el sector, ya que dependiendo de la temperatura del sector donde se construirá una estructura, su diseño se verá afectado, por ejemplo, en clima frío se requieren edificaciones con más aislación térmica para

-

-

conservar más calor en el interior de la estructura y en climas cálidos se evidencian más la presencia de balcones, espacios más abiertos con sombra para estar más en contacto con los vientos evitando los rayos del sol. Se deben tener en cuenta los futuros efectos del cambio climático para la construcción de cualquier obra civil. La meteorología da una valiosa información acerca de cambios y condiciones climáticas del sector donde se va a construir, por la tanto, es de vital importancia el trabajo mutuo de la dos ramas. El clima también afecta en la formación de suelos, haciendo unos más húmedos y otros más secos , determinando de esta manera algunas propiedades importantes para la construcción, como resistencia a la compresión.

7. REFERENCIAS -

-

https://civilgeeks.com/2011/08/03/efectos-del-cambio-climatico-en-el-diseno-de-obra s-civiles/ http://www.detea.es/como-afecta-el-clima-al-sector-de-la-construccion/ https://civilgeeks.com/2011/08/14/importancia-de-la-meteorologia-en-la-ingenieria-civ il/ http://sudsostenible.com/sistemas-urbanos-de-drenaje-sostenible/ https://es.slideshare.net/profejaramillo/efectos-del-viento-en-las-estructuras http://www.fao.org/3/w1309s/w1309s11.htm#TopOfPage

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-30112011000100 003