Capítulo
4. Acciones de viento
4.1. Presión externa y presión interna
El cálculo de las fuerzas de viento para diseño debe
considerar tanto los efectos de la presión externa como los efectos de la
presión interna. La presión externa está producida por el impacto directo del
viento en la superficie o por el efecto de los vórtices y turbulencias que
acompañan la acción del viento cuando actúa contra una superficie. La presión
interna es generada por la existencia de aberturas en la edificación, y su
efecto puede ser significativo dependiente del tamaño, forma y disposición de
dichas aberturas.
4.2. Dirección de las presiones de viento
La fuerza de viento por unidad de área actúa estáticamente
en la dirección normal a la superficie de la edificación o elemento, excepto
donde se especifiquen otras presiones, como, por ejemplo, fuerzas
funcionales tangenciales.
Para el diseño por viento el profesional responsable de
diseño debe considerar al menos dos direcciones de viento ortogonales entre sí
y como mínimo los casos de carga indicados en 4.4.1.6.
4.3. Convención de signos para las presiones de viento
Las presiones de viento positivas actúan hacia la superficie
y las presiones de viento negativas actúan hacia afuera de la superficie. La
convención de signos adoptada en este código se muestra en la Figura 4-1.
4.4. Presión neta para diseño
Los efectos de las presiones internas y externas se combinan
vectorialmente (considerando su magnitud, signo y dirección) para encontrar el
valor crítico de la presión neta para diseño, p, según se describe a
continuación, tomando en cuenta las definiciones de edificaciones rígidas y
flexibles del Anexo B.
Figura
4-1: Convención de signos para las presiones de viento
4.4.1. Sistema primario
4.4.1.1.
Edificios rígidos cerrados y parcialmente cerrados:
Donde:
q:
Presión externa de diseño en el elemento considerado igual a q (z) para pared a
barlovento e igual a q (?) para
pared a sotavento, paredes laterales y techos.
Cp: Coeficiente de
presión externa o factor de forma, ver Anexo A.
G: Coeficiente de ráfaga para edificaciones rígidas, ver Anexo
B.
qi:
Presión interna de diseño en el elemento considerado tomada conservadoramente
como igual a q (h) para la evaluación de la presión interna positiva y
negativa.
(GCpi) : Coeficiente de
presión interna, según Tabla 4-1.
4.4.1.2.
Edificios flexibles cerrados o parcialmente cerrados:
Donde:
4.4.1.3. Edificios abiertos de una sola pendiente o a dos aguas con cumbrera o invertidos:
Donde:
q(?) : Presion de velocidad evaluada en h.
G:
Efecto de rafaga, ver Anexo B.
Cn: Coeficiente de presion
neta, ver Anexo A.
4.4.1.4. Aleros
La presión externa positiva en la superficie inferior de
techos en voladizo a barlovento se determina usando Cp = 0.8 y
combinándola con las presiones de la superficie superior determinadas en las Tablas
A-2 y A-3.
4.4.1.5.
Parapetos
La presión de viento de diseño para evaluar el efecto de un
parapeto en el sistema primario de un edificio rígido o flexible se determina
como:
Donde:
pp: Presión neta
combinada en el parapeto debido a la combinación de presiones de las
superficies frontal y trasera. El signo positivo (y negativo) significa
presiones actuando hacia la superficie frontal (saliendo de la superficie
exterior) del parapeto.
qp: Presión de
velocidad en el punto más alto del parapeto.
GCpm: Coeficiente de
presión neto combinado. Usar +1.5 para parapeto a barlovento y -1.0 para
parapeto a sotavento.
4.4.1.6. Casos de carga de viento
Los sistemas primarios deberán ser sometidos como mínimo a
los siguientes casos de carga de viento.
Figura
4-2: Casos de carga de Diseño (Adaptado de Ref. 2)
Caso 1. El total de la
presión de viento del diseño actúa sobre el área proyectada perpendicular a cada
eje principal de la estructura, considerando cada eje principal por separado.
Caso 2. Carga de viento
igual a como se definió en el Caso 1, pero actúa simultáneamente en los ejes
principales con un 75 % del valor especificado.
Notas:
1. La presión de viento de diseño en las caras a barlovento
y sotavento se deben determinar de acuerdo a lo provisto en 4.4.1.1 y 4.4.1.2 ,
lo cual aplica a edificios de cualquier altura.
2. Los diagramas muestran vistas en planta del edificio.
3. Notas:
a. Pwx, Pwy:
Presión de diseño en la cara a barlovento que actúa sobre los ejes principales
x, y, respectivamente.
b. Plx, Ply:
Presión de diseño en la cara a sotavento que actúa sobre los ejes principales
x, y, respectivamente.
c. Otros casos de carga diferentes a los anteriores podrán
ser consideradas según complejidad de la estructura y criterio del profesional
responsable.
4.4.1.7. Carga de viento de diseño mínima
La carga de viento a utilizar en el diseño del sistema
principal resistente a la fuerza de viento de un edificio abierto, cerrado o
parcialmente cerrado no debe ser menor a 80 kg/m2 multiplicado en un plano
normal a la dirección del viento (Af).
Este caso de carga debe ser aplicado como un caso de carga
aparte adicional a los casos de carga descritos en la sección 4.4.1.6 y debe
ser considerado como una carga última.
Figura
4-3: Carga de viento de diseño mínima (Adaptado de Ref. 2)
4.4.2. Otras edificaciones y adjuntos (accesorios) a edificios
4.4.2.1. Muros y rótulos sólidos en voladizo
La
fuerza de diseño para muros en voladizo o rótulos se determina de la siguiente
manera
Donde:
q(h) : Presión de velocidad evaluada en h.
G: Efecto de rafaga, ver Anexo B.
Cf: Coeficiente de presión según Figura A- 6
As: Área bruta del muro o rotulo.
4.4.2.2. Otras edificaciones
Incluye chimeneas, tanques, equipos a nivel de techo para
edificios con h > 18m, rótulos abiertos, torres de estructura tipo cercha.
La fuerza de diseño se determina de la siguiente manera:
Donde:
q(z): Presión de velocidad evaluada a la altura z del centroide del area Af.
G:
efecto de rafaga, ver Anexo B.
Cf:
Coeficiente de presion segun
Tabla A-7.
Af: Área proyectada
en un plano normal a la dirección del viento.
Para edificaciones y equipos a nivel de techo para edificios
con h<18m, la fuerza de diseño se determina de la siguiente manera
Donde:
B =
dimensión horizontal de la edificación medida normal a la dirección del viento.
(GCrf): 1.9 cuando QK T 0.1U?, y puede reducirse linealmente de
1.9 a 1.0 conforme el valor de Af crece de (0.1Bh) a (Bh).
q(?) : Presión de velocidad evaluada en la altura promedio de
techo.
Af: Área vertical proyectada de la
estructura en azotea o equipo en un plano normal a la dirección del viento.
4.4.3 Componentes de edificios
Se
aplica a edificaciones bajas, con h < 18m.
Donde:
q(h):
Presión de velocidad evaluada a la altura h.
(GCp): Coeficiente de presión externa, ver Anexo A, articulo
A.2 Sistemas secundarios.
(GCpi): Coeficiente de presión interna, según Tabla 4-1.
En caso de tener edificaciones con una altura mayor a 18m se
sugiere consultar referencias externas.
4.4.3.1. Presiones de diseño mínimas
La presión de diseño mínima para componentes de edificios no
debe tomarse menor a una presión neta de 80 kg/m2 actuando en cualquier
dirección normal a la superficie.
Este caso de carga debe ser considerado como una carga
última.
4.5. Coeficiente de presión interna
El coeficiente de presión interna (GCpi)
que considera el factor de ráfaga será determinado a partir de la Tabla 4-1
según la clasificación de la edificación por tipo de envolvente.
Tabla
4-1: Coeficiente de presión interna para paredes y techos (Adaptado de Ref. 2)
|
Clasificación
por tipo de envolvente |
GCpi |
|
Edificaciones
abiertas |
0.00 |
|
Edificaciones parcialmente
cerradas |
+0.55 |
|
-0.55 |
|
|
Edificaciones cerradas |
+0.18 |
|
-0.18 |