Fuerzas de viento según NSR-10

Autor: Rossana Lobo MSc. en Ingeniería civíl con énfasis en estructuras Conoce más de Rossana aquí _________   Actualizado el 22 de Junio del 2021 Tiempo de lectura: 20 minutos

En este artículo se muestran las herramientas para asignar cargas de viento en midas Gen. Se toma como ejemplo el modelo de una edificación de 11 pisos con los parámetros indicado en la Figura 1. Para esta, se realizan los cálculos manuales siguiendo el procedimiento analítco descrito en la sección B.6.5 de la NSR-10 para edificios cerrados o parcialmente cerrados rígidos de cualquier altura. Luego, estos resultados se comparan con los obtenidos en el programa midas Gen.

Figura 1. Datos de entrada

Donde,

• Kd = factor de direccionalidad de viento (Tabla B.6.5-4)
• Kzt = factor topográfico (Figura B.6.5-1)
• V = velocidad de viento básica (Figura B.6.4-1)
• I = factor de importancia (Tabla B.6.5-1) 
• G = factor de ráfaga (Sección B.6.5.8.1)
• alpha, Zg = constantes de exposición del terreno (Tabla B.6.5-2)
• h = altura media de la cubierta
• B = dimensión horizontal del edificio medida en dirección normal al viento
• L = dimensión horizontal del edificio medida en dirección paralela al viento
• Cp = coeficientes de presión externa para muros a barlovento y sotavento (Figura B.6.5-3), donde el signo negativo indica succión.

De acuerdos a estos datos, las cargas calculadas manualmente en cada piso se representan en la Figura 2.

Figura 2. Resultados obtenidos manualmente

Los valores de Z corresponden a la altura de referencia de cada piso utilizada para calcular el coeficiente Kz. Para poder comparar los cálculos manuales con los del programa, esta altura se tomó igual a la considerada en midas Gen, como se especifica en la siguiente imagen:

Figura 3. Alturas de referencia para el cálculo de fuerzas de viento en midas Gen

Los valores de Kz corresponden al coeficiente de exposición para la presión dinámica evaluado en la altura Z, definido según la Tabla B-6.5-3, el cual puede ser determinado con la siguiente ecuación:

Los resultados de qz hacen referencia a la presión por velocidad evaluada a la altura Z por encima del terreno y se calcula de acuerdo a la sección B.6.5.10 con la siguiente expresión:

La presión de diseño se evalúa según la sección B.6.5.12.1 con la siguiente expresión:

Para los muros a barlovento: P = qz*G*Cp(barlovento)

Para los muros a sotavento: P =qh*G*Cp(sotavento)

Siendo qz y qh los valores de la presión por velocidad evaluada en las alturas Z y h respectivamente. Cabe aclarar que la presión interna actúa con el mismo signo en toda la superficie y que, al momento de determinar la fuerza resultante en el piso, el segundo término de la ecuación se cancela, por lo que no se tiene en cuenta para el cálculo de las presiones de diseño.

Figura 4. Distribución de presiones de viento en planta y elevación para cubiertas a dos y cuatro aguas

La presión neta se determina sumando las dos contribuciones aportadas por los muros a barlovento y a sotavento:

P =  qz*G*Cp(barlovento) - qh*G*Cp(sotavento)

Donde el signo negativo hace referencia a la succión.

Finalmente, la fuerza resultante es calculada multiplicando la presión neta por el área aferente de cada piso.

Herramienta Wind Loads

Con la herramienta Wind Loads de midas Gen se pueden generar automáticamente las cargas de viento en cada piso de la edificación según la NSR-10, aplicando la fuerza resultante en el centro del diafragma como se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Aplicación de las fuerzas resultantes en el centro del diafragma de cada piso

Para generar y aplicar estas cargas se deben seguir los pasos indicados en la Figura 6:

1. Seleccionar la herramienta Wind Loads
2. Hacer clic en Add para agregar una carga nueva
3. Seleccionar el caso de carga de viento y el reglamento de referencia NSR-10
4. Indicar los parámetros de entrada
5. Hacer clic en Ok

Figura 6. Herramienta Wind Loads en midas Gen

Además, es posible generar un reporte de texto con el procedimiento de cálculo realizado y las fuerzas actuantes en cada piso como se puede observar de la siguiente imagen.

Figura 7. Resultados obtenidos con midas Gen

Al comparar los datos de qz, pressure y  wind force reportados en la Figura 7 con los de qz, presión neta y fuerza reportados en la Figura 2, se puede evidenciar que los resultados obtenidos con midas Gen concuerdan con los encontrados manualmente.

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