Analisis de Viento

Diseño del sistema principal de resistencia de fuerzas deviento de edificacionesWindLoad 1.0

Programa de cálculo de fuerzas de viento20 de octubre de 2015

Proyecto:Empresa:Ingeniero:Índice1. Información de la estructura 2

2. Altura media de la cubierta (NSR-10 B.6.2) (ASCE 7-10 26.2) 2

3. Factor de importancia (NSR-10 B.6.5.5) (ASCE 7-05 Table 6-1) 2

4. Categoría de exposición (NSR-10 B.6.5.6) (ASCE 7-10 26.7) 3

5. Clasificación del cerramiento (NSR-10 B.6.5.9) (ASCE 26.10) 3

6. Coeficiente de exposición de presión por velocidad (NSR-10 B.6.5.6.6) (ASCE 27.3.1) 3

7. Factor topográfico (NSR-10 B.6.5.7.2) (ASCE 7-10 26.8) 3

8. Presión por velocidad (NSR-10 B.6.5.11.2) (ASCE7-10 27.3.2) 4

9. Factor de efecto de ráfaga (NSR-10 B.6.5.8) (ASCE 7-10 26.9) 5

10.Presiones de viento de diseño (NSR-10 B.6.5.12.2.1) (ASCE 7-10 27.4.1) 8

11.Cargas de viento de diseño mínimas (NSR-10 B.6.1.3.1) (ASCE 7-05 6.1.4.1) 9

12.Casos de carga (NSR-10 B.6.5.12.3) (ASCE 7-10 27.4.6) 12

Documento creado con LATEXWindLoad es un programa desarrollado por Andrés Galán Bettin1

WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de viento1. Información de la estructuraTipo de cubierta = Dos aguasÁngulo de inclinación = 20.00◦Altura de la cornisa = 8 mDimensión en X = 20 mDimensión en Y = 45 mVelocidad básica del viento = 36.1111 m/s130 Km/h80.7782 mph

Figura 1: Esquema de la estructura

2. Altura media de la cubierta (NSR-10 B.6.2) (ASCE 7-10 26.2)La altura media de la cubierta, h, es el promedio de la altura hasta la cornisa (8.00 m) y la alturahasta el punto más elevado de la cubierta (11.64 m). Para cubiertas con ángulos de inclinación menoro igual a 10◦, la altura media de cubierta será la altura de la cornisa.h = 9.81985 m3. Factor de importancia (NSR-10 B.6.5.5) (ASCE 7-05 Table 6-1)El factor de importancia, I, tiene en cuenta el grado de amenaza a la vida humana y el daño a lapropiedad. El factor de importancia para edificios u otras estructuras se determina de la tabla B.6.5-1del Reglamento NSR-10 de acuerdo con los grupos de uso presentados en la sección A.2.5 del mismo

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WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de vientoReglamento. El grupo de uso de la estructura es II y la región es no propensa a huracanes.I = 1.00Nota: La norma ASCE 7-10 no tiene en cuenta el factor de importancia. Éste factor es omitido yel grupo de uso (llamado categoría de riesgo en el ASCE 7-10, ver Table 1.5-1) es utilizado en losmapas de velocidad del viento (ver Figure 26.5-1A a 26.5-1c).

4. Categoría de exposición (NSR-10 B.6.5.6) (ASCE 7-10 26.7)La categoría de exposición tiene en cuenta la fricción que tiene el movimiento de las masas de airecon la superficie del terreno. Para cualquier dirección del viento la categoría de exposición es B.5. Clasificación del cerramiento (NSR-10 B.6.5.9) (ASCE 26.10)La clasificación del cerramiento tiene en cuenta el nivel de abertura de la edificación. Para estaestructura la clasificacón es cerrada.6. Coeficiente de exposición de presión por velocidad (NSR-10 B.6.5.6.6)

(ASCE 27.3.1)El coeficiente de exposición de presión por velocidad tiene en cuenta el efecto de la altura sobre elnivel del terreno y esta en función de la categoría de exposición.A continuación se muestra el cálculo del coeficiente a una altura z = 9.81985 m.Kz = 0.71

Para 4.50 m ≤ z ≤ Zg

Kz = 2.01(z/Zg)2/αDonde:z: Altura sobre el terreno. 9.81985 mZg: Altura nominal de la capa atmosférica limite. Tomada de la tablaB.6.5-2 del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 365.8 mα : Exponente para la ley potencial de la velocidad de ráfaga de 3 s,de la tabla B.6.5-2 del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 7.00

7. Factor topográfico (NSR-10 B.6.5.7.2) (ASCE 7-10 26.8)Los efectos del viento debido a cambios topográficos repentinos producidos por taludes, colinas ocrestas son considerados en el diseño usando el factor Kzt.Siendo la topografía del terreno plana la localización de la estructura no cumple las condiciones

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WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de vientoespecificadas en la sección B.6.5.7.1 del NSR-10 o 26.8.1 del ASCE 7-10. Por lo cual no se tiene encuenta los efectos de aumento de velocidad debido a los cambios topográficos del sitio.Kzt = 1.008. Presión por velocidad (NSR-10 B.6.5.11.2) (ASCE7-10 27.3.2)A continuación se muestra el cálculo de la presión por velocidad a una altura z = 9.81985 m.qz = 0.485803 kN/m2

qz = 0.613KzKztKdV2I × 0.001Donde:Kz: Coeficiente de exposición de presión por velocidad. 0.71Kzt: Factor topográfico. 1.00Kd: Factor de dirección del viento tomado de la tabla B.6.5-4 del NSR-10 o Table 26.6-1 del ASCE 7-10. 0.85V: Velocidad básica del viento. 36.1111 m/sI: Factor de importancia. 1.00

Los valores de qz a diferentes alturas son:Para la dirección X:

z (m) Kz Kzt Kd qz (kN/m2)0 0.57 1.00 0.85 0.3887171.6 0.57 1.00 0.85 0.3887173.2 0.57 1.00 0.85 0.3887174.8 0.58 1.00 0.85 0.3959516.4 0.63 1.00 0.85 0.4298728 0.67 1.00 0.85 0.458171Cuadro 1: Valores de qz.

Para la dirección Y:

z (m) Kz Kzt Kd qz (kN/m2)0 0.57 1.00 0.85 0.3887172.32794 0.57 1.00 0.85 0.3887174.65588 0.58 1.00 0.85 0.3925186.98382 0.65 1.00 0.85 0.4407289.31176 0.70 1.00 0.85 0.47848411.6397 0.75 1.00 0.85 0.509984Cuadro 2: Valores de qz.4

WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de viento

9. Factor de efecto de ráfaga (NSR-10 B.6.5.8) (ASCE 7-10 26.9)Los efectos dinámicos y aeroelásticos de la estructura son tenidos en cuenta en las presiones dediseño con el factor de efecto de ráfaga.Para estructuras rígidas el factor de efecto ráfaga puede ser calculado de la siguiente manera:Para la dirección X:

G = 0.825212G = 0.925(1 + 1.7gQIzQ1 + 1.7gvIz

)Donde:gQ: Factor pico para respuesta del entorno. 3.40gv: Factor pico para respuesta de viento. 3.40Iz: Intensidad de turbulencia. 0.31

Iz = c(10z)1/6

Donde:c: Factor de intensidad de turbulencia de la tabla B.6.5-2 delNSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 0.30z: Altura equivalente de la estructura. 9 m

z = max(0.6h,Zmin)Donde:h: Altura media de un edificio o altura de cualquier otraestructura. 9.81985 mZmin: Altura mínima de exposición de la tabla B.6.5-2 delNSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 9 m

Q: Factor de respuesta del entorno. 0.83Q = √√√√√ 1

1 + 0.63(B + hLz)0.63

Donde:

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WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de vientoB: Dimensión horizontal del edificio medido en dirección normala la dirección del viento. 45 mh: Altura media de un edificio o altura de cualquier otra estructura. 9.81985 mLz: Longitud integral a escala de la turbulencia (para modelos aescala en túnel de viento). 94.1352 m

Lz = l( z10)ε

Donde:z: Altura equivalente de la estructura. 9 m

z = max(0.6h,Zmin)Donde:h: Altura media de un edificio o altura de cualquier otraestructura. 9.81985 mZmin: Altura mínima de exposición de la tabla B.6.5-2del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 9 m

l: Factor de escala de longitud integral de la tabla B.6.5-2del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 97.5 mε: Exponente para la ley potencial de la escala de longitudintegral de la tabla B.6.5-2 del NSR-10 o Table 26.9-1 delASCE 7-10.

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G = 0.851347G = 0.925(1 + 1.7gQIzQ1 + 1.7gvIz

)Donde:gQ: Factor pico para respuesta del entorno. 3.40gv: Factor pico para respuesta de viento. 3.40Iz: Intensidad de turbulencia. 0.31

Iz = c(10z)1/6

Donde:6

WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de vientoc: Factor de intensidad de turbulencia de la tabla B.6.5-2 delNSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 0.30z: Altura equivalente de la estructura. 9 m

z = max(0.6h,Zmin)Donde:h: Altura media de un edificio o altura de cualquier otraestructura. 9.81985 mZmin: Altura mínima de exposición de la tabla B.6.5-2 delNSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 9 m

Q: Factor de respuesta del entorno. 0.88Q = √√√√√ 1

1 + 0.63(B + hLz)0.63

Donde:B: Dimensión horizontal del edificio medido en dirección normala la dirección del viento. 20 mh: Altura media de un edificio o altura de cualquier otra estructura. 9.81985 mLz: Longitud integral a escala de la turbulencia (para modelos aescala en túnel de viento). 94.1352 m

Lz = l( z10)ε

Donde:z: Altura equivalente de la estructura. 9 m

z = max(0.6h,Zmin)Donde:h: Altura media de un edificio o altura de cualquier otraestructura. 9.81985 mZmin: Altura mínima de exposición de la tabla B.6.5-2del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 9 m

l: Factor de escala de longitud integral de la tabla B.6.5-2del NSR-10 o Table 26.9-1 del ASCE 7-10. 97.5 m

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WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de vientoε: Exponente para la ley potencial de la escala de longitudintegral de la tabla B.6.5-2 del NSR-10 o Table 26.9-1 delASCE 7-10.

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10. Presiones de viento de diseño (NSR-10 B.6.5.12.2.1) (ASCE 7-1027.4.1)

Las presiones de viento de diseño para el SPRFV de edificios de cualquier altura se determinanmediante la ecuación:Pnet = qGCp − qi(GCpi)Donde:q = qz para paredes a barlovento evaluadas a una altura z por encima del terreno.q = qh para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas, evaluados a una altura h.qi = qh para paredes a barlovento, paredes laterales, paredes a sotavento y cubiertas de edificioscerrados y para la evaluación de presiones internas negativas en edificios parcialmente cerrados.También se puede usar conservativamente para le evaluación de la presión interna positiva en edi-ficios parcialmente cerrados.G = factor de efecto ráfaga.Cp = coeficientes de presión externa. Tomado de la figura B.6.5-3 del NSR-10 ó Table 27.4-1 delASCE 7-10.GCpi = coeficientes de presión interna. Tomado de la figura B.6.5-2 del NSR-10 ó Table 26.11-1 delASCE 7-10 basado en la clasificación del cerramiento.Para la dirección X:

Superficie z (m) qz (kN/m2) G Cp Pnet (kN/m2)GCpi = +0.18 GCpi = −0.18Muro a Barlovento

0 0.388717 0.83 0.80 0.169175 0.3440641.6 0.388717 0.83 0.80 0.169175 0.3440643.2 0.388717 0.83 0.80 0.169175 0.3440644.8 0.395951 0.83 0.80 0.173951 0.348846.4 0.429872 0.83 0.80 0.196344 0.3712338 0.458171 0.83 0.80 0.215026 0.389915Muro a Sotavento Todo 0.485803 0.83 -0.50 -0.28789 -0.113001Muros Laterales Todo 0.485803 0.83 -0.70 -0.368068 -0.193179Cubierta* 0 a 10 0.485803 0.83 -0.40 -0.246356 -0.07146720.485803 0.83 0.01 -0.0845557 0.090333310 a 20 0.485803 0.83 -0.60 -0.327979 -0.153090.485803 0.83 -0.60 -0.327979 -0.15309*Distancia desde el borde a barlovento

Cuadro 3: Presiones de diseño.8



Superficie z (m) qz (kN/m2) G Cp Pnet (kN/m2)GCpi = +0.18 GCpi = −0.18Muro a Barlovento

0 0.388717 0.85 0.80 0.177302 0.3521912.32794 0.388717 0.85 0.80 0.177302 0.3521914.65588 0.392518 0.85 0.80 0.17989 0.354786.98382 0.440728 0.85 0.80 0.212726 0.3876159.31176 0.478484 0.85 0.80 0.238441 0.4133311.6397 0.509984 0.85 0.80 0.259894 0.434783Muro a Sotavento Todo 0.485803 0.85 -0.29 -0.206351 -0.0314617Muros Laterales Todo 0.485803 0.85 -0.70 -0.376955 -0.202066

Cubierta*0 a 4.9099 0.485803 0.85 -0.90 -0.459673 -0.2847840.485803 0.85 -0.18 -0.16189 0.01299894.9099 a 9.8199 0.485803 0.85 -0.90 -0.459673 -0.2847840.485803 0.85 -0.18 -0.16189 0.01299899.8199 a 19.6397 0.485803 0.85 -0.50 -0.294238 -0.1193490.485803 0.85 -0.18 -0.16189 0.012998919.6397 a 45 0.485803 0.85 -0.30 -0.211521 -0.03663150.485803 0.85 -0.18 -0.16189 0.0129989*Distancia desde el borde a barlovento

Cuadro 4: Presiones de diseño.Observaciones:(a) Se deberá tomar la suma algebraica de las presiones que actúan en caras opuestas de cadasuperficie del edificio.(b) Las presiones positivas actúan hacia la superficie en estudio y las presiones negativas actúanhacia afuera de la superficie en estudio.11. Cargas de viento de diseño mínimas (NSR-10 B.6.1.3.1) (ASCE 7-05

6.1.4.1)La carga de viento a usarse en el diseño de SPRFV no será menor a la multiplicación de 0.4 kN/m2por el área de la edificación o estructura, proyectada a un plano vertical normal a la dirección deviento en estudio.Nota: La norma ASCE 7-10 en la sección 27.4.7 toma como requisito mínimo para el diseño deSPRFV de edificaciones cerradas y parcialmente cerradas una carga no menor de 0.77 kN/m2multiplicada por el área del muro de la edificación y 0.38 kN/m2 multiplicado por el área de lacubierta del edificio proyectada sobre un plano vertical normal a la dirección del viento asumida.Las cargas en muros y cubierta deben ser aplicadas simultaneamente.

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(a) Presión interna positiva sobre muros (b) Presión interna negativa sobre muros

(c) Presión interna positiva sobre cubierta caso 1 (d) Presión interna negativa sobre cubierta caso 1

(e) Presión interna positiva sobre cubierta caso 2 (f) Presión interna negativa sobre cubierta caso 2Figura 2: Presiones de diseño en la dirección X

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(a) Presión interna positiva sobre muros (b) Presión interna negativa sobre muros

(c) Presión interna positiva sobre cubierta caso 1 (d) Presión interna negativa sobre cubierta caso 1

(e) Presión interna positiva sobre cubierta caso 2 (f) Presión interna negativa sobre cubierta caso 2Figura 3: Presiones de diseño en la dirección Y

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WindLoad 1.0: Programa de cálculo de fuerzas de viento12. Casos de carga (NSR-10 B.6.5.12.3) (ASCE 7-10 27.4.6)El SPRFV se debe diseñar teniendo en cuenta los siguientes casos de carga:

Figura 4: Casos de carga de viento de diseñoCaso 1. La totalidad de la presión de viento de diseño que actúa sobre el área proyectada perpen-dicular a cada eje principal de la estructura, considerada separadamente para cada eje principal.Caso 2. Tres cuartas partes de la presión del viento de diseño actuando sobre el área proyectadaperpendicular a cada eje principal de la estructura, en conjunto con un momento torsional como elmostrado y considerada separadamente para cada eje principal.Caso 3. Carga de viento como se define en el caso 1, pero considerando que actúa simultáneamentecon el 75 % del valor especificado.Caso 4. Carga de viento como se define en el caso 2, pero considerando que actúa simultáneamentecon el 75 % del valor especificado.Notación:PWX , PWY : Presión de diseño por viento para la cara de barlovento actuando en el eje principal x yel eje principal y , respectivamente.PLX , PLY : Presión de diseño por viento para la cara de sotavento actuando en el eje principal x y eleje principal y , respectivamente.ex , ey: Excentricidad para el eje principal x , y el eje principal y , respectivamente.MT : Momento torsional por unidad de altura actuando alrededor de un eje vertical de la edificación..

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