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Cátedra Diez • Estructuras III
TEXTOS DE CATEDRA
EDIFICIOS EN ALTURA
ESTRUCTURAS PARA
GRANDES LUCES
2023
Cátedra Diez • Estructuras III
TEXTOS DE CATEDRA
EDIFICIOS EN ALTURA
Cátedra Diez • Estructuras III
TIPOLOGIAS ESTRUCTURALES
DE EDIFICIOS EN ALTURA
autor / reelaboración Arqta. Gloria Diez • colaboración Arq. Pablo Valenzuela
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 1
ORIGEN DE LOS EDIFICIOS EN ALTURA
“La Ciudad Moderna se caracteriza por la gran densidad urbana (especialmente en el centro)
y la utilización de rascacielos o edificios elevados rodeados por plazas y amplios
estacionamientos”.
ALFREDO AMBRIZ TAPIA.
Esta nueva concepción de la ciudad preparó el camino a los modernos, convirtiéndose en los
principios básicos de la modernidad. No obstante, fueron los grandiosos proyectos abstractos de
Le Corbusier los que dieron solidez ideológica a tales ideas y contribuyeron a que las mismas
acabaran imponiéndose.
Junto con la palpitante metrópoli económica que era Nueva York, a finales del siglo XIX, fue
sobre todo Chicago la ciudad que centralizó este nuevo movimiento arquitectónico.
Las raíces de la “rascacielomanía” en los Estados Unidos pueden descubrirse posteriormente
al incendio en la ciudad de Chicago, como un fenómeno que se propagó de allí al mundo.
Todavía hoy los rascacielos de la “city” norteamericana producen una fascinación irreductible;
dominan majestuosamente la línea del horizonte de las grandes ciudades y se han convertido en
símbolo de poder económico y de prosperidad social. A finales del siglo XIX en pocos años se
crearon las condiciones fundamentales para la construcción de rascacielos de centenares de
metros de altura y se resolvieron los complejos problemas técnicos y de estabilidad que
planteaba a arquitectos e ingenieros el nuevo tipo de construcción.
La escuela de Chicago fue un estilo arquitectónico surgido a finales del siglo XIX y principios
del XX en la ciudad de Chicago. Fue pionero en la introducción de nuevos materiales y técnicas
para la construcción de grandes edificios comerciales. Junto a ésta, aparecerá un nuevo
concepto en la arquitectura de aquellos años: el rascacielos.
Chicago es una ciudad floreciente, por ello se produce una gran especulación sobre los
terrenos y una gran demanda de construcción. La solución que se adopta es la construcción en
vertical: muchos pisos elevados sobre una planta reducida.
En el Chicago del XIX, la aparición de un nuevo material para la construcción –el hierro-
generalizó su uso en los edificios en altura. Por otra parte, la aparición del ascensor, además de
contribuir a la reproducción de edificios en altura para usos cotidianos, provocó una nueva
relación entre la estructura y las comunicaciones verticales.
Con la estructura-esqueleto, el uso de la estructura perimetral pasa de ser el único camino
para la construcción en altura a ser una opción. El uso de sistemas aporticados no renunció a la
parte perimetral de la estructura, pero añadió la posibilidad de introducir parte de la misma en el
interior del edificio, siguiendo una geometría ajena a la perimetral. Resulta llamativo comprobar
cómo a la parte perimetral de la misma se le dota de un componente simbólico, revistiéndola con
piedra.
El Wainwright Building, cuya estructura
aporticada parece aportar un aspecto simbólico
a la estructura perimetral, recubierta con
piedra.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 2
Si en Chicago nacieron los rascacielos, y tuvo su momento
de esplendor entre 1880 y 1895, fue en Nueva York donde
tuvieron su mayor desarrollo. El primer rascacielos de Nueva
York fue el edificio Flatiron, construido en 1902 con 87
metros de altura, y recuerda la proa de un barco. Se desata
una carrera vertiginosa por ganar altura.
En 1913 el edificio Woolworth alcanza los 241 metros, con un aspecto gótico y en los años
20 y 30 triunfan en los rascacielos las formas que recuerdan al clasicismo, como el edifico
Chrysler (1930) de William van Alen con 319 metros de altura.
La crisis de 1929 impulsó, curiosamente, la construcción de rascacielos. Estos son edificios
muy caros, pero también permiten aprovechar al máximo el precio del suelo, y además, su
construcción era todo un símbolo que ocultaba las miserias de la situación económica.
El Chrysler Building (1929-1930) será la expresión
más clara del poder aparentemente ilimitado de los
magnates del automóvil; William van Alen construyó un
rascacielos que, con sus 77 plantas y 319 metros de
altura, no sólo se alzaba contra el cielo de Nueva York y
fue durante algún tiempo el edificio más alto del mundo,
sino que sobre todo creó un ícono, miles de veces
reproducido, del art decó.
.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 3
En 1931 se inaugura el Empire State, del estudio Shreve, Lamb y Hermon, con 381 metros
de altura.
A partir de los años 30 comenzaron a aparecer rascacielos en ciudades de Iberoamérica (São
Paulo, Ciudad de México, Buenos Aires, Caracas, Panamá, Bogotá) y también en Asia
(Shanghái, Hong Kong, Tokio,Taiwan, etc.)
No obstante, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando la estética del
rascacielos se difundió por todo el mundo. En los primeros años del siglo XX se vuelven a las
formas clásicas, aunque los edificios ganan en altura.
En 1940 Raymond Hood y John Howells
construyen el Rockefeller Center, con 259 metros de
altura.
El cristal gana protagonismo. En 1958 Mies van der Rohe construye el edificio Seagram, con
160 metros de altura. En 1963 Walter Gropius construye el edificio de Pan-Am con 246 metros
de altura.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 4
El perfil de Nueva York se caracteriza por la abundancia de edificios racionalistas que
superan los 100 metros de altura y concentrados en la isla de Manhattan: Hotel Plaza de las
Naciones Unidas de 154 metros (1976) de Kevin Roche y John Dinkeloo; Citicorp Center de
279 metros (1977) de Hugh Stubbins; sede central de la ATT de 197 metros (1984) de Philip
Johnson.
Pero ningún edificio tuvo la audacia del World Trade Center, las torres Gemelas, que se
elevaron a los 417 metros de altura. Fueron construidas por Minoru Yamasaki y Emery Roth y
terminadas en 1972 y 1973.
Las torres Gemelas fueron destruidas en un atentado terrorista el 11 de septiembre del 2001,
cuando terroristas islámicos estrellaron sendos aviones comerciales contra las torres. Su
estructura, aunque resistió el impacto, no aguantó el incendio provocado.
En 1998 perdieron su récord de edificio más
alto del mundo, superadas por las Torres
Petronas en Kuala Lumpur (Malasia), con 452
metros de altura, de Cesar Pelli.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 5
Otro rascacielos notorio es la torre Sears, en Chicago, terminada en 1976. Mide hasta su
techo 442 m, pero contando sus antenas, alcanza los 527 m.
En la medida en que crecen los edificios van cambiando su concepto y función; ya no son
sólo edificios de una ciudad sino pequeñas ciudades en sí mismas. Las torres gemelas de Nueva
York tenían su propio código postal; existen calles, plazas, centros comerciales y de ocio. La
base de los rascacielos son auténticas plazas públicas de grandes dimensiones. En ellas se
distribuyen los flujos de personas que acceden al edificio, escaleras y ascensores. No sólo se
construyen las viviendas, oficinas y centros públicos, sino también se piensa en cómo se ha de
mover la gente dentro del edificio.
Hasta el 2009, el edificio más alto del mundo fue el Taipei 101, en Taiwán, de 101 pisos y
508 metros de altura; es obra del arquitecto japonés C.Y. Lee y fue inaugurado en el año 2004.
Desde principios de 2010, el edificio más alto del mundo es el Burj Dubai, de 200 pisos, que se
eleva hasta los 828 m y está ubicado en Dubái, la ciudad más poblada de Emiratos Árabes
Unidos.
La razón de su construcción suele ser el máximo aprovechamiento económico del suelo. Por
ello, suelen encontrarse múltiples rascacielos agrupados en las zonas comerciales o
residenciales de grandes ciudades, donde el valor del suelo es elevado. Sin embargo, en el caso
de los grandes rascacielos, la motivación económica suele ser en realidad inexistente, pues el
exceso de altura conlleva gastos todavía mayores. En estos casos la motivación es puramente
publicitaria, ya que estos grandes edificios, en especial si logran la etiqueta de "edificio más alto"
(de la ciudad o país), adquieren relevancia y notoriedad, y dotan de una imagen de poder y
bonanza económica a sus propietarios.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 6
"La altura de los rascacielos es un término relativo, generalmente comparativo con el
contexto. El primer edificio considerado como tal no tenía más que 5 alturas... y ahora se han
alcanzado casi los 500 m de altura. No existe una medida internacional, aunque sí una definición
dada por el Council on Tall Building and Urban Hábitat (CTBUH) con base en Pennsylvania que
dice que un rascacielos 'es un edificio en el que lo vertical tiene una consideración superlativa
sobre cualquier otro de sus parámetros y el contexto en que se implanta'. Hoy en día el
significado es mezcla de lo anterior."
La alta concentración de población que suponen los rascacielos exige grandes inversiones en
infraestructuras de transporte, instalaciones de suministro de agua, electricidad, comunicaciones,
saneamiento, etc. Instalaciones cuyo coste recae en las instituciones municipales, que a cambio
cobran grandes cantidades de dinero para otorgar ese tipo de licencias.
La planificación del diseño de un edificio en altura implica el análisis de un conjunto de
factores funcionales, económicos, estéticos y resistentes que pueden combinarse en forma
heterogénea y que además aumentan su complejidad, juntamente con el aumento de altura.
Podemos enunciar algunos de los problemas derivados de su gran altura:
• Hacer que el agua llegue a los pisos más altos sin que revienten las tuberías de los pisos más
bajos. Para ello se bombea por etapas y se guarda en depósitos en los pisos intermedios.
• Los ascensores deben ser rápidos, por la necesidad de no emplear mucho tiempo en llegar al
piso deseado, pero unas aceleraciones excesivas pueden provocar problemas de salud en las
personas.
• Peores condiciones para soportar terremotos. Sin embargo, esto se tiene en cuenta en su diseño
llegando a ser más resistentes que los edificios bajos construidos por métodos convencionales.
Los 5 más resistentes son: El Taipei 101, el U.S. Bank Tower, La Torre Mayor, la Torre Pemex y
la Torre Latinoamericana.
• Un edificio alto soporta peor el viento, y en el cálculo de su estructura se tienen en cuenta las
oscilaciones horizontales, tanto por la altura como por el hecho de que el viento es más fuerte
cuanto más nos distanciemos del suelo.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 7
• Las fundaciones deben soportar mucho peso y grandes momentos debidos a la fuerza horizontal
ejercida por el viento. Por ello deben ser anchos y profundos, y además deben diseñarse de una
forma especial para soportar los terremotos.
• La acumulación de una gran masa en la misma vertical puede producir a nivel geológico y
geofísico desequilibrios sismológicos, como los sucedidos en Taipei.
La estructura, a fin de dar respuesta a esta nueva problemática, debió resolver un nuevo
desafío: poder recibir, resistir y transmitir, además de las cargas gravitacionales, la acción de
cargas horizontales de viento y sismo, en algunos casos, a los que estos están sometidos.
El perfeccionamiento de los métodos de producción industrial de los materiales ferrosos fue,
quizá, el acontecimiento más importante de todos los producidos en la gran revolución industrial
del siglo XIX.
En Norteamérica se construyeron edificios de varios pisos, empleando esqueletos
completamente de acero. Los más célebres son el Woolworth Building, el rascacielos Chrysler y
el Empire State Building, todos ellos construidos en Nueva York.
A fines del siglo XIX, mientras con las grandiosas manifestaciones de París se celebraba la
victoria del hierro, comenzaba ya a difundirse un nuevo sistema de construcción que permitía
asociar el hierro al cemento. En Francia, después de las primeras y tímidas tentativas de
Monnier, se pasó bien pronto a las notables construcciones de Ennebique, y el sistema se
difundió rápidamente. Estas estructuras no pueden considerarse como rivales de las de acero
porque exigen un notable empleo de hierro para la armazón. Pero el sistema constructivo
llamado de “hormigón armado” obtuvo muy pronto el favor de los constructores, porque
permite obtener casi las mismas cualidades de resistencia y audacia de las estructuras metálicas
conservando, además, la monumentalidad de las construcciones con muros.
Con el Movimiento Moderno se produce la separación definitiva entre estructura y
cerramiento, caracterizado por los edificios de Mies, con sus esqueletos metálicos, en parte
perimetral y en parte exterior. El momento álgido de esta separación puede representarse en el
edificio empresarial de oficinas por antonomasia, la Lever House de SOM (Skidmore, Owings &
Merrill) con su muro cortina tan imitado en épocas posteriores.
Con la generalización del muro cortina y los avances en las estructuras metálicas, las
posibilidades a la hora de escoger entre distintos modelos estructurales aumentan. La estructura
perimetral sigue siendo un modelo lógico y muy empleado hoy en día, pese al desarrollo del
endoesqueleto estructural siguiendo un esquema orgánico con tronco central. A modo general,
podemos decir que una combinación entre este tronco central –muy vinculado a las
comunicaciones verticales- y una estructura perimetral –desvinculada en casi todos los casos del
cerramiento- se ha convertido hoy en día en el modelo más empleado por la construcción de
edificios en altura.
La elección de un determinado partido estructural conduce a la adopción de una estructura
resistente que puede ser de hormigón armado común o pretensado, de barras metálicas o
mixtos.
Cada material por separado ofrece soluciones valiosas en el ámbito de la construcción; por
ello, el empleo racional y combinado donde se aprovechan las cualidades de cada uno, limitando
o eliminando lo desfavorable, se complementan con una apropiada utilización de técnicas,
considerando variables como la zonificación, maquinarias, mano de obra, plazos de ejecución
entre otros. De esta manera se puede obtener una solución con amplias posibilidades de diseño.
La etapa del anteproyecto implica en cada caso una preselección de los tipos estructurales
más aptos para cumplir la función estático-resistente, y un predimensionado de los mismos
tomando en consideración las acciones de cargas exteriores permanentes y accidentales sobre
el sistema.
Esta preselección estructural estará así misma determinada por el tipo de material a emplear
lo cual depende de varios condicionantes tales como el factor económico, la rapidez de
ejecución, la calidad de mano de obra de que se dispone, la facilidad de obtención de los
materiales estructurales y la eventual posibilidad de transporte desde puntos lejanos.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 8
PRINCIPIOS BÁSICOS
La estructura de un edificio debe poseer resistencia, rigidez y ductilidad.
• RESISTENCIA: Garantiza la seguridad mínima requerida frente a las posibilidades del
colapso de la construcción
• RIGIDEZ: Evita desplazamientos o deformaciones excesivas, controla las vibraciones y
contribuye a la estabilidad del edificio.
• DUCTILIDAD: Se presenta en el caso de las estructuras antisísmicas, ya que deben
ser capaces de sufrir suficientes deformaciones plásticas antes de alcanzar alguna
forma de colapso.
ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE LA ESTRUCTURA
Los elementos que conforman la estructura de un edificio en altura pueden agruparse
en elementos principales y elementos de distribución.
• Elementos principales: son cada una de las partes que forman la estructura principal
del edificio. Se consideran 3, siendo las dos primeras elementos planos y la tercera,
espacial.
a. Tabique: también se los llama pared, muro de corte o pantalla. Son elementos
estructurales en los que predomina su superficie en relación con su espesor. Frente
a cargas horizontales se comportan como una ménsula empotrada en su base.
Como también toma cargas gravitacionales está solicitado a flexo-compresión. Se
construyen de hormigón armado.
b. Pórtico: También se lo llama marco. Es un plano formado por vigas y columnas
unidas rígidamente en los nudos. Es un elemento estructural flexible. Frente a la
deformación producida por cualquier tipo de cargas el nudo gira y en forma solidaria
se reparten las cargas. Está sometido a esfuerzos de flexión y corte. Pueden
materializarse en hormigón armado o en acero.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 9
c. Tubo: Esta estructura consiste en un conjunto de vigas y columnas dispuestas
sobre la periferia formando una especie de tubo perforado. La distribución de
tensiones se reparte entre todos sus elementos y todas las caras del tubo trabajan
en forma solidaria. Está solicitado a esfuerzos de flexión y corte.
• Elementos de distribución: Son elementos que vinculan a los elementos principales.
El caso típico es el de las losas de un edificio. Éstas trabajan solicitadas por fuerzas en
su plano y establecen una vinculación entre los desplazamientos de los diferentes
elementos principales. Deben poseer adecuada resistencia y rigidez. La rigidez de
estos elementos es fundamental para efectuar la distribución de fuerzas en la
estructura principal.
TIPOLOGÍAS ESTRUCTURALES DE EDIFICIOS EN ALTURA
Clasificación General:
• Tabiques
• Pórticos.
• Sistemas combinados tabique-pórtico.
• Núcleos verticales.
• Sistemas de enrejados.
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 10
• Tubo calado.
• Macropórticos.
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Los elementos estructurales descriptos en el punto anterior se agrupan dando lugar a
distintos sistemas estructurales. Cada uno de estos sistemas puede resultar adecuado para
determinados rangos de alturas del edificio. Al aumentar la altura del edificio se llega a un punto
en el cual la rigidez y no la resistencia pasa a ser limitante.
• Sistema de tabiques y tabiques acoplados:
En este sistema la resistencia a cargas horizontales está confiada exclusivamente a
tabiques. El caso de tabiques acoplados se da cuando dos (o más) tabiques coplanares son
conectados entre sí por medio de vigas (dinteles) a nivel de cada losa. Esto se presenta, por
ejemplo, cuando un tabique debe ser perforado en cada piso para permitir el paso de una
puerta. El acoplamiento de los tabiques confiere a éstos una mayor rigidez y mejora su
comportamiento. Un punto crucial en esta estructura lo constituyen sus dinteles. Están
solicitados a grandes esfuerzos de corte y en estructuras antisísmicas se requiere de ellos
una gran ductilidad. Los sistemas en base a tabiques y tabiques acoplados son eficientes
para alturas de edificios de hasta 20-30 pisos.
• Sistema de pórticos:
Este sistema está estructurado exclusivamente con pórticos. Es un sistema flexible. Si se
desea incrementar la rigidez debe incrementarse la sección de las vigas o columnas, o
disminuir la longitud de las vigas. Este sistema es eficiente para alturas no mayores de 15-20
pisos.
• Sistema de pórticos y tabiques:
Es un sistema de buen comportamiento. En él coexisten pórticos y tabiques actuando en
la misma dirección. Cada uno de ellos contribuye a suplir las falencias del otro. En los pisos
inferiores el pórtico se deforma mucho y el tabique muy poco. Este último absorberá la mayor
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 11
parte del esfuerzo cortante de las cargas externas en esos pisos y el pórtico se “apoya” en el
tabique. En los pisos superiores, por el contrario, la deformación relativa del pórtico es
pequeña y la del tabique, grande. En este caso el esfuerzo cortante externo es soportado por
el pórtico y el tabique se “cuelga” de él. Éste sistema es bastante eficiente y se ha llegado a
construir edificios de hasta 40 pisos.
• Sistema de tubos estructurales:
Este sistema tiene la ventaja de poder disponer de columnas más próximas entre sí y
tener mayor sección en vigas y columnas que en el caso de pórticos. La separación entre
columnas es del orden de 1,50 a 3 m y la altura de vigas puede ser de 0,60 a 1,50 m. Entre
las ventajas de este sistema puede mencionarse:
o Presenta mejor distribución de la estructura, al ubicarla en el perímetro; a la vez que
confiere una buena resistencia y rigidez a la torsión del edificio.
o Las columnas y vigas interiores son solamente para resistir las cargas
gravitacionales. Esto posibilita una tipificación de la construcción.
o Puede darse mejor aprovechamiento al espacio interior.
o Con este sistema, y sus variantes: tubos incluidos (tube-in-tube), tubos combinados
o tubos con diagonales en fachada, se han construido los edificios más altos en las
décadas de 1970-1980: con alturas entre 50 y 100 pisos.
• Sistema de tabiques centrales con vigas de transferencia a columnas:
Los edificios más altos que se han proyectado, poseen una estructura que consiste en un
gran tabique (usualmente un tubo estructural) ubicado en el centro de la planta del edificio, y una
cantidad de mega columnas ubicadas en la periferia. Hay una cantidad pequeña de grandes
vigas de transferencia (usualmente 3 ó 4 para un edificio de más de 100 pisos) que conectan el
tabique con las columnas. De esta forma éstas últimas colaboran con el tabique en la absorción
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 12
del momento flector global, y el tabique se encarga de resistir el esfuerzo de corte global. Con
este sistema se han proyectado edificios del orden de 125 pisos.
• Sistemas reticulados:
Los sistemas de estructuras reticulares (vector activo) son sistemas portantes formados
por elementos lineales (barras), en los que la transmisión de las fuerzas se realizan por
descomposición vectorial, es decir, a través de una subdivisión multidireccional de las
fuerzas. Las barras trabajan a tracción o a compresión. Estas estructuras son especialmente
apropiadas como sistemas portantes de edificios de gran altura. Las características
estructurales típicas son triangulación y unión mediante nudos.
! Sistema de núcleo:
En este sistema el núcleo central del edificio es el encargado de recibir todas las cargas
para luego transmitirlas el suelo.
Hay 3 tipos de estructuras:
Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 13
o Núcleo en voladizo: cooperan vigas y ménsulas para sostener las losas.
o Núcleo portante indirecto: Las losas se cuelgan por medio de tensores que se
anclan en el núcleo.
o Combinaciones de núcleo con otro sistema estructural.
Cátedra Diez • Estructuras III
ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS
CONSTRUCCIONES
autor / reelaboración Arq. Pablo Valenzuela • colaboración Arqta. Evangelina Bechara
Arq. Nicolás Eguía
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 1
ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES
Considerando el comportamiento de los edificios en altura desde el punto de vista estructural,
independientemente de la tipología adoptada, se contemplarán los siguientes aspectos:
1- Qué tipo de acciones se ejercen sobre los edificios, es decir, cuáles son las cargas a considerar
en el cálculo.
2- Cómo se verifica en conjunto la capacidad resistente de la estructura en cuestión frente a los
efectos producidos por esas acciones.
3- Cuál sería el procedimiento de cálculo, simplificado y a los efectos del predimensionado, de un
determinado diseño estructural (proyecto), para cada una de las distintas tipologías
estructurales.
Primeramente se tratará en forma interrelacionada parte del primer y segundo tema y el tercero se irá
analizando a medida que se estudie cada tipología en particular.
1- Acciones:
Como es sabido, un edificio en altura está sometido como cualquier otro tipo de construcción a cargas:
a) Gravitacionales: Pueden ser: permanentes (peso propio de la estructura, mampostería, etc.),
o bien transitorias (sobrecarga útil: personas, mobiliario, etc.). Son cargas estáticas, o sea que
no se modifican sustancialmente con el tiempo si se las compara con las que se verán a
continuación. Al ser gravitacionales su dirección es vertical y su sentido, hacia abajo.
b) Dinámicas: Afectan considerablemente a los edificios en altura y también a los de grandes
luces. Se analizarán por su importancia las de viento y las sísmicas.
La acción del viento está relacionada con su intensidad, es decir con la velocidad de la masa de aire
en movimiento, que es el único registro posible de cuantificar. Esta velocidad no es uniforme, lo cual
significa que la velocidad instantánea es la superposición de un valor fluctuante sobre un valor medio
(Vm), llamando Vm al promedio de velocidades instantáneas medidas en un intervalo de tiempo de 2 a
3 segundos.
Este valor fluctuante se llama efecto de ráfaga y produce presiones dinámicas de viento que crean
desplazamientos adicionales y una oscilación del edificio generalmente paralela a la dirección del
viento.
Siendo el viento, entonces, una carga dinámica se
lo puede definir como una masa de aire
moviéndose a una determinada velocidad y en
cierta dirección.
Ésta, al encontrarse con la fachada de un edificio,
ejerce una presión (al anularse su velocidad o
energía cinética), la cual es máxima cuando la
dirección del viento es perpendicular a la fachada
sobre la que actúa.
En la mayoría de los edificios en torre, las fachadas
son verticales. Existen excepciones (fachadas
inclinadas); en estos casos se realizan estudios
particularizados sobre modelos. Por lo tanto se
considerará al viento actuando horizontalmente, o
sea con ángulo de 90° con respecto al plano de la
fachada.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 2
Observando la planta del edificio se comprueba que los
filetes de aire deben modificar su trayectoria para
sortear el obstáculo en la medida de lo posible, es decir
que no chocan totalmente con la fachada de la
construcción.
La masa de aire al desviarse, disminuye su presión
sobre la fachada, de forma que la presión dinámica
producida por la velocidad del viento es máxima en el
centro de la misma (éste se llama punto de
obstrucción) y va disminuyendo hacia los bordes.
Resumiendo: a los efectos del cálculo se consideran las acciones del viento en el caso más
desfavorable, es decir en la dirección horizontal y aplicado en el eje de la fachada.
2- Verificación de la capacidad resistente del conjunto:
Independientemente del o de los tipos estructurales elegidos para rigidizar al edificio frente a las cargas
del viento, el conjunto se comporta como una ménsula empotrada en el suelo. O sea que la masa
de aire en movimiento al encontrarse con la construcción produce un Momento Volcador, debido
justamente a la presión del viento. Este momento aumenta con la velocidad y la superficie expuesta (a
mayor velocidad de viento y más superficie, mayor momento volcador). Por consiguiente el edificio es
una ménsula que está sometida a flexión (hay un momento flector).
De manera tal que una primera e importante verificación es la de asegurarse la posibilidad de
materializar el empotramiento de esa ménsula en el suelo. Esto remite específicamente al tema de
fundaciones y suelos aptos, que se tratará en otra oportunidad.
El momento flector debido al viento, que tiende a volcar al edificio y que está dado por el producto de
la resultante del diagrama de cargas de viento (Viento) por la distancia (hviento) entre su punto de
aplicación y el plano de fundación (o más exactamente, la sumatoria de los momentos producidos por
las cargas de viento aplicadas en cada nivel, con respecto al plano de fundaciones) debe ser equilibrado
por otro momento, debido al peso propio, y que está dado por el producto del peso propio del edificio
(Gt) por la distancia (d) entre su recta de acción; este momento se denomina Momento Estabilizador.
Debe cumplirse:
Siendo:
Me: Momento estabilizador
Mv: Momento volcador
(+)
(-)
(-)
€
Me
Mv
≥ 1,5
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 3
Esto permite, además de comprobar que la construcción no entra en colapso, determinar con qué grado
de seguridad se está trabajando.
Así es como Gt, el peso propio del edificio, es quien equilibra a las cargas debidas al viento.
Para esta verificación se toma al edificio descargado, solamente con las cargas permanentes, es decir
en el caso más desfavorable (un edificio más liviano significa un momento estabilizador menor).
A través de un caso concreto se verán cuáles son las verificaciones de conjunto a realizar, dado un
determinado anteproyecto:
I- VERIFICACION DE LA ESBELTEZ DEL EDIFICIO
II- VERIFICACION DE LA RIGIDEZ
III- VERIFICACION AL VOLCAMIENTO (se analiza el procedimiento seguido para determinar las
cargas gravitacionales (Gt) y de viento (W), y los momentos estabilizador (Me) y volcador (Mv)
correspondientes, producidos por estas cargas.
IV- VERIFICACION DE LAS TENSIONES ADMISIBLES DEL TERRENO.
Bibliografía:
CIRSOC 102-2005: “Reglamento Argentino de acción del viento sobre las construcciones”, Ings.: Juan
Carlos Reimundín y Roberto Cudmanis.
CIRSOC: Centro de investigación de los reglamentos nacionales de seguridad para las obras civiles.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 4
Consideraciones sobre el CIRSOC 102-2005.
“Reglamento Argentino de acción del viento sobre las construcciones”
Es el Reglamento de seguridad de aplicación nacional, que determina los procedimientos y medios
para obtener los valores de las cargas producidas por la acción del viento sobre las construcciones o
sus diferentes partes.
Las normas cambian a través del tiempo. Su necesidad de modificación se basa en lograr una mayor
adaptación a las condiciones reales que la naturaleza impone.
Hasta 1979, para calcular la acción del viento sobre un edificio se aplicaban las normas francesas
“N.V. 65 Revisees 67” , ya que nuestro país no contaba con una norma propia.
A partir de ese año comenzó a utilizarse la Norma IRAM 11700, cuyas disposiciones fueron
incorporadas, con algunas modificaciones, al Reglamento CIRSOC 102/82 y 102-1/82
(Recomendaciones para la acción dinámica del viento sobre las construcciones) en vigencia hasta
2012.
A partir del 1 de Enero de 2013 entró en vigencia el actual reglamento que se encontraba en discusión
nacional y pública desde 2005.
Requisitos generales
El campo de validez de este Reglamento aplica a todas las construcciones dentro del territorio de la
República Argentina. Para el Sector Antártico e Islas Malvinas, no se dan valores de la velocidad básica
del viento, por no contarse con datos estadísticos de esas zonas.
Los edificios y otras estructuras, incluyendo tanto su sistema principal resistente a la fuerza del viento
(SPRFV) como sus componentes y revestimientos, se deben diseñar y construir para resistir las cargas
de viento que se especifican en este Reglamento.
El mismo proporciona tres métodos entre los cuales el proyectista o diseñador estructural puede
elegir.
Un Método 1, procedimiento simplificado, donde se pueden seleccionar las presiones de
viento directamente sin ningún cálculo cuando el edificio reúne los siguientes requisitos:
- es un edificio cerrado total o parcialmente, con diafragmas simples (las cargas de viento
se trasmiten al sistema principal vertical resistente a la fuerza del viento a través de
diafragmas de entrepisos y cubierta),
- la pendiente de la cubierta del edificio es menor que 10°,
- la altura media de la cubierta del edificio es menor o igual a 10 m,
- el edificio o estructura es de forma regular es decir que no contiene irregularidades
geométricas en forma espacial, (Figuras 3 a 8 del Reglamento),
- el edificio no se encuadra como edificio flexible (aquellos edificios y otras estructuras
esbeltas que tienen una frecuencia natural fundamental menor que 1 Hz)
- la estructura del edificio no posee juntas de dilatación o separaciones, y
- el edificio está ubicado en un terreno plano sin presencia de lomas o escarpas.
Un Método 2, procedimiento analítico, que provee las presiones y fuerzas del viento para el
diseño de sistemas principales resistentes a la fuerza del viento y para el diseño de componentes
y revestimientos de edificios y otras estructuras. A través del mismo se determina la
direccionalidad del viento y una presión dinámica, la selección o determinación de un factor de
efecto de ráfaga adecuado, y la selección de coeficientes de fuerza o presión apropiados. El
procedimiento tiene en cuenta, para el nivel de confiabilidad estructural que se solicita, los efectos
de diferenciar exposiciones al viento, los efectos de aceleración debidos a ciertas características
topográficas tales como colinas y escarpas, y el tamaño y geometría del edificio u otra estructura
en consideración. Distingue entre edificios y otras estructuras rígidos y flexibles, y los resultados
en general son envolventes de las condiciones de carga más críticas para el diseño tanto de los
SPRFV, como de los componentes y revestimientos.
Un edificio u otra estructura cuya carga de diseño se determina de acuerdo con este método
debe ser de forma regular, y no poseer características de respuesta que den lugar a cargas
transversales de viento, desprendimientos de vórtices, inestabilidad debida a galope o flameo.
Por su ubicación, tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o
golpeteo en la estela debido a las obstrucciones a barlovento.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 5
Para ciertos emplazamientos y edificios y estructuras (o partes de ellas) es necesario el uso de
bibliografía reconocida concerniente a efectos del viento, o el uso del procedimiento del túnel de
viento. Algunos ejemplos son:
- emplazamientos que producen efectos de canalización o estelas debidas a obstrucciones
hacia barlovento. Los efectos de canalización se pueden generar por características
topográficas (por ejemplo la garganta de una montaña) o edificios (por ejemplo un conjunto
de edificios altos). Las estelas pueden ser causadas por colinas o por edificios u otras
estructuras,
- edificios con formas geométricas inusuales o irregulares, incluyendo cúpulas, bóvedas
cilíndricas y otros edificios cuyas formas (en planta o perfil) difieren significativamente de
los prismas uniformes. Las formas geométricas inusuales o irregulares incluyen edificios
con entrantes múltiples, fachadas curvas, planta irregular resultante de hendiduras o
salientes significativas, aberturas a través del edificio, o edificios en torres múltiples
conectadas por puentes,
- edificios con características de respuesta inusuales, que dan como resultado cargas
transversales al viento y/o cargas torsionales dinámicas, cargas causadas por
desprendimiento de vórtices, o cargas resultantes de inestabilidades tales como el flameo
o el galope,
- puentes, grúas, líneas de transmisión eléctrica, mástiles con tensores, torres de
telecomunicación, y mástiles de banderas.
No se permiten reducciones en la presión dinámica provenientes de la aparente protección
brindada por edificios y otras estructuras u obstáculos del terreno.
Un Método 3, procedimiento del Túnel de Viento. Los ensayos en túnel de viento se deben
utilizar para los casos que no se puedan resolver con los dos métodos mencionados y también
se admite en reemplazo de dichos Métodos para cualquier edificio o estructura.
El ensayo en túnel de viento tiene en cuenta protecciones y canalizaciones y puede determinar
con mayor exactitud que los Métodos 1 y 2 las cargas de viento para edificios de formas
complejas.
Se recomiendan los ensayos en túnel de viento cuando el edificio u otra estructura en
consideración satisface una o más de las siguientes condiciones:
- formalmente difiere significativamente de una forma de prisma rectangular uniforme,
- es flexible con frecuencias naturales por debajo de 1 Hz,
- está sujeto a golpeteo en la estela de los edificios u otras estructuras existentes en
la dirección desde la cual sopla el viento, o
- está sujeto a flujo acelerado causado por acanalamiento o por características topográficas
locales.
Es una práctica común recurrir a ensayos en túnel de viento cuando es necesario obtener datos
de diseño para las siguientes cargas inducidas por el viento:
- presiones sobre muros cortina de geometría irregular,
- cargas transversales al viento y/o torsionales significativas,
- cargas periódicas causadas por desprendimiento de vórtices, y
- cargas resultantes de inestabilidades tales como flameo o galope.
Los ensayos para la determinación de fuerzas y presiones medias y fluctuantes deben reunir las
condiciones que establezca el tipo y modelo de túnel de viento a utilizar.
Un túnel de viento de capa límite tiene como objetivo recrear, de la manera más similar a la
realidad, las condiciones de viento sobre la superficie terrestre, o sea la baja capa límite
atmosférica (400 metros de altura hasta el suelo es una capa delgada de aire comparada con las
dimensiones de la tierra) que es turbulenta, cuando sopla el viento. En este tipo de túneles se
puede estudiar qué pasa cuando el viento golpea sobre diferentes cuerpos, como rotores de
generadores eólicos, edificios, aviones, puentes grúas, o cualquier tipo de estructura. Cuando el
viento sopla produce un número importante de fuerzas sobre los cuerpos y aquí reside la
importancia de los túneles de viento de capa límite, que permiten estudiar la fuerza aerodinámica.
Cuanto mayores sean las dimensiones del túnel, mejor se recrearán las turbulencias
relacionadas con la realidad.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 6
Los túneles de viento de capa límite tienen dimensiones típicas de la sección de ensayo dentro
de los siguientes rangos: ancho de 2-4m, altura 2-3m, y longitud 15-30m. Las velocidades
máximas de viento están comúnmente dentro del rango de los 10-45 m/s. El túnel de viento
puede ser tipo circuito abierto o circuito cerrado.
Se pueden utilizar distintos tipos básicos de modelos de ensayo en túnel de viento, los cuales,
junto con un modelo de los alrededores (modelo de proximidad), pueden proveer informaciones
adicionales a las cargas de viento, tales como cargas de nieve sobre cubiertas complejas, datos
de viento para evaluar el impacto ambiental sobre los peatones, y concentraciones de emisiones
de aire contaminado para determinaciones del impacto ambiental.
En algunos casos, las construcciones adyacentes pueden proteger la estructura suficientemente,
de modo que la remoción de una o más de ellas podría incrementar significativamente las cargas
de viento. Un método efectivo para determinar la influencia de edificios adyacentes consiste en
realizar ensayos adicionales en el túnel de viento excluyendo determinados edificios próximos (o
con edificios adicionales si ellos pueden provocar incrementos en las cargas por canalización o
golpeteo).
Las cargas de viento que actúan sobre las caras opuestas de cada superficie del edificio, tanto para el
sistema principal resistente a la fuerza del viento como para componentes y revestimientos, deben ser
la suma algebraica de las presiones actuantes en dichas caras.
Del mismo modo, la carga de viento de diseño determinada por cualquiera de los procedimientos
especificados no debe ser menor que el valor 0,50 kN/m
2
(50 kg/m
2
) multiplicado por el área del edificio
o estructura proyectada sobre un plano vertical normal a la dirección supuesta para el viento, tanto para
el SPRFV como para los componentes y revestimientos.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 7
METODO 2 – PROCEDIMIENTO ANALITICO
Determinación de las acciones debidas al VIENTO y su verificación global
Se verificará la acción del viento actuando sobre la cara mayor.
DATOS
PLANTA CORTE A-A
Altura total Z: 21 niveles + PB 64m
Altura de entrepiso he: 2,80 m
Altura de PB hPB 5,20m
Altura nivel fundaciones hf -5m
Ubicación Ciudad de Córdoba
Topografía Plana
Terreno Urbano
Destino Vivienda
Peso Propio g= 0,7 T/m
2
Sobrecarga p= 0,2 T/m
2
Carga total q= 0,9 T/m
2
Tensión admisible del terreno σt = 3 kg /cm
2
Tipo estructural Tabiques de hormigón armado
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 8
I y II - VERIFICACIÓN DE LA ESBELTEZ Y LA RIGIDEZ
ESBELTEZ
El edificio (en corte) se considera flexible pero
se deberá verificar la frecuencia F (1-2-1).
Según el código de edificación de la CABA, todo edificio que supere los 12m de altura debe ser
verificado para carga de viento.
RIGIDEZ
El diafragma se considera infinitamente rígido.
III - VERIFICACIÓN GLOBAL AL VOLCAMIENTO
A DETERMINACIÓN DEL MOMENTO ESTABILIZADOR Me
PLANTA CORTE
Me: Momento estabilizador
Gt : Peso propio del edificio descargado (caso
más desfavorable)
d : distancia de la recta de acción de Gt al
centro de volcamiento.
Gt = Superficie planta x n° niveles x g
Gt = 12m x 20m x 22 niveles x 0,7 T/m
2
Gt = 3.696 T
Luego:
Me = 3.696 T x 6m
Me = 22176 Tm
€
λ =
Z
L
=
64m
12m
= 5,33 > 4
€
B
L
=
20m
12m
= 1,66 < 5
€
Me
Mv
≥ 1,5
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 9
B DETERMINACIÓN DEL MOMENTO VOLCADOR Mvf
Es la suma de momentos parciales debidos a la carga de viento, con respecto al plano de fundación
(en este caso hf = -5m) .
Mvf : Momento volcador total respecto al plano
de fundaciones.
Pi : Acciones de viento en el nivel (i)
hi + 5m : altura desde el nivel considerado (i)
hasta el plano de fundación.
B-1 Cálculo de la Acción del viento
Procedimiento de diseño (artículo 5.3. del CIRSOC 102-2005)
§ Se determina la velocidad básica del viento V y el factor de direccionalidad Kd de acuerdo con el
artículo 5.4.
§ Se determina un factor de importancia I de acuerdo con el artículo 5.5.
§ Se determinan para cada dirección de viento una categoría o categorías de exposición y los
coeficientes de exposición para presión dinámica Kz o Kh, según corresponda, de acuerdo con
el artículo 5.6.
§ Se determina un factor topográfico Kzt de acuerdo con el artículo 5.7.
§ Se determina un factor de efecto de ráfaga G o Gf, según corresponda, de acuerdo con el artículo
5.8.
§ Se determina una clasificación de cerramiento de acuerdo con el artículo 5.9.
§ Se determina el coeficiente de presión interna GCpi, de acuerdo con el artículo 5.11.1.
§ Se determinan los coeficientes de presión externa Cp, o GCpf, o los coeficientes de fuerza Cf,
según corresponda, de acuerdo con los artículos 5.11.2. ó 5.11.3. respectivamente.
§ Se determina la presión dinámica qz o qh, según corresponda, de acuerdo con el artículo 5.10.
§ Se determina la carga de viento de diseño p o F de acuerdo con los artículos 5.12. y 5.13., según
corresponda.
PARA LLEGAR A DETERMINAR LA CARGA DE VIENTO p DEBEMOS HALLAR PRIMERO TODOS
LOS FACTORES ARRIBA ENUMERADOS. A LOS EFECTOS DE FACILITAR SU COMPRENSIÓN
NO SE SEGUIRÁ EL ORDEN DEL REGLAMENTO.
1- Carga de viento de diseño en edificios cerrados y parcialmente cerrados (artículo 5.12.)
De acuerdo a lo enumerado en el punto anterior, tendremos que hallar la presión de diseño p para el
SPRFV en cada nivel del edificio, mediante la siguiente expresión (5.12.2):
edificio rígido
ó
edificio flexible
Mvf =Σ pi ( hi + 5m)
€
p = q× G × Cp − qi × (GCpi) [N/ m2
]
€
p = q× Gf × Cp − qi × (GCpi) [N/ m2
]
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 10
siendo:
q = qz para paredes a barlovento evaluada a la altura z sobre el terreno;
q = qh para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas, evaluada a la altura media de
cubierta, h;
qi = qh para paredes a barlovento, paredes laterales, paredes a sotavento y cubiertas de
edificios cerrados y para la evaluación de la presión interna negativa en edificios parcialmente
cerrados;
qi = qz para la evaluación de la presión interna positiva en edificios parcialmente cerrados
donde la altura z está definida como el nivel de la abertura más elevada del edificio que podría
afectar la presión interna positiva.
G el factor de efecto de ráfaga según el artículo 5.8.1.;
Gf el factor de efecto de ráfaga según el artículo 5.8.2.;
Cp el coeficiente de presión externa de la Figura 3 o de la Tabla 8;
(GCpi) el coeficiente de presión interna de la Tabla 7.
q y qi se deben evaluar usando la exposición definida en el artículo 5.6.2.1.
Las presiones positivas actúan hacia la superficie y las presiones negativas actúan desde la superficie
(succión).
Los valores de las presiones externa e interna se deben combinar algebraicamente para determinar la
carga más crítica.
1-1- Cálculo de la presión dinámica q (artículo 5.10.)
La presión dinámica qz, evaluada a la altura z, se debe calcular mediante la siguiente expresión:
(13)
siendo:
V la velocidad básica del viento obtenida de la Figura 1.
Kd el factor de direccionalidad del viento definido en el artículo 5.4.4.
I el factor de importancia definido en el artículo 5.5.
Kzt el factor topográfico definido en el artículo 5.7.2.
Kz el coeficiente de exposición para la presión dinámica definido en el artículo 5.6.4.
qh la presión dinámica calculada mediante la expresión (13) a la altura media de cubierta h.
La constante 0,613 refleja la densidad del aire para atmósfera estándar, esto es, 15° C y presión de
mercurio a nivel del mar de 101,325 kPa, y dimensiones asociadas con la velocidad de viento en metros
por segundo.
1-1-1- Velocidad básica del viento (5.4.)
La velocidad básica del viento V, que se usa en la determinación de las cargas de viento de diseño
sobre edificios y otras estructuras, se debe obtener del mapa de la Figura 1A o de la Tabla de la Figura
1B, con excepción de aquellos lugares donde los registros o la experiencia indiquen que las velocidades
del viento son más altas que las indicadas en dichas figuras.
El mapa de velocidad del viento de la Figura 1 presenta velocidades básicas del viento para la República
Argentina. Las mismas corresponden a velocidades de ráfaga de 3 seg. a 10 m sobre el terreno, para
categoría de exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02 de que sean igualadas
o excedidas (50 años de intervalo de recurrencia media).
Se debe suponer que el viento proviene de cualquier dirección horizontal.
Los tornados no se han considerado al elaborar la distribución de velocidades básicas del viento en el
país. En años recientes se han realizado estudios internacionales que han permitido mejorar la
comprensión de los efectos de tornados sobre edificios. Esta comprensión se ha logrado a través de la
documentación de daños en edificios causados por tormentas de tornados y a través del análisis de los
€
qz = 0,613× V2
× Kd × Ι × Kzt × Kz [N/ m2
]
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 11
datos recogidos. Las velocidades del viento de tornados tienen una probabilidad significativamente más
baja de ocurrencia en un lugar que la probabilidad de velocidades de viento básicas. Sumado a ello se
ha encontrado que en aproximadamente la mitad de los tornados que se han registrado, las velocidades
de ráfaga son menores que aquellas asociadas con las velocidades básicas del viento. En tornados
intensos, las velocidades de viento cerca del suelo son del rango de 67 a 89 m/s.
De la Figura 1A y 1B se obtiene:
V = 45,0 m/seg
1-1-2- Factor de direccionalidad del viento (5.4.4.)
El factor de direccionalidad del viento Kd, se debe obtener de la Tabla 6 y se debe aplicar solamente
cuando se use conjuntamente con las combinaciones de carga especificadas en los respectivos
Reglamentos de aplicación.
Este factor tiene en cuenta dos efectos: 1) la probabilidad reducida de que los vientos máximos
provengan de cualquier dirección determinada, 2) la probabilidad reducida de que los coeficientes de
presión máxima ocurran para cualquier dirección de viento.
De la Tabla 6, de acuerdo al tipo de estructura, para SPRFV de edificios, se obtiene:
Kd = 0,85
1-1-3- Factor de importancia (5.5.)
El factor de importancia I para un edificio u otra estructura, que se obtiene de Tabla 1, se debe
determinar en base a las categorías de edificios y otras estructuras indicadas en la Tabla A-1, del
Apéndice A.
De la Tabla A-1 del Apéndice A, para edificios de viviendas, se obtiene:
Categoría = II
De la Tabla 1, para categoría II, se obtiene:
I = 1
1-1-4- Efectos topográficos (5.7.)
Los efectos del aumento de la velocidad del viento sobre lomas, escarpas y colinas aisladas que
constituyen cambios abruptos en la topografía general en cualquier categoría de exposición, se deben
incluir en el cálculo de las cargas de viento de diseño mediante el factor Kzt .
Kzt = (1 + K1. K2. K3)
2
donde K1, K2 y K3 se incluyen en la Figura 2.
Para el caso de topografía plana, se obtiene:
Kzt = 1
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 12
1-1-5-1- Categoría de exposición (5.6.1.)
Para cada dirección de viento considerada, se debe determinar una categoría de exposición que refleje
adecuadamente las características de las irregularidades de la superficie del terreno para el lugar en el
cual se va a construir el edificio o la estructura.
Para un sitio de emplazamiento ubicado en la zona de transición entre categorías, se debe aplicar
aquella que conduzca a las mayores fuerzas de viento. Se deben tener en cuenta las variaciones en la
rugosidad superficial del terreno que se generan a partir de la topografía natural y de la vegetación, así
como de las construcciones existentes. Para cualquier dirección dada de viento, la exposición en la
cual se ubica un edificio específico u otra estructura se debe fijar dentro de las siguientes categorías:
1- Exposición A. Centro de grandes ciudades con al menos 50% de los edificios de altura mayor
que 20 m. El uso de esta categoría de exposición está limitado a aquellas áreas para las cuales
el terreno representativo de la Exposición A prevalece en la dirección de barlovento en una
distancia de al menos 800 m ó 10 veces la altura del edificio u otra estructura, la que sea mayor.
Se tendrán en cuenta los posibles efectos de acanalamiento o presiones dinámicas
incrementadas debido a que el edificio o estructura se localiza en la estela de edificios
adyacentes.
2- Exposición B. Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas, o terrenos con numerosas
obstrucciones próximas entre sí, del tamaño de viviendas unifamiliares o mayores. El uso de esta
categoría de exposición está limitado a aquellas áreas para las cuales el terreno representativo
de la Exposición B prevalece en la dirección de barlovento en una distancia de al menos 500 m
ó 10 veces la altura del edificio u otra estructura, la que sea mayor.
3- Exposición C. Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas, con alturas generalmente
menores que 10 m. Esta categoría incluye campo abierto plano y terrenos agrícolas.
4- Exposición D. Áreas costeras planas, sin obstrucciones, expuestas al viento soplando desde
aguas abiertas en una distancia de al menos 1600 m. Esta exposición se debe aplicar solamente
a aquellos edificios y otras estructuras expuestas al viento soplando desde el agua. La exposición
D se extiende tierra adentro desde la costa a una distancia de 500 m ó 10 veces la altura del
edificio o estructura, la que sea mayor.
Exposición A en la parte
posterior de la imagen, centro
de una gran ciudad y
exposición D en los edificios
en primer plano que están
expuestos a vientos soplando
sobre aguas abiertas por una
distancia de más de 1600 m.
Reglamento
Argentino
de
Acción
del
Viento
sobre
las
Construcciones
Com.
Cap.
5
-
16
EXPOSICIÓN
A:
En
la
parte
posterior,
centro
de
una
gran
ciudad
con
al
menos
50
%
de
los
edificios
con
alturas
mayores
de
20
m.
El
edificio
en
consideración
debe
tener
este
terreno
a
barlovento
por
lo
menos
800
m
o
diez
veces
la
altura
del
edificio,
lo
que
resulte
mayor.
EXPOSICIÓN
D:
Los
edificios
en
primer
plano
están
expuestos
a
vientos
soplan-
do
sobre
aguas
abiertas
por
una
distancia
de
mas
de
1600
m.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 13
Exposición B: área urbana
residencial con predominio de
viviendas unifamiliares. Los
edificios en el centro de la
fotografía están rodeados por
terrenos de exposición B.
Exposición B: área suburbana
con numerosas obstrucciones
poco espaciadas con el
tamaño de viviendas
unifamiliares o mayores.
Exposición C: terreno abierto
con obstrucciones aisladas
que tienen alturas
generalmente menores a
10m. Las construcciones en el
centro de la fotografía están
rodeadas por terreno de estas
características, lo que impide
el uso de exposición B.
Reglamento
CIRSOC
102,
Comentarios
Cap.
5
-
17
EXPOSICIÓN
B:
Área
urbana
residencial
con
predominio
de
viviendas
unifami-
liares.
Los
edificios
en
el
centro
de
la
fotografía
están
rodeados
por
terreno
de
exposición
B
en
una
distancia
mayor
que
500
m
o
10
veces
la
altura
del
edificio,
lo
que
resulte
mayor,
para
cualquier
dirección
del
viento.
Reglamento
Argentino
de
Acción
del
Viento
sobre
las
Construcciones
Com.
Cap.
5
-
18
EXPOSICIÓN
B:
Área
suburbana
con
numerosas
obstrucciones
poco
espaciadas
con
el
tamaño
de
viviendas
unifamiliares
o
mayores.
Para
el
edificio
en
conside-
ración,
el
terreno
representativo
de
la
exposición
B
debe
extenderse
en
la
dirección
de
barlovento
mas
de
10
veces
la
altura
del
edificio
o
500
m,
lo
que
resulte
mayor.
Reglamento
CIRSOC
102,
Comentarios
Cap.
5
-
19
EXPOSICIÓN
C:
Terreno
abierto
con
obstrucciones
aisladas
que
tienen
alturas
generalmente
menores
a
10
m.
Las
construcciones
en
el
centro
de
la
fotografía
están
rodeadas
por
terreno
de
estas
características
lo
que
impide
el
uso
de
exposición
B.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 14
Para el caso de terreno urbano de la ciudad de Córdoba, se obtiene:
Exposición = A
1-1-5-2- Coeficiente de exposición para la presión dinámica (5.6.4.)
En base a la categoría de exposición determinada en el artículo 5.6.1., se debe obtener de la Tabla 5
un coeficiente de exposición para la presión dinámica Kz o Kh, según corresponda.
El coeficiente de exposición para presión dinámica Kz en la expresión (13) contempla la variación de la
velocidad del viento con la altura sobre el terreno y con la rugosidad de éste. Kh es un caso especial
del coeficiente de exposición para presión dinámica Kz , y es el coeficiente evaluado a la altura media
de cubierta de un edificio o a la altura de una estructura, como se refiere en el artículo 5.12. Los valores
de Kz y Kh están listados en la Tabla 5 para alturas de hasta 150m y para cuatro categorías de
rugosidad, designadas como Exposiciones A, B, C y D.
El valor del coeficiente de exposición para presión dinámica aumenta con la altura, teniendo un valor
teórico de cero a nivel de la superficie del terreno. Sin embargo, debido a las complejidades del flujo
causadas por la elevada turbulencia cerca del suelo, Kz se supone constante para z ≤ 5m. Cuando los
valores de z son mayores que 150 m se puede usar la expresión indicada en la Nota 2 de la tabla 5.
Los valores de Kz se deben interpolar linealmente para valores intermedios de altura.
En nuestro caso, para Exposición A y Caso 2 (SPRFV), de la tabla 5 se obtiene:
Nivel PB Z = 0,00 Kz = 0,330
Nivel 1º piso Z = 5,20 Kz = 0,360 - 0,330 . ( 5,20m - 5,00m) + 0,330
6,00m – 5,00m
Nivel 1º piso Z = 5,20 Kz = 0,336
Nivel 2º piso Z = 8,00 Kz = 0,440 - 0,390 . ( 8,00m – 7,50m) + 0,390
10,00m – 7,50m
Nivel 2º piso Z = 8,00 Kz = 0,400
Nivel Nº piso Z = … Kz = …
Nivel terraza Z = 64,00 Kz = 0,980 - 0,890 . ( 64,00m – 60,00m) + 0,890
75,00m – 60,00m
Nivel terraza Z = 64,00 Kz = 0,914
Se deben calcular los valores de Kz para todos los niveles o utilizar la tabla ya interpolada (pag. 33).
Los valores de Kz resultantes y la presión dinámica qz, evaluada a la altura z, están volcados en la
Tabla Resumen de la página 20:
(13)
qz
= 0,613× 45 m
seg
( )
2
× 0,85 ×1×1×Kz
[N / m2
]
qzPB
= 1055 × N
m2
×Kz
= 1055 × N
m2
× 0,330 = 348 N
m2
qz1º
= 1055 × N
m2
× 0,336 = 355 N
m2
qz2º
= 1055 × N
m2
× 0,400 = 422 N
m2
qzNº
= 1055 × N
m2
×... = ... N
m2
qzterraza
= 1055 × N
m2
× 0,914 = 964 N
m2
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 15
1-2- Cálculo del factor de efecto de ráfaga G (artículo 5.8.)
El factor de efecto de ráfaga tiene en cuenta los efectos de carga en la dirección del viento debidos a
la interacción estructura - turbulencia del viento. También tiene en cuenta los efectos de carga en la
dirección del viento debidos a la amplificación dinámica en edificios y estructuras flexibles.
Para las estructuras rígidas (edificio u otra estructura cuya frecuencia natural es mayor o igual que
1Hz), el factor de efecto de ráfaga se debe adoptar igual a 0,85.
Para las estructuras flexibles o dinámicamente sensibles (edificios y otras estructuras esbeltas que
tienen una frecuencia natural fundamental menor que 1Hz), el factor de efecto de ráfaga está dado por
la expresión (6).
(6)
1-2-1- Determinación de edifico rígido o flexible
Frecuencia natural fundamental:
siendo:
F: frecuencia natural fundamental, en Hz.
T: período fundamental de oscilación, en seg.
siendo:
h = Z : altura total de la construcción, en m.
L : dimensión de planta en la dirección considerada, en m.
⇒ Edificio flexible
Por lo tanto:
€
Gf = 0,925×
1+ 1,7× l
z
− × gQ
2
× Q2
+ gR
2
× R2
1+ 1,7× gv × l
z
−
$
%
&
&
&
'
(
)
)
)
€
F =
1
T
€
T = 0,08×
h
L
×
h
L+ h
€
T = 0,08×
64m
12m
×
64m
12m+ 64m
= 1,356seg
€
F =
1
1,356seg
F = 0,737Hz < 1Hz
€
Gf = 0,925×
1+ 1,7× l
z
− × gQ
2
× Q2
+ gR
2
× R2
1+ 1,7× gv × l
z
−
$
%
&
&
&
'
(
)
)
)
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 16
Reemplazando los valores obtenidos de las diferentes expresiones y tablas del capítulo 5.8.2 del
Reglamento se obtiene:
Nota: hemos omitido el cálculo desglosado de Gf por considerarlo engorroso para esta ejercitación. Será dado
como dato en cada caso.
1-3- Cálculo de coeficientes de presión interna (artículo 5.11.1)
Los valores del coeficiente de presión interna GCpi provistos en la Tabla 7 se obtuvieron de ensayos en
túnel de viento y de datos analizados a escala natural, en base a la clasificación de cerramientos
presentada en el artículo 5.9.
Aunque los ensayos en túnel de viento se realizaron primeramente para edificios bajos, se acepta que
los valores del coeficiente de presión interna son válidos para edificios de cualquier altura. Los valores
GCpi = +0,18 y -0,18 son para edificios cerrados. Se supone que el edificio no presenta una abertura o
aberturas dominantes y que las pequeñas fugas de aire que puedan existir, están distribuidas de
manera esencialmente uniforme en la envolvente del edificio. Los valores del coeficiente de presión
interna para edificios parcialmente cerrados suponen que el edificio tiene una abertura o aberturas
dominantes. Para tales edificios la presión interna está dictada por la presión exterior en la abertura, y
como resultado de ello comúnmente se aumenta de forma sustancial. Por lo tanto las cargas netas,
esto es, la combinación de las presiones internas y externas, se incrementan significativamente sobre
las superficies del edificio que no contienen la abertura. En consecuencia, en este caso se aplican
valores de GCpi más altos de +0,55 y -0,55.
El vidriado en los 20 m inferiores de edificios de categorías II, III y IV (ver Tabla A-1 del Apéndice A)
ubicados en regiones susceptibles de ser afectadas por partículas arrastradas por el viento, debe ser
resistente a impactos o protegido por una cobertura que lo sea, o tal vidriado se debe asimilar a una
abertura cuando reciba presiones externas positivas.
Clasificación de cerramientos
Edificio abierto: Un edificio que tiene cada pared abierta al menos en un 80%.
Edificio cerrado: Un edificio que no cumple con las condiciones establecidas para edificios
abiertos o parcialmente cerrados.
Edificio parcialmente cerrado: Un edificio que cumple con las dos condiciones siguientes:
1- el área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma de
las áreas de aberturas en el resto de la envolvente del edificio (paredes y cubierta) en más del
10%. Y además:
2- el área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede el valor
menor entre 0,4 m
2
ó el 1% del área de dicha pared, y el porcentaje de aberturas en el resto de
la envolvente del edificio no excede el 20%.
En nuestro caso se considera edificio cerrado. Por lo tanto de Tabla 7, se obtiene:
GCpi = ± 0,18
1-4- Cálculo de coeficientes de presión externa (artículo 5.11.2)
Los coeficientes de presión externa para SPRFV Cp están dados en la Figura 3 y Tabla 8.
Estos coeficientes se reunieron a partir de los últimos ensayos a escala natural y en túnel de viento de
capa límite y de la bibliografía previa disponible. Los resultados de túnel de viento de capa límite se
obtuvieron para tipos específicos de edificios tales como edificios bajos o en altura y edificios que tienen
determinados tipos de sistemas estructurales. Los coeficientes de presión reflejan la carga real sobre
cada superficie del edificio como una función de la dirección del viento.
Por lo tanto de la Figura 3, se obtiene:
€
Gf = 0,87
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 17
Coeficiente de presión externa Cp para paredes a barlovento:
Cp = 0,8
Coeficiente de presión externa Cp para paredes a sotavento:
Es una función de la relación L/B ⇒ 12m/20m = 0,6
Cp = -0,5
Coeficiente de presión externa Cp para paredes laterales:
Cp = -0,7
Coeficiente de presión externa Cp para cubierta:
El ángulo de la cubierta es < 10°
h/L ⇒ 64m/12m = 5,33 > 1
Se especifican dos zonas:
• Entre 0 a h/2 ⇒ Cp = -1,3, el cual se puede reducir con el área sobre el cual se aplica
Como h/2 > L
Área = B x (L) ⇒ 20m x (12m) = 240 m
2
Factor de reducción = 0,8
Cp = -1,3 x 0,8
Cp = -1,04
• Para > h/2 ⇒ no corresponde por estar fuera del área de la cubierta.
Retomando lo planteado en el punto 1, la presión de diseño p para SPRFV en cada nivel del edificio,
cerrado y flexible, será:
• Carga de viento en pared a barlovento:
para la PB será:
con presión interna positiva
con presión interna negativa
recordemos que el valor de qi = qh y qh = qz , en paredes a barlovento es un valor constante
correspondiente al valor de qz a la altura media de la cubierta h. En nuestro caso corresponde
al valor máximo de qz (964 N/m
2
). Ver punto 1 de la página 10.
Para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20.
p = qz
×Gf
×Cp
exterior
! "
# $
#
− qi
×(GCpi
)
interior
! "
# $
#
p = 348 N
m2
×0,87×0,8
exterior
! "
##
# $
###
− 964 N
m2
× +0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= 69 N
m2
p = 242 N
m2
exterior
!
"$
− +174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= 69 N
m2
p = 348 N
m2
×0,87×0,8
exterior
! "
##
# $
###
− 964 N
m2
× −0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= 416 N
m2
p = 242 N
m2
exterior
!
"$
− −174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= 416 N
m2
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 18
• Carga de viento en pared a sotavento:
con presión interna positiva
con presión interna negativa
recordemos que el valor de qh = qz , en paredes a sotavento es un valor constante
correspondiente al valor de qz a la altura media de la cubierta h. En nuestro caso corresponde
al valor máximo de qz (964 N/m
2
). Ver punto 1 de la página 10.
• Carga de viento en paredes laterales:
con presión interna positiva
con presión interna negativa
• Carga de viento en cubierta:
con presión interna positiva
con presión interna negativa
p = qh
× Gf
× Cp
exterior
! "
# $
#
− qi
×(GCpi
)
interior
! "
# $
#
p = 964 N
m2
× 0,87× −0,5
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× +0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −593 N
m2
p = −420 N
m2
exterior
!"
# $
#
− +174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −593 N
m2
p = 964 N
m2
× 0,87× −0,5
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× −0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −246 N
m2
p = −420 N
m2
exterior
!"
# $
#
− −174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −246 N
m2
p = qh
× Gf
× Cp
exterior
! "
# $
#
− qi
×(GCpi
)
interior
! "
# $
#
p = 964 N
m2
× 0,87× −0,7
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× +0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −761 N
m2
p = −587 N
m2
exterior
!"
# $
#
− +174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −761 N
m2
p = 964 N
m2
× 0,87× −0,7
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× −0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −414 N
m2
p = −587 N
m2
exterior
!"
# $
#
− −174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −246 N
m2
p = qh
× Gf
× Cp
exterior
! "
# $
#
− qi
×(GCpi
)
interior
! "
# $
#
p = 964 N
m2
× 0,87× −1,04
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× +0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −1046 N
m2
p = −872 N
m2
exterior
!"
# $
#
− +174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −1046 N
m2
p = 964 N
m2
× 0,87× −1,04
( )
exterior
! "
###
# $
####
− 964 N
m2
× −0,18
( )
#
$
%
&
interior
! "
##
# $
###
= −699 N
m2
p = −872 N
m2
exterior
!"
# $
#
− −174 N
m2
#
$
%
&
interior
! "
# $
#
= −699 N
m2
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 19
2- Cálculo de la acción resultante en cada nivel (pi)
siendo:
pi acción resultante del viento en el nivel considerado, en N
p presión de diseño en el nivel considerado en N/m
2
Si superficie de influencia en el nivel considerado, en m
2
Así se obtiene para los distintos niveles:
para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20.
€
pi = p× Si
€
PB p0,00 = 662
N
m2
×
1
2
× 5,20m× 20m
#
$
%
&
'
( = 34424 N
1° p5,20 = 666
N
m2
×
1
2
× 5,20m+ 2,80m
( )× 20m
#
$
%
&
'
( = 53303 N
2° p5,20 = 713
N
m2
×
1
2
× 2,80m+ 2,80m
( )× 20m
#
$
%
&
'
( = 39944 N
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 20
3- Cálculo del momento volcador total
Así se obtiene para los distintos niveles:
Como 1 N = 0,1 Kgf, se tiene:
para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20.
Tabla Resumen
Se han tabulado los valores anteriormente obtenidos a fin de sistematizar la información y facilitar el
cálculo de la carga total del viento y del momento volcador total
€
Mvf = pi ×
∑ hi+ 5m
( ) = Mvi
∑
€
PB Mv = 34418N× 5,00m = 172090Nm
1° Mv = 53303N× 10,20m = 543693Nm
2° Mv = 39944N× 13,00m = 519277Nm
€
PB Mv = 17,21Tm
1° Mv = 54,37Tm
2° Mv = 51,93Tm
Cátedra Diez • Estructuras III Soluciones de trabajos prácticos
Nivel Z Kz qz Si z+hf Mvi Mvi
externa externa
qz*G*Cp qh*G*Cp
Pres
int +
Pres
int -
Pres
int +
Pres
int -
[+ 174] [- 174] [+ 174] [- 174]
(m) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (N/m2
) (m2
) (N) (m) (Nm) (Tm)
-5
PB 0,00 0,330 348 242 69 416 - 420 - 593 - 246 662 52,0 34418 5,00 172090 17,21
1° 5,20 0,336 355 247 73 420 - 420 - 593 - 246 666 80,0 53303 10,20 543693 54,37
2° 8,00 0,400 422 294 120 467 - 420 - 593 - 246 713 56,0 39944 13,00 519277 51,93
3° 10,80 0,453 478 333 159 506 - 420 - 593 - 246 752 56,0 42116 15,80 665431 66,54
4° 13,60 0,493 520 362 189 536 - 420 - 593 - 246 782 56,0 43777 18,60 814260 81,43
5° 16,40 0,532 562 391 217 565 - 420 - 593 - 246 811 56,0 45390 21,40 971337 97,13
6° 19,20 0,564 595 414 240 588 - 420 - 593 - 246 833 56,0 46673 24,20 1129480 112,95
7° 22,00 0,594 627 436 263 610 - 420 - 593 - 246 856 56,0 47923 27,00 1293920 129,39
8° 24,80 0,628 662 461 287 635 - 420 - 593 - 246 880 56,0 49305 29,80 1469284 146,93
9° 27,60 0,656 692 482 308 655 - 420 - 593 - 246 901 56,0 50473 32,60 1645414 164,54
10° 30,40 0,683 721 502 328 675 - 420 - 593 - 246 921 56,0 51591 35,40 1826338 182,63
11° 33,20 0,706 744 518 345 692 - 420 - 593 - 246 938 56,0 52513 38,20 2005986 200,60
12° 36,00 0,728 768 535 361 708 - 420 - 593 - 246 954 56,0 53434 41,00 2190792 219,08
13° 38,80 0,750 792 551 378 725 - 420 - 593 - 246 971 56,0 54355 43,80 2380758 238,08
14° 41,60 0,773 815 568 394 741 - 420 - 593 - 246 987 56,0 55276 46,60 2575882 257,59
15° 44,40 0,795 839 584 410 758 - 420 - 593 - 246 1004 56,0 56198 49,40 2776165 277,62
16° 47,20 0,813 858 597 424 771 - 420 - 593 - 246 1017 56,0 56938 52,20 2972162 297,22
17° 50,00 0,830 876 610 436 783 - 420 - 593 - 246 1029 56,0 57629 55,00 3169589 316,96
18° 52,80 0,847 893 622 448 795 - 420 - 593 - 246 1041 56,0 58320 57,80 3370886 337,09
19° 55,60 0,864 911 634 461 808 - 420 - 593 - 246 1054 56,0 59011 60,60 3576051 357,61
20° 58,40 0,880 929 647 473 820 - 420 - 593 - 246 1066 56,0 59702 63,40 3785086 378,51
21° 61,20 0,897 947 659 485 832 - 420 - 593 - 246 1078 56,0 60393 66,20 3997991 399,80
Terraza 64,00 0,914 964 671 498 845 - 420 - 593 - 246 1091 28,0 30542 69,00 2107382 210,74
1159223 4596
ext ± interna ext ± interna
pi=p * Si
p a barlovento p a sotavento Σ p con
pres +
(qi>0)
qz*G*Cp -
[qi * (±GCpi)]
qh*G*Cp -
[qi * (±GCpi)]
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 21
Σpi = 1159223 N = 115,92 t
Mvf = 4596 Tm
4- Determinación del coeficiente de seguridad
Me = 22176 Tm = 4,83 > 1.5 ∴ VERIFICA
Mv 4596 Tm
Diagrama de presiones netas para
SPRFV con viento normal a la cara de
20m y presión interna positiva.
Diagrama de presiones netas para
SPRFV con viento normal a la cara de
20m y presión interna negativa.
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 22
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 23
IV - VERIFICACIÓN DE LA TENSIÓN ADMISIBLE DEL TERRENO
A este nivel del predimensionado es conveniente verificar la tensión admisible del terreno de fundación.
Debe cumplirse :
Siendo:
σt adm = tensión admisible del terreno : 3 Kg/cm
2
. Para situaciones no persistentes, como lo
es la carga accidental de viento, y de acuerdo a recomendaciones obtenidas del ensayo de
suelos, se puede incrementar el σ t adm en un 25%. Siendo σ t adm = 3 Kg/cm
2
x 1,25 = 3,75
Kg/cm
2
.
σr = tensión resultante producida por las cargas del edificio, es decir
Siendo:
σg = tensión debida al peso propio
σv = tensión debida al volcamiento
1- Tensión debida al peso propio
Siendo:
Gt = peso propio del edificio cargado + 10% (por peso de la tierra)
Gt = superficie de la planta x Nº de niveles x 0,9 t/m
2
+ 10 %
Gt = 1,10 (12 m x 20 m x 22 x 0,9 t/m
2
)
Gt = 5227 t
F = superficie de la base
F = B . L
F = 12 m x 20 m
F = 240 m
2
σt adm > σr
σr = σg+ σv
σg =
Gt
F
σg =
5227t
240m2
σg = 21,8 t / m2
σg = 2,18 Kg / cm2
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 24
2- Tensión debida al volcamiento
(*) Ver deducción de la fórmula
3- Tensión resultante
σadm = 3,75 Kg/cm
2
> 3,14 Kg/cm
2 ∴
VERIFICA
(*) Deducción:
Siendo:
N = volumen del prisma
d = brazo de palanca
Entonces:
Despejando:
σv =
6×Mvf
L2
×B
σv =
6× 4596tm
(12m)2
× 20m
σv = 9,57 t / m2
σv = 0,96 Kg / cm2
σr = σg+ σv
σr = 2,18Kg / cm2
+ 0,96Kg / cm2
σr = 3,14 Kg / cm2
€
Mv = N× d
€
N =
σv× L
4
× B
€
d =
2
3
× L
€
Mv =
σv× L2
× B
6
€
σv =
6× Mv
L2
× B
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 25
Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 27
Notas:
1. Los valores se refieren a velocidad de ráfaga de 3 segundos en m/s a 10 m. sobre el terreno para
Categoría de Exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02.
2. Es aplicable la interpolación lineal entre contornos de velocidades del viento.
3. Islas y áreas costeras fuera del último contorno se deben usar este último contorno de velocidad del
viento del área costera.
4. Los terrenos montañosos, quebradas, promontorios marinos y regiones especiales de viento se deben
examinar para condiciones inusuales de viento.
Velocidad básica del viento
Figura 1 A
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 26
Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 28
CIUDAD V (m/s)
BAHIA BLANCA 55,0
BARILOCHE 46,0
BUENOS AIRES 45,0
CATAMARCA 43,0
COMODORO RIVADAVIA 67,5
CORDOBA 45,0
CORRIENTES 46,0
FORMOSA 45,0
LA PLATA 46,0
LA RIOJA 44,0
MAR DEL PLATA 51,0
MENDOZA 39,0
NEUQUEN 48,0
PARANA 52,0
POSADAS 45,0
RAWSON 60,0
RESISTENCIA 45,0
RIO GALLEGOS 60,0
ROSARIO 50,0
SALTA 35,0
SANTA FE 51,0
SAN JUAN 40,0
SAN LUIS 45,0
SAN MIGUEL DE TUCUMAN 40,0
SAN SALVADOR DE JUJUY 34,0
SANTA ROSA 50,0
SANTIAGO DEL ESTERO 43,0
USHUAIA 60,0
VIEDMA 60,0
Nota:
Los valores se refieren a velocidad de ráfaga de 3 segundos en m/s a 10 m. sobre el terreno para
Categoría de Exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02.
Velocidades básicas del viento en ciudades
Figura 1 B
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 27
Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 29
Multiplicadores topográficos para exposición C
Multiplicador K1 Multiplicador K2 Multiplicador K3
H/Lh Loma
bidim.
Escarpa
bidim.
Colina
tridim.
axialsim.
x/Lh Escarpa
bidim.
Todos
los otros
casos
z/Lh Loma
bidim.
Escarpa
bidim.
Colina
tridim.
axialsim
0,20 0,29 0,17 0,21 0,00 1,00 1,00 0,00 1,00 1,00 1,00
0,25 0,36 0,21 0,26 0,50 0,88 0,67 0,10 0,74 0,78 0,67
0,30 0,43 0,26 0,32 1,00 0,75 0,33 0,20 0,55 0,61 0,45
0,35 0,51 0,30 0,37 1,50 0,63 0,00 0,30 0,41 0,47 0,30
0,40 0,58 0,34 0,42 2,00 0,50 0,00 0,40 0,30 0,37 0,20
0,45 0,65 0,38 0,47 2,50 0,38 0,00 0,50 0,22 0,29 0,14
0,50 0,72 0,43 0,53 3,00 0,25 0,00 0,60 0,17 0,22 0,09
3,50 0,13 0,00 0,70 0,12 0,17 0,06
4,00 0,00 0,00 0,80 0,09 0,14 0,04
0,90 0,07 0,11 0,03
1,00 0,05 0,08 0,02
1,50 0,01 0,02 0,00
2,00 0,00 0,00 0,00
Notas:
1. Para valores de H/Lh, x/Lh y z/Lh distintos a los indicados, se permite la interpolación lineal.
2. Para H/Lh>0,5, suponer que H/Lh=0,5 para la evaluación de K1, y substituir Lh por 2H para la evaluación
de K2 y K3.
3. Los multiplicadores se basan en la suposición de que el viento se aproxima a la colina o escarpa en la
dirección de máxima pendiente.
4. Simbología:
H: altura de la colina o escarpa referida al terreno ubicado a barlovento, en m.
Lh: distancia hacia barlovento, desde la cresta hasta el punto en que la diferencia de elevación del
terreno es la mitad de la altura de la colina o escarpa, en m.
K1: factor que tiene en cuenta las características topográficas y el efecto de máximo aumento de
velocidad.
K2: factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad, con la distancia desde la cresta,
a barlovento o sotavento.
K3: factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad con la altura sobre el terreno
local.
x: distancia (a barlovento o a sotavento) desde la cresta hasta el lugar del edificio, en m.
z: altura sobre el nivel del terreno local, en m.
P: factor de atenuación horizontal.
J: factor de atenuación en altura.
Barlovento
z
V(z)
L
Sotavento
H
z
V(z)
x
H/2
h
L
H/2
Aumento de
velocidad
x
V(z)
z
x
Barlovento
Aumento de
velocidad
V(z)
z
h
H
H/2
H/2
x
Sotavento
Acantilado o escarpa Loma (bidimensional) o colina axialsimétrica (tridimensional)
Factor topográfico, Kzt
Figura 2
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 28
Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 30
Expresiones:
Kzt = (1 + K1 K2 K3)2
K1 se obtiene de la Tabla inferior
¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§
P

h
L
x
K 1
2
h
L
z
e
K /
3
J

Parámetros para aumento de la velocidad sobre colinas y escarpas
K1 / (H/Lh) P
Exposición
Forma de la colina
B C D
J A barlo-
vento de la
cresta
A sota-
vento de la
cresta
Lomas bidimensionales
(o valles con H negativa
en K1 / (H/Lh) )
1,30 1,45 1,55 3 1,5 1,5
Escarpas bidimensionales 0,75 0,85 0,95 2,5 1,5 4
Colina tridimensional
axialsimétrica
0,95 1,05 1,15 4 1,5 1,5
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 29
Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 31
Edificios cerrados total o parcialmente
Paredes y cubiertas
Sistema principal resistente a la fuerza del viento
Figura 3
Para todo h
Coeficientes de presión externa, Cp
Z h
B
CUBIERTAS A DOS Y A CUATRO AGUAS
L
PLANTA
L
ELEVACIÓN
q G C
h p
z
q G C
VIENTO
p
q G C
h p
q G C
h p
q G C
q G C
z
h
p
p
0
q G C
q G C
h
h
p
p
L
B
VIENTO
q G C
z p
PLANTA
h
q G C
0
q G C
h
q G C
h p
z
p
p
ELEVACIÓN
L
p
q G C
h
q G C
h p
q G C
h
z p 0
q G C
h p
ELEVACIÓN
L
h
q G Cp
q G Cp
h
CUBIERTAS DE VERTIENTE ÚNICA (NOTA 4)
B
VIE
NTO
q G C
z p
L
q G C
h p
L
PLANTA
q G C
h p
q G C
q G C
h
h
p
p
p
z
q G C
0
q G Cp
ELEVACIÓN
h
h
p
h
q G C
CUBIERTAS EN MANSARDA (NOTA 8)
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 30
Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 32
Coeficientes de presión en paredes, Cp
Superficie L/B Cp Usar con
Pared a barlovento Todos los valores 0,8 qz
0 – 1 -0,5
2 -0,3
Pared a sotavento
t4 -0,2
qh
Paredes laterales Todos los valores - 0,7 qh
Coeficientes de presión para cubiertas, Cp, para usar con qh
Barlovento
Ángulo T en grados
Sotavento
Ángulo T en grados
Dirección
del viento
h/L 10 15 20 25 30 35 45 t60#
10 15 t20
d0,25
-0,7 -0,5
0,0*
-0,3
0,2
-0,2
0,3
-0,2
0,3
0,0*
0,4 0,4 0,01T
-0,3 -0,5 -0,6
0,5
-0,9 -0,7 -0,4
0,0*
-0,3
0,2
-0,2
0,2
-0,2
0,3
0,0*
0,4 0,01T
-0,5 -0,5 -0,6
Normal
a la
cumbrera
para
Tt10q t1,0
-1,3** -1,0 -0,7 -0,5
0,0*
-0,3
0,2
-0,2
0,2
0,0*
0,3 0,01T
-0,7 -0,6 -0,6
Distancia horizontal desde
el borde a barlovento
Cp
0 a h/2 -0,9
h/2 a h -0,9
h a 2h -0,5
d0,5
 2h -0,3
* Se da el valor para fines de interpolación
** El valor puede reducirse linealmente con el
área sobre la cual es aplicable como sigue:
Area (m2
) Factor de reducción
0 a h/2 -1,3**
d 10 1,0
25 0,9
Normal
a la
cumbrera
para
T10q
y paralela
a la
cumbrera
para todo
T
t1,0
 h/2 -0,7
t 100 0,8
Notas:
1. Los signos más y menos significan presiones que actúan acercándose a la superficie o alejándose de
ella, respectivamente.
2. Se permite la interpolación lineal para valores de L/B, h/L y T distintos a los indicados. La interpolación
sólo se llevará a cabo entre valores del mismo signo. Donde no se dan valores del mismo signo, se toma
0,0 a los fines de la interpolación.
3. Donde se listan dos valores de Cp se quiere indicar que la pendiente de la cubierta a barlovento está
sujeta a presiones positivas o negativas y la estructura de la cubierta se debe calcular para ambas
condiciones. La interpolación para relaciones intermedias de h/L en este caso se puede llevar a cabo
solamente entre valores de Cp del mismo signo.
4. Para cubiertas con una sola pendiente, la superficie completa de la misma es superficie a barlovento o a
sotavento.
5. Para edificios flexibles se debe usar un valor de Gf apropiado, determinado mediante un análisis racional.
6. Para cubiertas en arco se debe usar la Tabla 8.
7. Simbología:
B: dimensión horizontal del edificio, en m, medida normal a la dirección del viento.
L: dimensión horizontal del edificio, en m, medida paralela a la dirección del viento.
h: altura media de la cubierta en m, excepto que para T d10°, se usará la altura del alero.
z: altura sobre el terreno, en m.
G: factor de efecto de ráfaga.
qz, qh: Presión dinámica, en N/m2
, evaluada a la altura respectiva.
T: ángulo del plano de la cubierta respecto de la horizontal, en grados.
8. Para cubiertas en mansarda, la superficie superior horizontal y la superficie inclinada a sotavento se
consideran en la tabla como superficies a sotavento.
# Para cubiertas con pendiente mayor que 80° se debe usar Cp= 0,8
Edificios cerrados total o parcialmente
Paredes y cubiertas
Sistema principal resistente a la fuerza de viento
Figura 3, (cont.)
Para todo h
Coeficientes de presión externa, Cp
Edificios cerrados total o parcialmente
Paredes y cubiertas
Sistema principal resistente a la fuerza del viento
Figura 3 (cont.)
Para todo h
Coeficientes de presión externa, Cp
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 31
Reglamento CIRSOC 102 Tablas - 45
Categoría ,
I
II
III
IV
0,87
1,00
1,15
1,15
Nota:
1. La clasificación de edificios y estructuras en categorías se indican en la Tabla A-1 del Apéndice A.
Factor de importancia, , (Cargas de viento)
Tabla 1
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 32
Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Tablas - 52
Exposición (Nota 1)
Altura
sobre el
nivel del
terreno, z
A B C D
(m) Caso 1 Caso 2 Caso 1 Caso 2 Casos 1 y 2 Casos 1 y 2
0 – 5 0,68 0,33 0,72 0,59 0,87 1,05
6 0,68 0,36 0,72 0,62 0,90 1,08
7,50 0,68 0,39 0,72 0,66 0,94 1,12
10 0,68 0,44 0,72 0,72 1,00 1,18
12,50 0,68 0,48 0,77 0,77 1,05 1,23
15 0,68 0,51 0,81 0,81 1,09 1,27
17,50 0,68 0,55 0,84 0,84 1,13 1,30
20 0,68 0,57 0,88 0,88 1,16 1,33
22,50 0,68 0,60 0,91 0,91 1,19 1,36
25 0,68 0,63 0,93 0,93 1,21 1,38
30 0,68 0,68 0,98 0,98 1,26 1,43
35 0,72 0,72 1,03 1,03 1,30 1,47
40 0,76 0,76 1,07 1,07 1,34 1,50
45 0,80 0,80 1,10 1,10 1,37 1,53
50 0,83 0,83 1,14 1,14 1,40 1,56
55 0,86 0,86 1,17 1,17 1,43 1,59
60 0,89 0,89 1,20 1,20 1,46 1,61
75 0,98 0,98 1,28 1,28 1,53 1,68
90 1,05 1,05 1,35 1,35 1,59 1,73
105 1,12 1,12 1,41 1,41 1,64 1,78
120 1,18 1,18 1,46 1,46 1,69 1,82
135 1,23 1,23 1,51 1,51 1,73 1,86
150 1,29 1,29 1,56 1,56 1,77 1,89
Notas:
1. Caso 1: a. Todos los componentes y revestimientos.
b. Sistema principal resistente a la fuerza del viento en edificios de baja altura diseñados
usando la Figura 4.
Caso 2: a. Todos los sistemas principales resistentes a la fuerza de viento con excepción de aquellos
en edificios de baja altura diseñados usando la Figura 4.
b. Todos los sistemas principales resistentes a la fuerza de viento en otras estructuras.
2. El coeficiente de exposición para la presión dinámica se puede determinar mediante la siguiente
expresión:
Para 5 m d z d zg : Para z  5 m :
D
/
g
z z
/
z
,
K 2
01
2 D
/
g
z z
/
,
K 2
5
01
2
Observación: No se debe tomar z menor que 30 m para el Caso 1 en exposición A, ni menos que 10 m
para el caso 1 en exposición B.
3. D y zg se obtienen de la Tabla 4.
4. Se permite la interpolación lineal para valores intermedios de la altura z.
Las categorías de exposición están definidas en el artículo 5.6.
Coeficientes de exposición para la presión dinámica, Kh y Kz
Tabla 5
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 33
Tabla 5
Valores del coeficiente de exposición para la presión dinámica Kz interpolados cada 1,00 m y para los
valores de la ejercitación de los trabajos prácticos.
Altura sobre
el nivel del
terreno, z
Exposición (Nota 1) Altura sobre
el nivel del
terreno, z
Exposición (Nota 1)
A B C D A B C D
Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2
≤ 5 0,330 0,590 0,870 1,050 50 0,830 1,140 1,400 1,560
6 0,360 0,620 0,900 1,080 51 0,836 1,146 1,406 1,566
7 0,380 0,647 0,927 1,107 51,80 0,841 1,151 1,411 1,571
7,50 0,390 0,660 0,940 1,120 52 0,842 1,152 1,412 1,572
8 0,400 0,672 0,952 1,132 53 0,848 1,158 1,418 1,578
9 0,420 0,696 0,976 1,156 54 0,854 1,164 1,424 1,584
9,80 0,436 0,715 0,995 1,175 54,60 0,858 1,168 1,428 1,588
10 0,440 0,720 1,000 1,180 55 0,860 1,170 1,430 1,590
11 0,456 0,740 1,020 1,200 56 0,866 1,176 1,436 1,594
12 0,472 0,760 1,040 1,220 57 0,872 1,182 1,442 1,598
12,50 0,480 0,770 1,050 1,230 58 0,878 1,188 1,448 1,602
12,60 0,481 0,772 1,052 1,232 59 0,884 1,194 1,454 1,606
13 0,486 0,778 1,058 1,238 60 0,890 1,200 1,460 1,610
14 0,498 0,794 1,074 1,254 61 0,896 1,205 1,465 1,615
15 0,510 0,810 1,090 1,270 62 0,902 1,211 1,469 1,619
15,40 0,516 0,815 1,096 1,275 63 0,908 1,216 1,474 1,624
16 0,526 0,822 1,106 1,282 64 0,914 1,221 1,479 1,629
17 0,542 0,834 1,122 1,294 65 0,920 1,227 1,483 1,633
17,50 0,550 0,840 1,130 1,300 66 0,926 1,232 1,488 1,638
18 0,554 0,848 1,136 1,306 67 0,932 1,237 1,493 1,643
18,20 0,556 0,851 1,138 1,308 68 0,938 1,243 1,497 1,647
19 0,562 0,864 1,148 1,318 69 0,944 1,248 1,502 1,652
20 0,570 0,880 1,160 1,330 70 0,950 1,253 1,507 1,657
21,00 0,582 0,892 1,172 1,342 71 0,956 1,259 1,511 1,661
22 0,594 0,904 1,184 1,354 72 0,962 1,264 1,516 1,666
22,50 0,600 0,910 1,190 1,360 73 0,968 1,269 1,521 1,671
23 0,606 0,914 1,194 1,364 74 0,974 1,275 1,525 1,675
23,80 0,616 0,920 1,200 1,370 75 0,980 1,280 1,530 1,680
24 0,618 0,922 1,202 1,372 76 0,985 1,285 1,534 1,683
25 0,630 0,930 1,210 1,380 77 0,989 1,289 1,538 1,687
26 0,640 0,940 1,220 1,390 78 0,994 1,294 1,542 1,690
26,60 0,646 0,946 1,226 1,396 79 0,999 1,299 1,546 1,693
27 0,650 0,950 1,230 1,400 80 1,003 1,303 1,550 1,697
28 0,660 0,960 1,240 1,410 81 1,008 1,308 1,554 1,700
29 0,670 0,970 1,250 1,420 82 1,013 1,313 1,558 1,703
29,40 0,674 0,974 1,254 1,424 83 1,017 1,317 1,562 1,707
30 0,680 0,980 1,260 1,430 84 1,022 1,322 1,566 1,710
31 0,688 0,990 1,268 1,438 85 1,027 1,327 1,570 1,713
32 0,696 1,000 1,276 1,446 86 1,031 1,331 1,574 1,717
32,20 0,698 1,002 1,278 1,448 87 1,036 1,336 1,578 1,720
33 0,704 1,010 1,284 1,454 88 1,041 1,341 1,582 1,723
34 0,712 1,020 1,292 1,462 89 1,045 1,345 1,586 1,727
35,00 0,720 1,030 1,300 1,470 90 1,050 1,350 1,590 1,730
36 0,728 1,038 1,308 1,476 91 1,055 1,354 1,593 1,733
37 0,736 1,046 1,316 1,482 92 1,059 1,358 1,597 1,737
37,80 0,742 1,052 1,322 1,487 93 1,064 1,362 1,600 1,740
38 0,744 1,054 1,324 1,488 94 1,069 1,366 1,603 1,743
39 0,752 1,062 1,332 1,494 95 1,073 1,370 1,607 1,747
40 0,760 1,070 1,340 1,500 96 1,078 1,374 1,610 1,750
40,60 0,765 1,074 1,344 1,504 97 1,083 1,378 1,613 1,753
41 0,768 1,076 1,346 1,506 98 1,087 1,382 1,617 1,757
42 0,776 1,082 1,352 1,512 99 1,092 1,386 1,620 1,760
43 0,784 1,088 1,358 1,518 100 1,097 1,390 1,623 1,763
43,40 0,787 1,090 1,360 1,520
44 0,792 1,094 1,364 1,524 105 1,120 1,410 1,640 1,780
45 0,800 1,100 1,370 1,530
46 0,806 1,108 1,376 1,536 120 1,180 1,460 1,690 1,820
46,20 0,807 1,110 1,377 1,537
47 0,812 1,116 1,382 1,542 135 1,230 1,510 1,730 1,860
48 0,818 1,124 1,388 1,548
49,00 0,824 1,132 1,394 1,554 150 1,290 1,560 1,770 1,890
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 34
Reglamento CIRSOC 102 Tablas - 53
Tipo de estructura Factor de direccionalidad Kd *
Edificios
Sistema principal resistente a la fuerza de
viento
Componentes y revestimientos
0,85
0,85
Cubiertas abovedadas 0,85
Chimeneas, tanques y estructuras similares
Cuadradas
Hexagonales
Redondas
0,90
0,95
0,95
Carteles llenos 0,85
Carteles abiertos y estructura reticulada 0,85
Torres reticuladas
Triangular, cuadrada, rectangular
Toda otra sección transversal
0,85
0,95
* El factor de direccionalidad Kd se ha calibrado con las combinaciones de carga especificadas en el
Apéndice B. Este factor se debe aplicar solo cuando se use conjuntamente con las combinaciones de
carga especificadas en B.3 o en los respectivos reglamentos de aplicación.
Factor de direccionalidad del viento, Kd
Tabla 6
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 35
Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Tablas - 54
Clasificación de cerramiento GCpi
Edificios abiertos 0,00
Edificios parcialmente cerrados
+ 0,55
- 0,55
Edificios cerrados
+ 0,18
- 0,18
Notas:
1. Los signos más y menos significan presiones actuando hacia y desde las superficies internas.
2. Los valores de GCpi se deben usar con qz o qh como se especifica en el artículo 5.12.
3. Para determinar los requisitos de carga crítica para la condición apropiada, se deben considerar dos
casos:
I. un valor positivo de GCpi aplicado a todas las superficies internas.
II. un valor negativo de GCpi aplicado a todas las superficies internas.
Coeficientes de presión interna para edificios, GCpi
Tabla 7
Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 36
Apéndice A - clasificación de edificios y otras estructuras
A los fines de la aplicación del presente Reglamento los edificios y otras estructuras se clasifican,
basados en la naturaleza de su ocupación, de acuerdo con la Tabla A-1.
Las categorías varían de I a IV, donde la categoría I representa edificios y otras estructuras con bajo
peligro para la vida humana en caso de falla y la categoría IV representa instalaciones esenciales.
Cada edificio u otra estructura se debe asignar a la categoría aplicable más alta.
Cuando los edificios u otras estructuras tienen usos múltiples, se debe examinar la relación entre los
usos de las distintas partes del edificio u otra estructura y la independencia de los sistemas
estructurales de aquellas diferentes partes.
La clasificación para cada sistema estructural independiente de un edificio u otra estructura de uso
múltiple debe ser aquella del grupo de uso más alto en cualquier parte del edificio u otra estructura
que sea dependiente de aquel sistema estructural básico.
Reglamento CIRSOC 102 Apéndice A - 1
APÉNDICE A - CLASIFICACIÓN DE EDIFICIOS Y OTRAS
ESTRUCTURAS
A los fines de la aplicación del presente Reglamento los edificios y otras estructuras se
clasifican, basados en la naturaleza de su ocupación, de acuerdo con la Tabla A-1.
TABLA A-1 - Clasificación de Edificios y Otras Estructuras para Cargas de Viento
Naturaleza de la Ocupación Categoría
Edificios y otras estructuras que representan un bajo riesgo para la vida humana en caso de
falla incluyendo, pero no limitado a:
ƒ Instalaciones Agrícolas.
ƒ Ciertas instalaciones temporarias.
ƒ Instalaciones menores para almacenamiento.
I
Todos los edificios y otras estructuras excepto aquellos listados en Categorías I, III y IV. II
Edificios y otras estructuras que representan un peligro substancial para la vida humana en
caso de falla incluyendo, pero no limitado a:
ƒ Edificios y otras estructuras donde se reunen más de 300 personas en un área.
ƒ Edificios y otras estructuras para guarderías, escuelas primarias y secundarias con capaci-
dad mayor que 150 personas.
ƒ Edificios y otras estructuras con instalaciones para el cuidado diurno con capacidad mayor
que 150 personas.
ƒ Edificios y otras estructuras con una capacidad mayor que 500 personas para universida-
des o instalaciones para educación de adultos.
ƒ Instalaciones para el cuidado de la salud con una capacidad de 50 o más pacientes resi-
dentes pero sin instalaciones para cirugía o tratamientos de emergencia.
ƒ Instalaciones para cárceles y detenciones.
ƒ Estaciones de generación de energía y otras instalaciones de utilidad pública no incluidas
en la Categoría IV.
Edificios y otras estructuras que contienen suficientes cantidades de substancias tóxicas o ex-
plosivas como para ser peligrosas al público si se liberan, incluyendo, pero no limitado, a:
ƒ Instalaciones petroquímicas.
ƒ Instalaciones para almacenamiento de combustibles.
ƒ Plantas de fabricación o almacenamiento de productos químicos peligrosos.
ƒ Plantas de fabricación o almacenamiento de explosivos.
Edificios y otras estructuras equipados con contención secundaria de substancias tóxicas, ex-
plosivas u otras peligrosas (incluyendo, pero no limitado a, tanques de doble pared, receptácu-
los de tamaño suficiente para contener un derrame u otros medios de contención de derrames o
explosiones dentro de los límites de la instalación y prevenir la liberación de cantidades de con-
taminantes nocivas para el aire, el suelo, el agua freática o superficial) deben clasificarse como
estructuras de Categoría II.
III
Edificios y otras estructuras diseñadas como instalaciones esenciales, incluyendo, pero no limi-
tados a:
ƒ Hospitales y otras instalaciones para el cuidado de la salud que tienen instalaciones para
cirugía o tratamientos de emergencia.
ƒ Cuarteles de bomberos, centros de rescate, estaciones de policía y garajes para vehículos
de emergencia.
ƒ Refugios diseñados contra sismos, huracanes y otras emergencias.
ƒ Centros de comunicaciones y otras instalaciones necesarias para respuestas a emergen-
cias.
ƒ Estaciones generadoras de energía y otras instalaciones de utilidad pública necesarias en
una emergencia.
ƒ Estructuras auxiliares necesarias para la operación de aquellas de Categoría IV durante
una emergencia (incluyendo pero no limitado a torres de comunicación, tanques de alma-
cenamiento de combustible, torres de refrigeración, estructuras de sub-estaciones de elec-
tricidad, tanques de agua para incendio u otras estructuras de alojamiento o soporte de
agua, otros materiales o equipamiento para combatir el fuego.
ƒ Torres de control de aviación, centros de control de tráfico aéreo y hangares de emergen-
cia.
ƒ Instalaciones de almacenamiento de agua y estructuras de bombeo requeridas para man-
tener la presión de agua para combatir incendios.
ƒ Edificios y otras estructuras con funciones críticas de defensa nacional.
IV
Cátedra Diez • Estructuras III
ACCION SISMICA SOBRE LAS
CONSTRUCCIONES
autor / reelaboración Arqta. Gloria Diez • colaboración Arq. Pablo Valenzuela
Cátedra Diez • Estructuras III Acción sísmica sobre las construcciones 1
ACCIONES SISMICAS
La acción de los sismos sobre los edificios y el comportamiento de éstos frente a una solicitación de
tal naturaleza es compleja y difícil. En los últimos años se ha adelantado mucho al respecto,
especialmente en algunos países, pero aún queda mucho por estudiar y experimentar. La gravedad
del problema se acentúa por la diferencia de las condiciones tecnológicas, económicas y naturales
entre los diferentes países y aún dentro de las distintas regiones de un mismo país.
Gran parte de las construcciones que se levantan en zonas sísmicas no se ciñen a un criterio de
diseño adecuado que los haga razonablemente seguros en caso de terremotos.
Contando sólo con conocimientos rudimentarios y el deseo de aumentar la seguridad sísmica,
muchas veces, la obra se encarece exageradamente y hasta se sobredimensionan elementos que
con su excesivo peso contribuyen al derrumbe de la estructura. O bien, a la inversa, haciendo caso
omiso del efecto sísmico, se construyen edificios incapaces de mantenerse en pie aún ante la
presencia de sismos débiles.
Por estas razones, se producen las catástrofes por todos conocidas a través de los diarios (cada tanto
aparece una noticia), donde las pérdidas de vidas tanto como los daños materiales y sociales son
irrecuperables y cuantiosos, no sólo en lo inmediato sino que se tardará mucho tiempo para
reestablecer nuevamente el estado previo al terremoto (especialmente en lo que respecta a
infraestructura), ya que las inversiones requeridas para ello son importantes y los recursos en
general, en países como por ejemplo el nuestro, son escasos (resultados del terremoto de Caucete,
San Juan).
Por lo tanto, interesa fundamentalmente el aspecto preventivo que tiene, de acuerdo al
INPRES-CIRSOC 103/83, los siguientes objetivos
• Evitar pérdidas de vidas humanas y accidentes, que pudieran originarse por la ocurrencia de
cualquier evento sísmico, protegiendo los servicios y bienes de la población durante el
sismo.
• Evitar daños en la estructura y en los componentes de la construcción en sismos de
frecuente ocurrencia, o reducirlos al mínimo en los de mediana intensidad.
• Evitar que en las construcciones se originen daños y colapsos que pongan en peligro a las
vidas de las personas o que inutilicen a esas construcciones en el caso de sismos severos
extraordinarios.
• Lograr que las construcciones esenciales de servicios de emergencia sigan funcionando, aún
en sismos destructivos.
Es por ello que se tratarán, en forma simplificada, los siguientes temas:
1-Características generales de los fenómenos sísmicos.
2-El efecto que éstos producen en los edificios, en particular sobre su comportamiento estructural,
que incluye la determinación de las características, la magnitud y distribución de las cargas sísmicas y
el dimensionado o las verificaciones pertinentes.
3-Recomendaciones sobre el diseño (arquitectónico, estructural, etc.) y las prevenciones:
constructivas, de ejecución, y de control a tener en cuenta para este tipo de solicitación.
I- Características generales de los sismos:
Los sismos son, de acuerdo con su naturaleza, fenómenos geológicos.
La sensibilidad de los instrumentos de medición ha permitido detectar dos tipos de sismos:
1-Microsismos: Movimientos sísmicos no perceptibles por el hombre y detectados solamente
por los instrumentos.
2-Macro sismos: Se refiere al conjunto de temblores y terremotos.
Se analizarán sólo éstos últimos, pues los microsismos no comprometen la estabilidad de las
construcciones.
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  • 1. Cátedra Diez • Estructuras III TEXTOS DE CATEDRA EDIFICIOS EN ALTURA ESTRUCTURAS PARA GRANDES LUCES 2023
  • 2. Cátedra Diez • Estructuras III TEXTOS DE CATEDRA EDIFICIOS EN ALTURA
  • 3.
  • 4. Cátedra Diez • Estructuras III TIPOLOGIAS ESTRUCTURALES DE EDIFICIOS EN ALTURA autor / reelaboración Arqta. Gloria Diez • colaboración Arq. Pablo Valenzuela
  • 5.
  • 6. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 1 ORIGEN DE LOS EDIFICIOS EN ALTURA “La Ciudad Moderna se caracteriza por la gran densidad urbana (especialmente en el centro) y la utilización de rascacielos o edificios elevados rodeados por plazas y amplios estacionamientos”. ALFREDO AMBRIZ TAPIA. Esta nueva concepción de la ciudad preparó el camino a los modernos, convirtiéndose en los principios básicos de la modernidad. No obstante, fueron los grandiosos proyectos abstractos de Le Corbusier los que dieron solidez ideológica a tales ideas y contribuyeron a que las mismas acabaran imponiéndose. Junto con la palpitante metrópoli económica que era Nueva York, a finales del siglo XIX, fue sobre todo Chicago la ciudad que centralizó este nuevo movimiento arquitectónico. Las raíces de la “rascacielomanía” en los Estados Unidos pueden descubrirse posteriormente al incendio en la ciudad de Chicago, como un fenómeno que se propagó de allí al mundo. Todavía hoy los rascacielos de la “city” norteamericana producen una fascinación irreductible; dominan majestuosamente la línea del horizonte de las grandes ciudades y se han convertido en símbolo de poder económico y de prosperidad social. A finales del siglo XIX en pocos años se crearon las condiciones fundamentales para la construcción de rascacielos de centenares de metros de altura y se resolvieron los complejos problemas técnicos y de estabilidad que planteaba a arquitectos e ingenieros el nuevo tipo de construcción. La escuela de Chicago fue un estilo arquitectónico surgido a finales del siglo XIX y principios del XX en la ciudad de Chicago. Fue pionero en la introducción de nuevos materiales y técnicas para la construcción de grandes edificios comerciales. Junto a ésta, aparecerá un nuevo concepto en la arquitectura de aquellos años: el rascacielos. Chicago es una ciudad floreciente, por ello se produce una gran especulación sobre los terrenos y una gran demanda de construcción. La solución que se adopta es la construcción en vertical: muchos pisos elevados sobre una planta reducida. En el Chicago del XIX, la aparición de un nuevo material para la construcción –el hierro- generalizó su uso en los edificios en altura. Por otra parte, la aparición del ascensor, además de contribuir a la reproducción de edificios en altura para usos cotidianos, provocó una nueva relación entre la estructura y las comunicaciones verticales. Con la estructura-esqueleto, el uso de la estructura perimetral pasa de ser el único camino para la construcción en altura a ser una opción. El uso de sistemas aporticados no renunció a la parte perimetral de la estructura, pero añadió la posibilidad de introducir parte de la misma en el interior del edificio, siguiendo una geometría ajena a la perimetral. Resulta llamativo comprobar cómo a la parte perimetral de la misma se le dota de un componente simbólico, revistiéndola con piedra. El Wainwright Building, cuya estructura aporticada parece aportar un aspecto simbólico a la estructura perimetral, recubierta con piedra.
  • 7. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 2 Si en Chicago nacieron los rascacielos, y tuvo su momento de esplendor entre 1880 y 1895, fue en Nueva York donde tuvieron su mayor desarrollo. El primer rascacielos de Nueva York fue el edificio Flatiron, construido en 1902 con 87 metros de altura, y recuerda la proa de un barco. Se desata una carrera vertiginosa por ganar altura. En 1913 el edificio Woolworth alcanza los 241 metros, con un aspecto gótico y en los años 20 y 30 triunfan en los rascacielos las formas que recuerdan al clasicismo, como el edifico Chrysler (1930) de William van Alen con 319 metros de altura. La crisis de 1929 impulsó, curiosamente, la construcción de rascacielos. Estos son edificios muy caros, pero también permiten aprovechar al máximo el precio del suelo, y además, su construcción era todo un símbolo que ocultaba las miserias de la situación económica. El Chrysler Building (1929-1930) será la expresión más clara del poder aparentemente ilimitado de los magnates del automóvil; William van Alen construyó un rascacielos que, con sus 77 plantas y 319 metros de altura, no sólo se alzaba contra el cielo de Nueva York y fue durante algún tiempo el edificio más alto del mundo, sino que sobre todo creó un ícono, miles de veces reproducido, del art decó. .
  • 8. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 3 En 1931 se inaugura el Empire State, del estudio Shreve, Lamb y Hermon, con 381 metros de altura. A partir de los años 30 comenzaron a aparecer rascacielos en ciudades de Iberoamérica (São Paulo, Ciudad de México, Buenos Aires, Caracas, Panamá, Bogotá) y también en Asia (Shanghái, Hong Kong, Tokio,Taiwan, etc.) No obstante, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando la estética del rascacielos se difundió por todo el mundo. En los primeros años del siglo XX se vuelven a las formas clásicas, aunque los edificios ganan en altura. En 1940 Raymond Hood y John Howells construyen el Rockefeller Center, con 259 metros de altura. El cristal gana protagonismo. En 1958 Mies van der Rohe construye el edificio Seagram, con 160 metros de altura. En 1963 Walter Gropius construye el edificio de Pan-Am con 246 metros de altura.
  • 9. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 4 El perfil de Nueva York se caracteriza por la abundancia de edificios racionalistas que superan los 100 metros de altura y concentrados en la isla de Manhattan: Hotel Plaza de las Naciones Unidas de 154 metros (1976) de Kevin Roche y John Dinkeloo; Citicorp Center de 279 metros (1977) de Hugh Stubbins; sede central de la ATT de 197 metros (1984) de Philip Johnson. Pero ningún edificio tuvo la audacia del World Trade Center, las torres Gemelas, que se elevaron a los 417 metros de altura. Fueron construidas por Minoru Yamasaki y Emery Roth y terminadas en 1972 y 1973. Las torres Gemelas fueron destruidas en un atentado terrorista el 11 de septiembre del 2001, cuando terroristas islámicos estrellaron sendos aviones comerciales contra las torres. Su estructura, aunque resistió el impacto, no aguantó el incendio provocado. En 1998 perdieron su récord de edificio más alto del mundo, superadas por las Torres Petronas en Kuala Lumpur (Malasia), con 452 metros de altura, de Cesar Pelli.
  • 10. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 5 Otro rascacielos notorio es la torre Sears, en Chicago, terminada en 1976. Mide hasta su techo 442 m, pero contando sus antenas, alcanza los 527 m. En la medida en que crecen los edificios van cambiando su concepto y función; ya no son sólo edificios de una ciudad sino pequeñas ciudades en sí mismas. Las torres gemelas de Nueva York tenían su propio código postal; existen calles, plazas, centros comerciales y de ocio. La base de los rascacielos son auténticas plazas públicas de grandes dimensiones. En ellas se distribuyen los flujos de personas que acceden al edificio, escaleras y ascensores. No sólo se construyen las viviendas, oficinas y centros públicos, sino también se piensa en cómo se ha de mover la gente dentro del edificio. Hasta el 2009, el edificio más alto del mundo fue el Taipei 101, en Taiwán, de 101 pisos y 508 metros de altura; es obra del arquitecto japonés C.Y. Lee y fue inaugurado en el año 2004. Desde principios de 2010, el edificio más alto del mundo es el Burj Dubai, de 200 pisos, que se eleva hasta los 828 m y está ubicado en Dubái, la ciudad más poblada de Emiratos Árabes Unidos. La razón de su construcción suele ser el máximo aprovechamiento económico del suelo. Por ello, suelen encontrarse múltiples rascacielos agrupados en las zonas comerciales o residenciales de grandes ciudades, donde el valor del suelo es elevado. Sin embargo, en el caso de los grandes rascacielos, la motivación económica suele ser en realidad inexistente, pues el exceso de altura conlleva gastos todavía mayores. En estos casos la motivación es puramente publicitaria, ya que estos grandes edificios, en especial si logran la etiqueta de "edificio más alto" (de la ciudad o país), adquieren relevancia y notoriedad, y dotan de una imagen de poder y bonanza económica a sus propietarios.
  • 11. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 6 "La altura de los rascacielos es un término relativo, generalmente comparativo con el contexto. El primer edificio considerado como tal no tenía más que 5 alturas... y ahora se han alcanzado casi los 500 m de altura. No existe una medida internacional, aunque sí una definición dada por el Council on Tall Building and Urban Hábitat (CTBUH) con base en Pennsylvania que dice que un rascacielos 'es un edificio en el que lo vertical tiene una consideración superlativa sobre cualquier otro de sus parámetros y el contexto en que se implanta'. Hoy en día el significado es mezcla de lo anterior." La alta concentración de población que suponen los rascacielos exige grandes inversiones en infraestructuras de transporte, instalaciones de suministro de agua, electricidad, comunicaciones, saneamiento, etc. Instalaciones cuyo coste recae en las instituciones municipales, que a cambio cobran grandes cantidades de dinero para otorgar ese tipo de licencias. La planificación del diseño de un edificio en altura implica el análisis de un conjunto de factores funcionales, económicos, estéticos y resistentes que pueden combinarse en forma heterogénea y que además aumentan su complejidad, juntamente con el aumento de altura. Podemos enunciar algunos de los problemas derivados de su gran altura: • Hacer que el agua llegue a los pisos más altos sin que revienten las tuberías de los pisos más bajos. Para ello se bombea por etapas y se guarda en depósitos en los pisos intermedios. • Los ascensores deben ser rápidos, por la necesidad de no emplear mucho tiempo en llegar al piso deseado, pero unas aceleraciones excesivas pueden provocar problemas de salud en las personas. • Peores condiciones para soportar terremotos. Sin embargo, esto se tiene en cuenta en su diseño llegando a ser más resistentes que los edificios bajos construidos por métodos convencionales. Los 5 más resistentes son: El Taipei 101, el U.S. Bank Tower, La Torre Mayor, la Torre Pemex y la Torre Latinoamericana. • Un edificio alto soporta peor el viento, y en el cálculo de su estructura se tienen en cuenta las oscilaciones horizontales, tanto por la altura como por el hecho de que el viento es más fuerte cuanto más nos distanciemos del suelo.
  • 12. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 7 • Las fundaciones deben soportar mucho peso y grandes momentos debidos a la fuerza horizontal ejercida por el viento. Por ello deben ser anchos y profundos, y además deben diseñarse de una forma especial para soportar los terremotos. • La acumulación de una gran masa en la misma vertical puede producir a nivel geológico y geofísico desequilibrios sismológicos, como los sucedidos en Taipei. La estructura, a fin de dar respuesta a esta nueva problemática, debió resolver un nuevo desafío: poder recibir, resistir y transmitir, además de las cargas gravitacionales, la acción de cargas horizontales de viento y sismo, en algunos casos, a los que estos están sometidos. El perfeccionamiento de los métodos de producción industrial de los materiales ferrosos fue, quizá, el acontecimiento más importante de todos los producidos en la gran revolución industrial del siglo XIX. En Norteamérica se construyeron edificios de varios pisos, empleando esqueletos completamente de acero. Los más célebres son el Woolworth Building, el rascacielos Chrysler y el Empire State Building, todos ellos construidos en Nueva York. A fines del siglo XIX, mientras con las grandiosas manifestaciones de París se celebraba la victoria del hierro, comenzaba ya a difundirse un nuevo sistema de construcción que permitía asociar el hierro al cemento. En Francia, después de las primeras y tímidas tentativas de Monnier, se pasó bien pronto a las notables construcciones de Ennebique, y el sistema se difundió rápidamente. Estas estructuras no pueden considerarse como rivales de las de acero porque exigen un notable empleo de hierro para la armazón. Pero el sistema constructivo llamado de “hormigón armado” obtuvo muy pronto el favor de los constructores, porque permite obtener casi las mismas cualidades de resistencia y audacia de las estructuras metálicas conservando, además, la monumentalidad de las construcciones con muros. Con el Movimiento Moderno se produce la separación definitiva entre estructura y cerramiento, caracterizado por los edificios de Mies, con sus esqueletos metálicos, en parte perimetral y en parte exterior. El momento álgido de esta separación puede representarse en el edificio empresarial de oficinas por antonomasia, la Lever House de SOM (Skidmore, Owings & Merrill) con su muro cortina tan imitado en épocas posteriores. Con la generalización del muro cortina y los avances en las estructuras metálicas, las posibilidades a la hora de escoger entre distintos modelos estructurales aumentan. La estructura perimetral sigue siendo un modelo lógico y muy empleado hoy en día, pese al desarrollo del endoesqueleto estructural siguiendo un esquema orgánico con tronco central. A modo general, podemos decir que una combinación entre este tronco central –muy vinculado a las comunicaciones verticales- y una estructura perimetral –desvinculada en casi todos los casos del cerramiento- se ha convertido hoy en día en el modelo más empleado por la construcción de edificios en altura. La elección de un determinado partido estructural conduce a la adopción de una estructura resistente que puede ser de hormigón armado común o pretensado, de barras metálicas o mixtos. Cada material por separado ofrece soluciones valiosas en el ámbito de la construcción; por ello, el empleo racional y combinado donde se aprovechan las cualidades de cada uno, limitando o eliminando lo desfavorable, se complementan con una apropiada utilización de técnicas, considerando variables como la zonificación, maquinarias, mano de obra, plazos de ejecución entre otros. De esta manera se puede obtener una solución con amplias posibilidades de diseño. La etapa del anteproyecto implica en cada caso una preselección de los tipos estructurales más aptos para cumplir la función estático-resistente, y un predimensionado de los mismos tomando en consideración las acciones de cargas exteriores permanentes y accidentales sobre el sistema. Esta preselección estructural estará así misma determinada por el tipo de material a emplear lo cual depende de varios condicionantes tales como el factor económico, la rapidez de ejecución, la calidad de mano de obra de que se dispone, la facilidad de obtención de los materiales estructurales y la eventual posibilidad de transporte desde puntos lejanos.
  • 13. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 8 PRINCIPIOS BÁSICOS La estructura de un edificio debe poseer resistencia, rigidez y ductilidad. • RESISTENCIA: Garantiza la seguridad mínima requerida frente a las posibilidades del colapso de la construcción • RIGIDEZ: Evita desplazamientos o deformaciones excesivas, controla las vibraciones y contribuye a la estabilidad del edificio. • DUCTILIDAD: Se presenta en el caso de las estructuras antisísmicas, ya que deben ser capaces de sufrir suficientes deformaciones plásticas antes de alcanzar alguna forma de colapso. ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE LA ESTRUCTURA Los elementos que conforman la estructura de un edificio en altura pueden agruparse en elementos principales y elementos de distribución. • Elementos principales: son cada una de las partes que forman la estructura principal del edificio. Se consideran 3, siendo las dos primeras elementos planos y la tercera, espacial. a. Tabique: también se los llama pared, muro de corte o pantalla. Son elementos estructurales en los que predomina su superficie en relación con su espesor. Frente a cargas horizontales se comportan como una ménsula empotrada en su base. Como también toma cargas gravitacionales está solicitado a flexo-compresión. Se construyen de hormigón armado. b. Pórtico: También se lo llama marco. Es un plano formado por vigas y columnas unidas rígidamente en los nudos. Es un elemento estructural flexible. Frente a la deformación producida por cualquier tipo de cargas el nudo gira y en forma solidaria se reparten las cargas. Está sometido a esfuerzos de flexión y corte. Pueden materializarse en hormigón armado o en acero.
  • 14. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 9 c. Tubo: Esta estructura consiste en un conjunto de vigas y columnas dispuestas sobre la periferia formando una especie de tubo perforado. La distribución de tensiones se reparte entre todos sus elementos y todas las caras del tubo trabajan en forma solidaria. Está solicitado a esfuerzos de flexión y corte. • Elementos de distribución: Son elementos que vinculan a los elementos principales. El caso típico es el de las losas de un edificio. Éstas trabajan solicitadas por fuerzas en su plano y establecen una vinculación entre los desplazamientos de los diferentes elementos principales. Deben poseer adecuada resistencia y rigidez. La rigidez de estos elementos es fundamental para efectuar la distribución de fuerzas en la estructura principal. TIPOLOGÍAS ESTRUCTURALES DE EDIFICIOS EN ALTURA Clasificación General: • Tabiques • Pórticos. • Sistemas combinados tabique-pórtico. • Núcleos verticales. • Sistemas de enrejados.
  • 15. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 10 • Tubo calado. • Macropórticos. SISTEMAS ESTRUCTURALES Los elementos estructurales descriptos en el punto anterior se agrupan dando lugar a distintos sistemas estructurales. Cada uno de estos sistemas puede resultar adecuado para determinados rangos de alturas del edificio. Al aumentar la altura del edificio se llega a un punto en el cual la rigidez y no la resistencia pasa a ser limitante. • Sistema de tabiques y tabiques acoplados: En este sistema la resistencia a cargas horizontales está confiada exclusivamente a tabiques. El caso de tabiques acoplados se da cuando dos (o más) tabiques coplanares son conectados entre sí por medio de vigas (dinteles) a nivel de cada losa. Esto se presenta, por ejemplo, cuando un tabique debe ser perforado en cada piso para permitir el paso de una puerta. El acoplamiento de los tabiques confiere a éstos una mayor rigidez y mejora su comportamiento. Un punto crucial en esta estructura lo constituyen sus dinteles. Están solicitados a grandes esfuerzos de corte y en estructuras antisísmicas se requiere de ellos una gran ductilidad. Los sistemas en base a tabiques y tabiques acoplados son eficientes para alturas de edificios de hasta 20-30 pisos. • Sistema de pórticos: Este sistema está estructurado exclusivamente con pórticos. Es un sistema flexible. Si se desea incrementar la rigidez debe incrementarse la sección de las vigas o columnas, o disminuir la longitud de las vigas. Este sistema es eficiente para alturas no mayores de 15-20 pisos. • Sistema de pórticos y tabiques: Es un sistema de buen comportamiento. En él coexisten pórticos y tabiques actuando en la misma dirección. Cada uno de ellos contribuye a suplir las falencias del otro. En los pisos inferiores el pórtico se deforma mucho y el tabique muy poco. Este último absorberá la mayor
  • 16. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 11 parte del esfuerzo cortante de las cargas externas en esos pisos y el pórtico se “apoya” en el tabique. En los pisos superiores, por el contrario, la deformación relativa del pórtico es pequeña y la del tabique, grande. En este caso el esfuerzo cortante externo es soportado por el pórtico y el tabique se “cuelga” de él. Éste sistema es bastante eficiente y se ha llegado a construir edificios de hasta 40 pisos. • Sistema de tubos estructurales: Este sistema tiene la ventaja de poder disponer de columnas más próximas entre sí y tener mayor sección en vigas y columnas que en el caso de pórticos. La separación entre columnas es del orden de 1,50 a 3 m y la altura de vigas puede ser de 0,60 a 1,50 m. Entre las ventajas de este sistema puede mencionarse: o Presenta mejor distribución de la estructura, al ubicarla en el perímetro; a la vez que confiere una buena resistencia y rigidez a la torsión del edificio. o Las columnas y vigas interiores son solamente para resistir las cargas gravitacionales. Esto posibilita una tipificación de la construcción. o Puede darse mejor aprovechamiento al espacio interior. o Con este sistema, y sus variantes: tubos incluidos (tube-in-tube), tubos combinados o tubos con diagonales en fachada, se han construido los edificios más altos en las décadas de 1970-1980: con alturas entre 50 y 100 pisos. • Sistema de tabiques centrales con vigas de transferencia a columnas: Los edificios más altos que se han proyectado, poseen una estructura que consiste en un gran tabique (usualmente un tubo estructural) ubicado en el centro de la planta del edificio, y una cantidad de mega columnas ubicadas en la periferia. Hay una cantidad pequeña de grandes vigas de transferencia (usualmente 3 ó 4 para un edificio de más de 100 pisos) que conectan el tabique con las columnas. De esta forma éstas últimas colaboran con el tabique en la absorción
  • 17. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 12 del momento flector global, y el tabique se encarga de resistir el esfuerzo de corte global. Con este sistema se han proyectado edificios del orden de 125 pisos. • Sistemas reticulados: Los sistemas de estructuras reticulares (vector activo) son sistemas portantes formados por elementos lineales (barras), en los que la transmisión de las fuerzas se realizan por descomposición vectorial, es decir, a través de una subdivisión multidireccional de las fuerzas. Las barras trabajan a tracción o a compresión. Estas estructuras son especialmente apropiadas como sistemas portantes de edificios de gran altura. Las características estructurales típicas son triangulación y unión mediante nudos. ! Sistema de núcleo: En este sistema el núcleo central del edificio es el encargado de recibir todas las cargas para luego transmitirlas el suelo. Hay 3 tipos de estructuras:
  • 18. Cátedra Diez • Estructuras III Tipologías estructurales de edificios en altura 13 o Núcleo en voladizo: cooperan vigas y ménsulas para sostener las losas. o Núcleo portante indirecto: Las losas se cuelgan por medio de tensores que se anclan en el núcleo. o Combinaciones de núcleo con otro sistema estructural.
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  • 20. Cátedra Diez • Estructuras III ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES autor / reelaboración Arq. Pablo Valenzuela • colaboración Arqta. Evangelina Bechara Arq. Nicolás Eguía
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  • 22. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 1 ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES Considerando el comportamiento de los edificios en altura desde el punto de vista estructural, independientemente de la tipología adoptada, se contemplarán los siguientes aspectos: 1- Qué tipo de acciones se ejercen sobre los edificios, es decir, cuáles son las cargas a considerar en el cálculo. 2- Cómo se verifica en conjunto la capacidad resistente de la estructura en cuestión frente a los efectos producidos por esas acciones. 3- Cuál sería el procedimiento de cálculo, simplificado y a los efectos del predimensionado, de un determinado diseño estructural (proyecto), para cada una de las distintas tipologías estructurales. Primeramente se tratará en forma interrelacionada parte del primer y segundo tema y el tercero se irá analizando a medida que se estudie cada tipología en particular. 1- Acciones: Como es sabido, un edificio en altura está sometido como cualquier otro tipo de construcción a cargas: a) Gravitacionales: Pueden ser: permanentes (peso propio de la estructura, mampostería, etc.), o bien transitorias (sobrecarga útil: personas, mobiliario, etc.). Son cargas estáticas, o sea que no se modifican sustancialmente con el tiempo si se las compara con las que se verán a continuación. Al ser gravitacionales su dirección es vertical y su sentido, hacia abajo. b) Dinámicas: Afectan considerablemente a los edificios en altura y también a los de grandes luces. Se analizarán por su importancia las de viento y las sísmicas. La acción del viento está relacionada con su intensidad, es decir con la velocidad de la masa de aire en movimiento, que es el único registro posible de cuantificar. Esta velocidad no es uniforme, lo cual significa que la velocidad instantánea es la superposición de un valor fluctuante sobre un valor medio (Vm), llamando Vm al promedio de velocidades instantáneas medidas en un intervalo de tiempo de 2 a 3 segundos. Este valor fluctuante se llama efecto de ráfaga y produce presiones dinámicas de viento que crean desplazamientos adicionales y una oscilación del edificio generalmente paralela a la dirección del viento. Siendo el viento, entonces, una carga dinámica se lo puede definir como una masa de aire moviéndose a una determinada velocidad y en cierta dirección. Ésta, al encontrarse con la fachada de un edificio, ejerce una presión (al anularse su velocidad o energía cinética), la cual es máxima cuando la dirección del viento es perpendicular a la fachada sobre la que actúa. En la mayoría de los edificios en torre, las fachadas son verticales. Existen excepciones (fachadas inclinadas); en estos casos se realizan estudios particularizados sobre modelos. Por lo tanto se considerará al viento actuando horizontalmente, o sea con ángulo de 90° con respecto al plano de la fachada.
  • 23. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 2 Observando la planta del edificio se comprueba que los filetes de aire deben modificar su trayectoria para sortear el obstáculo en la medida de lo posible, es decir que no chocan totalmente con la fachada de la construcción. La masa de aire al desviarse, disminuye su presión sobre la fachada, de forma que la presión dinámica producida por la velocidad del viento es máxima en el centro de la misma (éste se llama punto de obstrucción) y va disminuyendo hacia los bordes. Resumiendo: a los efectos del cálculo se consideran las acciones del viento en el caso más desfavorable, es decir en la dirección horizontal y aplicado en el eje de la fachada. 2- Verificación de la capacidad resistente del conjunto: Independientemente del o de los tipos estructurales elegidos para rigidizar al edificio frente a las cargas del viento, el conjunto se comporta como una ménsula empotrada en el suelo. O sea que la masa de aire en movimiento al encontrarse con la construcción produce un Momento Volcador, debido justamente a la presión del viento. Este momento aumenta con la velocidad y la superficie expuesta (a mayor velocidad de viento y más superficie, mayor momento volcador). Por consiguiente el edificio es una ménsula que está sometida a flexión (hay un momento flector). De manera tal que una primera e importante verificación es la de asegurarse la posibilidad de materializar el empotramiento de esa ménsula en el suelo. Esto remite específicamente al tema de fundaciones y suelos aptos, que se tratará en otra oportunidad. El momento flector debido al viento, que tiende a volcar al edificio y que está dado por el producto de la resultante del diagrama de cargas de viento (Viento) por la distancia (hviento) entre su punto de aplicación y el plano de fundación (o más exactamente, la sumatoria de los momentos producidos por las cargas de viento aplicadas en cada nivel, con respecto al plano de fundaciones) debe ser equilibrado por otro momento, debido al peso propio, y que está dado por el producto del peso propio del edificio (Gt) por la distancia (d) entre su recta de acción; este momento se denomina Momento Estabilizador. Debe cumplirse: Siendo: Me: Momento estabilizador Mv: Momento volcador (+) (-) (-) € Me Mv ≥ 1,5
  • 24. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 3 Esto permite, además de comprobar que la construcción no entra en colapso, determinar con qué grado de seguridad se está trabajando. Así es como Gt, el peso propio del edificio, es quien equilibra a las cargas debidas al viento. Para esta verificación se toma al edificio descargado, solamente con las cargas permanentes, es decir en el caso más desfavorable (un edificio más liviano significa un momento estabilizador menor). A través de un caso concreto se verán cuáles son las verificaciones de conjunto a realizar, dado un determinado anteproyecto: I- VERIFICACION DE LA ESBELTEZ DEL EDIFICIO II- VERIFICACION DE LA RIGIDEZ III- VERIFICACION AL VOLCAMIENTO (se analiza el procedimiento seguido para determinar las cargas gravitacionales (Gt) y de viento (W), y los momentos estabilizador (Me) y volcador (Mv) correspondientes, producidos por estas cargas. IV- VERIFICACION DE LAS TENSIONES ADMISIBLES DEL TERRENO. Bibliografía: CIRSOC 102-2005: “Reglamento Argentino de acción del viento sobre las construcciones”, Ings.: Juan Carlos Reimundín y Roberto Cudmanis. CIRSOC: Centro de investigación de los reglamentos nacionales de seguridad para las obras civiles.
  • 25. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 4 Consideraciones sobre el CIRSOC 102-2005. “Reglamento Argentino de acción del viento sobre las construcciones” Es el Reglamento de seguridad de aplicación nacional, que determina los procedimientos y medios para obtener los valores de las cargas producidas por la acción del viento sobre las construcciones o sus diferentes partes. Las normas cambian a través del tiempo. Su necesidad de modificación se basa en lograr una mayor adaptación a las condiciones reales que la naturaleza impone. Hasta 1979, para calcular la acción del viento sobre un edificio se aplicaban las normas francesas “N.V. 65 Revisees 67” , ya que nuestro país no contaba con una norma propia. A partir de ese año comenzó a utilizarse la Norma IRAM 11700, cuyas disposiciones fueron incorporadas, con algunas modificaciones, al Reglamento CIRSOC 102/82 y 102-1/82 (Recomendaciones para la acción dinámica del viento sobre las construcciones) en vigencia hasta 2012. A partir del 1 de Enero de 2013 entró en vigencia el actual reglamento que se encontraba en discusión nacional y pública desde 2005. Requisitos generales El campo de validez de este Reglamento aplica a todas las construcciones dentro del territorio de la República Argentina. Para el Sector Antártico e Islas Malvinas, no se dan valores de la velocidad básica del viento, por no contarse con datos estadísticos de esas zonas. Los edificios y otras estructuras, incluyendo tanto su sistema principal resistente a la fuerza del viento (SPRFV) como sus componentes y revestimientos, se deben diseñar y construir para resistir las cargas de viento que se especifican en este Reglamento. El mismo proporciona tres métodos entre los cuales el proyectista o diseñador estructural puede elegir. Un Método 1, procedimiento simplificado, donde se pueden seleccionar las presiones de viento directamente sin ningún cálculo cuando el edificio reúne los siguientes requisitos: - es un edificio cerrado total o parcialmente, con diafragmas simples (las cargas de viento se trasmiten al sistema principal vertical resistente a la fuerza del viento a través de diafragmas de entrepisos y cubierta), - la pendiente de la cubierta del edificio es menor que 10°, - la altura media de la cubierta del edificio es menor o igual a 10 m, - el edificio o estructura es de forma regular es decir que no contiene irregularidades geométricas en forma espacial, (Figuras 3 a 8 del Reglamento), - el edificio no se encuadra como edificio flexible (aquellos edificios y otras estructuras esbeltas que tienen una frecuencia natural fundamental menor que 1 Hz) - la estructura del edificio no posee juntas de dilatación o separaciones, y - el edificio está ubicado en un terreno plano sin presencia de lomas o escarpas. Un Método 2, procedimiento analítico, que provee las presiones y fuerzas del viento para el diseño de sistemas principales resistentes a la fuerza del viento y para el diseño de componentes y revestimientos de edificios y otras estructuras. A través del mismo se determina la direccionalidad del viento y una presión dinámica, la selección o determinación de un factor de efecto de ráfaga adecuado, y la selección de coeficientes de fuerza o presión apropiados. El procedimiento tiene en cuenta, para el nivel de confiabilidad estructural que se solicita, los efectos de diferenciar exposiciones al viento, los efectos de aceleración debidos a ciertas características topográficas tales como colinas y escarpas, y el tamaño y geometría del edificio u otra estructura en consideración. Distingue entre edificios y otras estructuras rígidos y flexibles, y los resultados en general son envolventes de las condiciones de carga más críticas para el diseño tanto de los SPRFV, como de los componentes y revestimientos. Un edificio u otra estructura cuya carga de diseño se determina de acuerdo con este método debe ser de forma regular, y no poseer características de respuesta que den lugar a cargas transversales de viento, desprendimientos de vórtices, inestabilidad debida a galope o flameo. Por su ubicación, tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o golpeteo en la estela debido a las obstrucciones a barlovento.
  • 26. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 5 Para ciertos emplazamientos y edificios y estructuras (o partes de ellas) es necesario el uso de bibliografía reconocida concerniente a efectos del viento, o el uso del procedimiento del túnel de viento. Algunos ejemplos son: - emplazamientos que producen efectos de canalización o estelas debidas a obstrucciones hacia barlovento. Los efectos de canalización se pueden generar por características topográficas (por ejemplo la garganta de una montaña) o edificios (por ejemplo un conjunto de edificios altos). Las estelas pueden ser causadas por colinas o por edificios u otras estructuras, - edificios con formas geométricas inusuales o irregulares, incluyendo cúpulas, bóvedas cilíndricas y otros edificios cuyas formas (en planta o perfil) difieren significativamente de los prismas uniformes. Las formas geométricas inusuales o irregulares incluyen edificios con entrantes múltiples, fachadas curvas, planta irregular resultante de hendiduras o salientes significativas, aberturas a través del edificio, o edificios en torres múltiples conectadas por puentes, - edificios con características de respuesta inusuales, que dan como resultado cargas transversales al viento y/o cargas torsionales dinámicas, cargas causadas por desprendimiento de vórtices, o cargas resultantes de inestabilidades tales como el flameo o el galope, - puentes, grúas, líneas de transmisión eléctrica, mástiles con tensores, torres de telecomunicación, y mástiles de banderas. No se permiten reducciones en la presión dinámica provenientes de la aparente protección brindada por edificios y otras estructuras u obstáculos del terreno. Un Método 3, procedimiento del Túnel de Viento. Los ensayos en túnel de viento se deben utilizar para los casos que no se puedan resolver con los dos métodos mencionados y también se admite en reemplazo de dichos Métodos para cualquier edificio o estructura. El ensayo en túnel de viento tiene en cuenta protecciones y canalizaciones y puede determinar con mayor exactitud que los Métodos 1 y 2 las cargas de viento para edificios de formas complejas. Se recomiendan los ensayos en túnel de viento cuando el edificio u otra estructura en consideración satisface una o más de las siguientes condiciones: - formalmente difiere significativamente de una forma de prisma rectangular uniforme, - es flexible con frecuencias naturales por debajo de 1 Hz, - está sujeto a golpeteo en la estela de los edificios u otras estructuras existentes en la dirección desde la cual sopla el viento, o - está sujeto a flujo acelerado causado por acanalamiento o por características topográficas locales. Es una práctica común recurrir a ensayos en túnel de viento cuando es necesario obtener datos de diseño para las siguientes cargas inducidas por el viento: - presiones sobre muros cortina de geometría irregular, - cargas transversales al viento y/o torsionales significativas, - cargas periódicas causadas por desprendimiento de vórtices, y - cargas resultantes de inestabilidades tales como flameo o galope. Los ensayos para la determinación de fuerzas y presiones medias y fluctuantes deben reunir las condiciones que establezca el tipo y modelo de túnel de viento a utilizar. Un túnel de viento de capa límite tiene como objetivo recrear, de la manera más similar a la realidad, las condiciones de viento sobre la superficie terrestre, o sea la baja capa límite atmosférica (400 metros de altura hasta el suelo es una capa delgada de aire comparada con las dimensiones de la tierra) que es turbulenta, cuando sopla el viento. En este tipo de túneles se puede estudiar qué pasa cuando el viento golpea sobre diferentes cuerpos, como rotores de generadores eólicos, edificios, aviones, puentes grúas, o cualquier tipo de estructura. Cuando el viento sopla produce un número importante de fuerzas sobre los cuerpos y aquí reside la importancia de los túneles de viento de capa límite, que permiten estudiar la fuerza aerodinámica. Cuanto mayores sean las dimensiones del túnel, mejor se recrearán las turbulencias relacionadas con la realidad.
  • 27. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 6 Los túneles de viento de capa límite tienen dimensiones típicas de la sección de ensayo dentro de los siguientes rangos: ancho de 2-4m, altura 2-3m, y longitud 15-30m. Las velocidades máximas de viento están comúnmente dentro del rango de los 10-45 m/s. El túnel de viento puede ser tipo circuito abierto o circuito cerrado. Se pueden utilizar distintos tipos básicos de modelos de ensayo en túnel de viento, los cuales, junto con un modelo de los alrededores (modelo de proximidad), pueden proveer informaciones adicionales a las cargas de viento, tales como cargas de nieve sobre cubiertas complejas, datos de viento para evaluar el impacto ambiental sobre los peatones, y concentraciones de emisiones de aire contaminado para determinaciones del impacto ambiental. En algunos casos, las construcciones adyacentes pueden proteger la estructura suficientemente, de modo que la remoción de una o más de ellas podría incrementar significativamente las cargas de viento. Un método efectivo para determinar la influencia de edificios adyacentes consiste en realizar ensayos adicionales en el túnel de viento excluyendo determinados edificios próximos (o con edificios adicionales si ellos pueden provocar incrementos en las cargas por canalización o golpeteo). Las cargas de viento que actúan sobre las caras opuestas de cada superficie del edificio, tanto para el sistema principal resistente a la fuerza del viento como para componentes y revestimientos, deben ser la suma algebraica de las presiones actuantes en dichas caras. Del mismo modo, la carga de viento de diseño determinada por cualquiera de los procedimientos especificados no debe ser menor que el valor 0,50 kN/m 2 (50 kg/m 2 ) multiplicado por el área del edificio o estructura proyectada sobre un plano vertical normal a la dirección supuesta para el viento, tanto para el SPRFV como para los componentes y revestimientos.
  • 28. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 7 METODO 2 – PROCEDIMIENTO ANALITICO Determinación de las acciones debidas al VIENTO y su verificación global Se verificará la acción del viento actuando sobre la cara mayor. DATOS PLANTA CORTE A-A Altura total Z: 21 niveles + PB 64m Altura de entrepiso he: 2,80 m Altura de PB hPB 5,20m Altura nivel fundaciones hf -5m Ubicación Ciudad de Córdoba Topografía Plana Terreno Urbano Destino Vivienda Peso Propio g= 0,7 T/m 2 Sobrecarga p= 0,2 T/m 2 Carga total q= 0,9 T/m 2 Tensión admisible del terreno σt = 3 kg /cm 2 Tipo estructural Tabiques de hormigón armado
  • 29. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 8 I y II - VERIFICACIÓN DE LA ESBELTEZ Y LA RIGIDEZ ESBELTEZ El edificio (en corte) se considera flexible pero se deberá verificar la frecuencia F (1-2-1). Según el código de edificación de la CABA, todo edificio que supere los 12m de altura debe ser verificado para carga de viento. RIGIDEZ El diafragma se considera infinitamente rígido. III - VERIFICACIÓN GLOBAL AL VOLCAMIENTO A DETERMINACIÓN DEL MOMENTO ESTABILIZADOR Me PLANTA CORTE Me: Momento estabilizador Gt : Peso propio del edificio descargado (caso más desfavorable) d : distancia de la recta de acción de Gt al centro de volcamiento. Gt = Superficie planta x n° niveles x g Gt = 12m x 20m x 22 niveles x 0,7 T/m 2 Gt = 3.696 T Luego: Me = 3.696 T x 6m Me = 22176 Tm € λ = Z L = 64m 12m = 5,33 > 4 € B L = 20m 12m = 1,66 < 5 € Me Mv ≥ 1,5
  • 30. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 9 B DETERMINACIÓN DEL MOMENTO VOLCADOR Mvf Es la suma de momentos parciales debidos a la carga de viento, con respecto al plano de fundación (en este caso hf = -5m) . Mvf : Momento volcador total respecto al plano de fundaciones. Pi : Acciones de viento en el nivel (i) hi + 5m : altura desde el nivel considerado (i) hasta el plano de fundación. B-1 Cálculo de la Acción del viento Procedimiento de diseño (artículo 5.3. del CIRSOC 102-2005) § Se determina la velocidad básica del viento V y el factor de direccionalidad Kd de acuerdo con el artículo 5.4. § Se determina un factor de importancia I de acuerdo con el artículo 5.5. § Se determinan para cada dirección de viento una categoría o categorías de exposición y los coeficientes de exposición para presión dinámica Kz o Kh, según corresponda, de acuerdo con el artículo 5.6. § Se determina un factor topográfico Kzt de acuerdo con el artículo 5.7. § Se determina un factor de efecto de ráfaga G o Gf, según corresponda, de acuerdo con el artículo 5.8. § Se determina una clasificación de cerramiento de acuerdo con el artículo 5.9. § Se determina el coeficiente de presión interna GCpi, de acuerdo con el artículo 5.11.1. § Se determinan los coeficientes de presión externa Cp, o GCpf, o los coeficientes de fuerza Cf, según corresponda, de acuerdo con los artículos 5.11.2. ó 5.11.3. respectivamente. § Se determina la presión dinámica qz o qh, según corresponda, de acuerdo con el artículo 5.10. § Se determina la carga de viento de diseño p o F de acuerdo con los artículos 5.12. y 5.13., según corresponda. PARA LLEGAR A DETERMINAR LA CARGA DE VIENTO p DEBEMOS HALLAR PRIMERO TODOS LOS FACTORES ARRIBA ENUMERADOS. A LOS EFECTOS DE FACILITAR SU COMPRENSIÓN NO SE SEGUIRÁ EL ORDEN DEL REGLAMENTO. 1- Carga de viento de diseño en edificios cerrados y parcialmente cerrados (artículo 5.12.) De acuerdo a lo enumerado en el punto anterior, tendremos que hallar la presión de diseño p para el SPRFV en cada nivel del edificio, mediante la siguiente expresión (5.12.2): edificio rígido ó edificio flexible Mvf =Σ pi ( hi + 5m) € p = q× G × Cp − qi × (GCpi) [N/ m2 ] € p = q× Gf × Cp − qi × (GCpi) [N/ m2 ]
  • 31. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 10 siendo: q = qz para paredes a barlovento evaluada a la altura z sobre el terreno; q = qh para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas, evaluada a la altura media de cubierta, h; qi = qh para paredes a barlovento, paredes laterales, paredes a sotavento y cubiertas de edificios cerrados y para la evaluación de la presión interna negativa en edificios parcialmente cerrados; qi = qz para la evaluación de la presión interna positiva en edificios parcialmente cerrados donde la altura z está definida como el nivel de la abertura más elevada del edificio que podría afectar la presión interna positiva. G el factor de efecto de ráfaga según el artículo 5.8.1.; Gf el factor de efecto de ráfaga según el artículo 5.8.2.; Cp el coeficiente de presión externa de la Figura 3 o de la Tabla 8; (GCpi) el coeficiente de presión interna de la Tabla 7. q y qi se deben evaluar usando la exposición definida en el artículo 5.6.2.1. Las presiones positivas actúan hacia la superficie y las presiones negativas actúan desde la superficie (succión). Los valores de las presiones externa e interna se deben combinar algebraicamente para determinar la carga más crítica. 1-1- Cálculo de la presión dinámica q (artículo 5.10.) La presión dinámica qz, evaluada a la altura z, se debe calcular mediante la siguiente expresión: (13) siendo: V la velocidad básica del viento obtenida de la Figura 1. Kd el factor de direccionalidad del viento definido en el artículo 5.4.4. I el factor de importancia definido en el artículo 5.5. Kzt el factor topográfico definido en el artículo 5.7.2. Kz el coeficiente de exposición para la presión dinámica definido en el artículo 5.6.4. qh la presión dinámica calculada mediante la expresión (13) a la altura media de cubierta h. La constante 0,613 refleja la densidad del aire para atmósfera estándar, esto es, 15° C y presión de mercurio a nivel del mar de 101,325 kPa, y dimensiones asociadas con la velocidad de viento en metros por segundo. 1-1-1- Velocidad básica del viento (5.4.) La velocidad básica del viento V, que se usa en la determinación de las cargas de viento de diseño sobre edificios y otras estructuras, se debe obtener del mapa de la Figura 1A o de la Tabla de la Figura 1B, con excepción de aquellos lugares donde los registros o la experiencia indiquen que las velocidades del viento son más altas que las indicadas en dichas figuras. El mapa de velocidad del viento de la Figura 1 presenta velocidades básicas del viento para la República Argentina. Las mismas corresponden a velocidades de ráfaga de 3 seg. a 10 m sobre el terreno, para categoría de exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02 de que sean igualadas o excedidas (50 años de intervalo de recurrencia media). Se debe suponer que el viento proviene de cualquier dirección horizontal. Los tornados no se han considerado al elaborar la distribución de velocidades básicas del viento en el país. En años recientes se han realizado estudios internacionales que han permitido mejorar la comprensión de los efectos de tornados sobre edificios. Esta comprensión se ha logrado a través de la documentación de daños en edificios causados por tormentas de tornados y a través del análisis de los € qz = 0,613× V2 × Kd × Ι × Kzt × Kz [N/ m2 ]
  • 32. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 11 datos recogidos. Las velocidades del viento de tornados tienen una probabilidad significativamente más baja de ocurrencia en un lugar que la probabilidad de velocidades de viento básicas. Sumado a ello se ha encontrado que en aproximadamente la mitad de los tornados que se han registrado, las velocidades de ráfaga son menores que aquellas asociadas con las velocidades básicas del viento. En tornados intensos, las velocidades de viento cerca del suelo son del rango de 67 a 89 m/s. De la Figura 1A y 1B se obtiene: V = 45,0 m/seg 1-1-2- Factor de direccionalidad del viento (5.4.4.) El factor de direccionalidad del viento Kd, se debe obtener de la Tabla 6 y se debe aplicar solamente cuando se use conjuntamente con las combinaciones de carga especificadas en los respectivos Reglamentos de aplicación. Este factor tiene en cuenta dos efectos: 1) la probabilidad reducida de que los vientos máximos provengan de cualquier dirección determinada, 2) la probabilidad reducida de que los coeficientes de presión máxima ocurran para cualquier dirección de viento. De la Tabla 6, de acuerdo al tipo de estructura, para SPRFV de edificios, se obtiene: Kd = 0,85 1-1-3- Factor de importancia (5.5.) El factor de importancia I para un edificio u otra estructura, que se obtiene de Tabla 1, se debe determinar en base a las categorías de edificios y otras estructuras indicadas en la Tabla A-1, del Apéndice A. De la Tabla A-1 del Apéndice A, para edificios de viviendas, se obtiene: Categoría = II De la Tabla 1, para categoría II, se obtiene: I = 1 1-1-4- Efectos topográficos (5.7.) Los efectos del aumento de la velocidad del viento sobre lomas, escarpas y colinas aisladas que constituyen cambios abruptos en la topografía general en cualquier categoría de exposición, se deben incluir en el cálculo de las cargas de viento de diseño mediante el factor Kzt . Kzt = (1 + K1. K2. K3) 2 donde K1, K2 y K3 se incluyen en la Figura 2. Para el caso de topografía plana, se obtiene: Kzt = 1
  • 33. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 12 1-1-5-1- Categoría de exposición (5.6.1.) Para cada dirección de viento considerada, se debe determinar una categoría de exposición que refleje adecuadamente las características de las irregularidades de la superficie del terreno para el lugar en el cual se va a construir el edificio o la estructura. Para un sitio de emplazamiento ubicado en la zona de transición entre categorías, se debe aplicar aquella que conduzca a las mayores fuerzas de viento. Se deben tener en cuenta las variaciones en la rugosidad superficial del terreno que se generan a partir de la topografía natural y de la vegetación, así como de las construcciones existentes. Para cualquier dirección dada de viento, la exposición en la cual se ubica un edificio específico u otra estructura se debe fijar dentro de las siguientes categorías: 1- Exposición A. Centro de grandes ciudades con al menos 50% de los edificios de altura mayor que 20 m. El uso de esta categoría de exposición está limitado a aquellas áreas para las cuales el terreno representativo de la Exposición A prevalece en la dirección de barlovento en una distancia de al menos 800 m ó 10 veces la altura del edificio u otra estructura, la que sea mayor. Se tendrán en cuenta los posibles efectos de acanalamiento o presiones dinámicas incrementadas debido a que el edificio o estructura se localiza en la estela de edificios adyacentes. 2- Exposición B. Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas, o terrenos con numerosas obstrucciones próximas entre sí, del tamaño de viviendas unifamiliares o mayores. El uso de esta categoría de exposición está limitado a aquellas áreas para las cuales el terreno representativo de la Exposición B prevalece en la dirección de barlovento en una distancia de al menos 500 m ó 10 veces la altura del edificio u otra estructura, la que sea mayor. 3- Exposición C. Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas, con alturas generalmente menores que 10 m. Esta categoría incluye campo abierto plano y terrenos agrícolas. 4- Exposición D. Áreas costeras planas, sin obstrucciones, expuestas al viento soplando desde aguas abiertas en una distancia de al menos 1600 m. Esta exposición se debe aplicar solamente a aquellos edificios y otras estructuras expuestas al viento soplando desde el agua. La exposición D se extiende tierra adentro desde la costa a una distancia de 500 m ó 10 veces la altura del edificio o estructura, la que sea mayor. Exposición A en la parte posterior de la imagen, centro de una gran ciudad y exposición D en los edificios en primer plano que están expuestos a vientos soplando sobre aguas abiertas por una distancia de más de 1600 m. Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Com. Cap. 5 - 16 EXPOSICIÓN A: En la parte posterior, centro de una gran ciudad con al menos 50 % de los edificios con alturas mayores de 20 m. El edificio en consideración debe tener este terreno a barlovento por lo menos 800 m o diez veces la altura del edificio, lo que resulte mayor. EXPOSICIÓN D: Los edificios en primer plano están expuestos a vientos soplan- do sobre aguas abiertas por una distancia de mas de 1600 m.
  • 34. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 13 Exposición B: área urbana residencial con predominio de viviendas unifamiliares. Los edificios en el centro de la fotografía están rodeados por terrenos de exposición B. Exposición B: área suburbana con numerosas obstrucciones poco espaciadas con el tamaño de viviendas unifamiliares o mayores. Exposición C: terreno abierto con obstrucciones aisladas que tienen alturas generalmente menores a 10m. Las construcciones en el centro de la fotografía están rodeadas por terreno de estas características, lo que impide el uso de exposición B. Reglamento CIRSOC 102, Comentarios Cap. 5 - 17 EXPOSICIÓN B: Área urbana residencial con predominio de viviendas unifami- liares. Los edificios en el centro de la fotografía están rodeados por terreno de exposición B en una distancia mayor que 500 m o 10 veces la altura del edificio, lo que resulte mayor, para cualquier dirección del viento. Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Com. Cap. 5 - 18 EXPOSICIÓN B: Área suburbana con numerosas obstrucciones poco espaciadas con el tamaño de viviendas unifamiliares o mayores. Para el edificio en conside- ración, el terreno representativo de la exposición B debe extenderse en la dirección de barlovento mas de 10 veces la altura del edificio o 500 m, lo que resulte mayor. Reglamento CIRSOC 102, Comentarios Cap. 5 - 19 EXPOSICIÓN C: Terreno abierto con obstrucciones aisladas que tienen alturas generalmente menores a 10 m. Las construcciones en el centro de la fotografía están rodeadas por terreno de estas características lo que impide el uso de exposición B.
  • 35. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 14 Para el caso de terreno urbano de la ciudad de Córdoba, se obtiene: Exposición = A 1-1-5-2- Coeficiente de exposición para la presión dinámica (5.6.4.) En base a la categoría de exposición determinada en el artículo 5.6.1., se debe obtener de la Tabla 5 un coeficiente de exposición para la presión dinámica Kz o Kh, según corresponda. El coeficiente de exposición para presión dinámica Kz en la expresión (13) contempla la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el terreno y con la rugosidad de éste. Kh es un caso especial del coeficiente de exposición para presión dinámica Kz , y es el coeficiente evaluado a la altura media de cubierta de un edificio o a la altura de una estructura, como se refiere en el artículo 5.12. Los valores de Kz y Kh están listados en la Tabla 5 para alturas de hasta 150m y para cuatro categorías de rugosidad, designadas como Exposiciones A, B, C y D. El valor del coeficiente de exposición para presión dinámica aumenta con la altura, teniendo un valor teórico de cero a nivel de la superficie del terreno. Sin embargo, debido a las complejidades del flujo causadas por la elevada turbulencia cerca del suelo, Kz se supone constante para z ≤ 5m. Cuando los valores de z son mayores que 150 m se puede usar la expresión indicada en la Nota 2 de la tabla 5. Los valores de Kz se deben interpolar linealmente para valores intermedios de altura. En nuestro caso, para Exposición A y Caso 2 (SPRFV), de la tabla 5 se obtiene: Nivel PB Z = 0,00 Kz = 0,330 Nivel 1º piso Z = 5,20 Kz = 0,360 - 0,330 . ( 5,20m - 5,00m) + 0,330 6,00m – 5,00m Nivel 1º piso Z = 5,20 Kz = 0,336 Nivel 2º piso Z = 8,00 Kz = 0,440 - 0,390 . ( 8,00m – 7,50m) + 0,390 10,00m – 7,50m Nivel 2º piso Z = 8,00 Kz = 0,400 Nivel Nº piso Z = … Kz = … Nivel terraza Z = 64,00 Kz = 0,980 - 0,890 . ( 64,00m – 60,00m) + 0,890 75,00m – 60,00m Nivel terraza Z = 64,00 Kz = 0,914 Se deben calcular los valores de Kz para todos los niveles o utilizar la tabla ya interpolada (pag. 33). Los valores de Kz resultantes y la presión dinámica qz, evaluada a la altura z, están volcados en la Tabla Resumen de la página 20: (13) qz = 0,613× 45 m seg ( ) 2 × 0,85 ×1×1×Kz [N / m2 ] qzPB = 1055 × N m2 ×Kz = 1055 × N m2 × 0,330 = 348 N m2 qz1º = 1055 × N m2 × 0,336 = 355 N m2 qz2º = 1055 × N m2 × 0,400 = 422 N m2 qzNº = 1055 × N m2 ×... = ... N m2 qzterraza = 1055 × N m2 × 0,914 = 964 N m2
  • 36. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 15 1-2- Cálculo del factor de efecto de ráfaga G (artículo 5.8.) El factor de efecto de ráfaga tiene en cuenta los efectos de carga en la dirección del viento debidos a la interacción estructura - turbulencia del viento. También tiene en cuenta los efectos de carga en la dirección del viento debidos a la amplificación dinámica en edificios y estructuras flexibles. Para las estructuras rígidas (edificio u otra estructura cuya frecuencia natural es mayor o igual que 1Hz), el factor de efecto de ráfaga se debe adoptar igual a 0,85. Para las estructuras flexibles o dinámicamente sensibles (edificios y otras estructuras esbeltas que tienen una frecuencia natural fundamental menor que 1Hz), el factor de efecto de ráfaga está dado por la expresión (6). (6) 1-2-1- Determinación de edifico rígido o flexible Frecuencia natural fundamental: siendo: F: frecuencia natural fundamental, en Hz. T: período fundamental de oscilación, en seg. siendo: h = Z : altura total de la construcción, en m. L : dimensión de planta en la dirección considerada, en m. ⇒ Edificio flexible Por lo tanto: € Gf = 0,925× 1+ 1,7× l z − × gQ 2 × Q2 + gR 2 × R2 1+ 1,7× gv × l z − $ % & & & ' ( ) ) ) € F = 1 T € T = 0,08× h L × h L+ h € T = 0,08× 64m 12m × 64m 12m+ 64m = 1,356seg € F = 1 1,356seg F = 0,737Hz < 1Hz € Gf = 0,925× 1+ 1,7× l z − × gQ 2 × Q2 + gR 2 × R2 1+ 1,7× gv × l z − $ % & & & ' ( ) ) )
  • 37. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 16 Reemplazando los valores obtenidos de las diferentes expresiones y tablas del capítulo 5.8.2 del Reglamento se obtiene: Nota: hemos omitido el cálculo desglosado de Gf por considerarlo engorroso para esta ejercitación. Será dado como dato en cada caso. 1-3- Cálculo de coeficientes de presión interna (artículo 5.11.1) Los valores del coeficiente de presión interna GCpi provistos en la Tabla 7 se obtuvieron de ensayos en túnel de viento y de datos analizados a escala natural, en base a la clasificación de cerramientos presentada en el artículo 5.9. Aunque los ensayos en túnel de viento se realizaron primeramente para edificios bajos, se acepta que los valores del coeficiente de presión interna son válidos para edificios de cualquier altura. Los valores GCpi = +0,18 y -0,18 son para edificios cerrados. Se supone que el edificio no presenta una abertura o aberturas dominantes y que las pequeñas fugas de aire que puedan existir, están distribuidas de manera esencialmente uniforme en la envolvente del edificio. Los valores del coeficiente de presión interna para edificios parcialmente cerrados suponen que el edificio tiene una abertura o aberturas dominantes. Para tales edificios la presión interna está dictada por la presión exterior en la abertura, y como resultado de ello comúnmente se aumenta de forma sustancial. Por lo tanto las cargas netas, esto es, la combinación de las presiones internas y externas, se incrementan significativamente sobre las superficies del edificio que no contienen la abertura. En consecuencia, en este caso se aplican valores de GCpi más altos de +0,55 y -0,55. El vidriado en los 20 m inferiores de edificios de categorías II, III y IV (ver Tabla A-1 del Apéndice A) ubicados en regiones susceptibles de ser afectadas por partículas arrastradas por el viento, debe ser resistente a impactos o protegido por una cobertura que lo sea, o tal vidriado se debe asimilar a una abertura cuando reciba presiones externas positivas. Clasificación de cerramientos Edificio abierto: Un edificio que tiene cada pared abierta al menos en un 80%. Edificio cerrado: Un edificio que no cumple con las condiciones establecidas para edificios abiertos o parcialmente cerrados. Edificio parcialmente cerrado: Un edificio que cumple con las dos condiciones siguientes: 1- el área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma de las áreas de aberturas en el resto de la envolvente del edificio (paredes y cubierta) en más del 10%. Y además: 2- el área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede el valor menor entre 0,4 m 2 ó el 1% del área de dicha pared, y el porcentaje de aberturas en el resto de la envolvente del edificio no excede el 20%. En nuestro caso se considera edificio cerrado. Por lo tanto de Tabla 7, se obtiene: GCpi = ± 0,18 1-4- Cálculo de coeficientes de presión externa (artículo 5.11.2) Los coeficientes de presión externa para SPRFV Cp están dados en la Figura 3 y Tabla 8. Estos coeficientes se reunieron a partir de los últimos ensayos a escala natural y en túnel de viento de capa límite y de la bibliografía previa disponible. Los resultados de túnel de viento de capa límite se obtuvieron para tipos específicos de edificios tales como edificios bajos o en altura y edificios que tienen determinados tipos de sistemas estructurales. Los coeficientes de presión reflejan la carga real sobre cada superficie del edificio como una función de la dirección del viento. Por lo tanto de la Figura 3, se obtiene: € Gf = 0,87
  • 38. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 17 Coeficiente de presión externa Cp para paredes a barlovento: Cp = 0,8 Coeficiente de presión externa Cp para paredes a sotavento: Es una función de la relación L/B ⇒ 12m/20m = 0,6 Cp = -0,5 Coeficiente de presión externa Cp para paredes laterales: Cp = -0,7 Coeficiente de presión externa Cp para cubierta: El ángulo de la cubierta es < 10° h/L ⇒ 64m/12m = 5,33 > 1 Se especifican dos zonas: • Entre 0 a h/2 ⇒ Cp = -1,3, el cual se puede reducir con el área sobre el cual se aplica Como h/2 > L Área = B x (L) ⇒ 20m x (12m) = 240 m 2 Factor de reducción = 0,8 Cp = -1,3 x 0,8 Cp = -1,04 • Para > h/2 ⇒ no corresponde por estar fuera del área de la cubierta. Retomando lo planteado en el punto 1, la presión de diseño p para SPRFV en cada nivel del edificio, cerrado y flexible, será: • Carga de viento en pared a barlovento: para la PB será: con presión interna positiva con presión interna negativa recordemos que el valor de qi = qh y qh = qz , en paredes a barlovento es un valor constante correspondiente al valor de qz a la altura media de la cubierta h. En nuestro caso corresponde al valor máximo de qz (964 N/m 2 ). Ver punto 1 de la página 10. Para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20. p = qz ×Gf ×Cp exterior ! " # $ # − qi ×(GCpi ) interior ! " # $ # p = 348 N m2 ×0,87×0,8 exterior ! " ## # $ ### − 964 N m2 × +0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = 69 N m2 p = 242 N m2 exterior ! "$ − +174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = 69 N m2 p = 348 N m2 ×0,87×0,8 exterior ! " ## # $ ### − 964 N m2 × −0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = 416 N m2 p = 242 N m2 exterior ! "$ − −174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = 416 N m2
  • 39. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 18 • Carga de viento en pared a sotavento: con presión interna positiva con presión interna negativa recordemos que el valor de qh = qz , en paredes a sotavento es un valor constante correspondiente al valor de qz a la altura media de la cubierta h. En nuestro caso corresponde al valor máximo de qz (964 N/m 2 ). Ver punto 1 de la página 10. • Carga de viento en paredes laterales: con presión interna positiva con presión interna negativa • Carga de viento en cubierta: con presión interna positiva con presión interna negativa p = qh × Gf × Cp exterior ! " # $ # − qi ×(GCpi ) interior ! " # $ # p = 964 N m2 × 0,87× −0,5 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × +0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −593 N m2 p = −420 N m2 exterior !" # $ # − +174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −593 N m2 p = 964 N m2 × 0,87× −0,5 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × −0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −246 N m2 p = −420 N m2 exterior !" # $ # − −174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −246 N m2 p = qh × Gf × Cp exterior ! " # $ # − qi ×(GCpi ) interior ! " # $ # p = 964 N m2 × 0,87× −0,7 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × +0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −761 N m2 p = −587 N m2 exterior !" # $ # − +174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −761 N m2 p = 964 N m2 × 0,87× −0,7 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × −0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −414 N m2 p = −587 N m2 exterior !" # $ # − −174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −246 N m2 p = qh × Gf × Cp exterior ! " # $ # − qi ×(GCpi ) interior ! " # $ # p = 964 N m2 × 0,87× −1,04 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × +0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −1046 N m2 p = −872 N m2 exterior !" # $ # − +174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −1046 N m2 p = 964 N m2 × 0,87× −1,04 ( ) exterior ! " ### # $ #### − 964 N m2 × −0,18 ( ) # $ % & interior ! " ## # $ ### = −699 N m2 p = −872 N m2 exterior !" # $ # − −174 N m2 # $ % & interior ! " # $ # = −699 N m2
  • 40. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 19 2- Cálculo de la acción resultante en cada nivel (pi) siendo: pi acción resultante del viento en el nivel considerado, en N p presión de diseño en el nivel considerado en N/m 2 Si superficie de influencia en el nivel considerado, en m 2 Así se obtiene para los distintos niveles: para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20. € pi = p× Si € PB p0,00 = 662 N m2 × 1 2 × 5,20m× 20m # $ % & ' ( = 34424 N 1° p5,20 = 666 N m2 × 1 2 × 5,20m+ 2,80m ( )× 20m # $ % & ' ( = 53303 N 2° p5,20 = 713 N m2 × 1 2 × 2,80m+ 2,80m ( )× 20m # $ % & ' ( = 39944 N
  • 41. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 20 3- Cálculo del momento volcador total Así se obtiene para los distintos niveles: Como 1 N = 0,1 Kgf, se tiene: para los demás niveles ver la Tabla Resumen de la página 20. Tabla Resumen Se han tabulado los valores anteriormente obtenidos a fin de sistematizar la información y facilitar el cálculo de la carga total del viento y del momento volcador total € Mvf = pi × ∑ hi+ 5m ( ) = Mvi ∑ € PB Mv = 34418N× 5,00m = 172090Nm 1° Mv = 53303N× 10,20m = 543693Nm 2° Mv = 39944N× 13,00m = 519277Nm € PB Mv = 17,21Tm 1° Mv = 54,37Tm 2° Mv = 51,93Tm Cátedra Diez • Estructuras III Soluciones de trabajos prácticos Nivel Z Kz qz Si z+hf Mvi Mvi externa externa qz*G*Cp qh*G*Cp Pres int + Pres int - Pres int + Pres int - [+ 174] [- 174] [+ 174] [- 174] (m) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (N/m2 ) (m2 ) (N) (m) (Nm) (Tm) -5 PB 0,00 0,330 348 242 69 416 - 420 - 593 - 246 662 52,0 34418 5,00 172090 17,21 1° 5,20 0,336 355 247 73 420 - 420 - 593 - 246 666 80,0 53303 10,20 543693 54,37 2° 8,00 0,400 422 294 120 467 - 420 - 593 - 246 713 56,0 39944 13,00 519277 51,93 3° 10,80 0,453 478 333 159 506 - 420 - 593 - 246 752 56,0 42116 15,80 665431 66,54 4° 13,60 0,493 520 362 189 536 - 420 - 593 - 246 782 56,0 43777 18,60 814260 81,43 5° 16,40 0,532 562 391 217 565 - 420 - 593 - 246 811 56,0 45390 21,40 971337 97,13 6° 19,20 0,564 595 414 240 588 - 420 - 593 - 246 833 56,0 46673 24,20 1129480 112,95 7° 22,00 0,594 627 436 263 610 - 420 - 593 - 246 856 56,0 47923 27,00 1293920 129,39 8° 24,80 0,628 662 461 287 635 - 420 - 593 - 246 880 56,0 49305 29,80 1469284 146,93 9° 27,60 0,656 692 482 308 655 - 420 - 593 - 246 901 56,0 50473 32,60 1645414 164,54 10° 30,40 0,683 721 502 328 675 - 420 - 593 - 246 921 56,0 51591 35,40 1826338 182,63 11° 33,20 0,706 744 518 345 692 - 420 - 593 - 246 938 56,0 52513 38,20 2005986 200,60 12° 36,00 0,728 768 535 361 708 - 420 - 593 - 246 954 56,0 53434 41,00 2190792 219,08 13° 38,80 0,750 792 551 378 725 - 420 - 593 - 246 971 56,0 54355 43,80 2380758 238,08 14° 41,60 0,773 815 568 394 741 - 420 - 593 - 246 987 56,0 55276 46,60 2575882 257,59 15° 44,40 0,795 839 584 410 758 - 420 - 593 - 246 1004 56,0 56198 49,40 2776165 277,62 16° 47,20 0,813 858 597 424 771 - 420 - 593 - 246 1017 56,0 56938 52,20 2972162 297,22 17° 50,00 0,830 876 610 436 783 - 420 - 593 - 246 1029 56,0 57629 55,00 3169589 316,96 18° 52,80 0,847 893 622 448 795 - 420 - 593 - 246 1041 56,0 58320 57,80 3370886 337,09 19° 55,60 0,864 911 634 461 808 - 420 - 593 - 246 1054 56,0 59011 60,60 3576051 357,61 20° 58,40 0,880 929 647 473 820 - 420 - 593 - 246 1066 56,0 59702 63,40 3785086 378,51 21° 61,20 0,897 947 659 485 832 - 420 - 593 - 246 1078 56,0 60393 66,20 3997991 399,80 Terraza 64,00 0,914 964 671 498 845 - 420 - 593 - 246 1091 28,0 30542 69,00 2107382 210,74 1159223 4596 ext ± interna ext ± interna pi=p * Si p a barlovento p a sotavento Σ p con pres + (qi>0) qz*G*Cp - [qi * (±GCpi)] qh*G*Cp - [qi * (±GCpi)]
  • 42. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 21 Σpi = 1159223 N = 115,92 t Mvf = 4596 Tm 4- Determinación del coeficiente de seguridad Me = 22176 Tm = 4,83 > 1.5 ∴ VERIFICA Mv 4596 Tm Diagrama de presiones netas para SPRFV con viento normal a la cara de 20m y presión interna positiva. Diagrama de presiones netas para SPRFV con viento normal a la cara de 20m y presión interna negativa.
  • 43. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 22
  • 44. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 23 IV - VERIFICACIÓN DE LA TENSIÓN ADMISIBLE DEL TERRENO A este nivel del predimensionado es conveniente verificar la tensión admisible del terreno de fundación. Debe cumplirse : Siendo: σt adm = tensión admisible del terreno : 3 Kg/cm 2 . Para situaciones no persistentes, como lo es la carga accidental de viento, y de acuerdo a recomendaciones obtenidas del ensayo de suelos, se puede incrementar el σ t adm en un 25%. Siendo σ t adm = 3 Kg/cm 2 x 1,25 = 3,75 Kg/cm 2 . σr = tensión resultante producida por las cargas del edificio, es decir Siendo: σg = tensión debida al peso propio σv = tensión debida al volcamiento 1- Tensión debida al peso propio Siendo: Gt = peso propio del edificio cargado + 10% (por peso de la tierra) Gt = superficie de la planta x Nº de niveles x 0,9 t/m 2 + 10 % Gt = 1,10 (12 m x 20 m x 22 x 0,9 t/m 2 ) Gt = 5227 t F = superficie de la base F = B . L F = 12 m x 20 m F = 240 m 2 σt adm > σr σr = σg+ σv σg = Gt F σg = 5227t 240m2 σg = 21,8 t / m2 σg = 2,18 Kg / cm2
  • 45. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 24 2- Tensión debida al volcamiento (*) Ver deducción de la fórmula 3- Tensión resultante σadm = 3,75 Kg/cm 2 > 3,14 Kg/cm 2 ∴ VERIFICA (*) Deducción: Siendo: N = volumen del prisma d = brazo de palanca Entonces: Despejando: σv = 6×Mvf L2 ×B σv = 6× 4596tm (12m)2 × 20m σv = 9,57 t / m2 σv = 0,96 Kg / cm2 σr = σg+ σv σr = 2,18Kg / cm2 + 0,96Kg / cm2 σr = 3,14 Kg / cm2 € Mv = N× d € N = σv× L 4 × B € d = 2 3 × L € Mv = σv× L2 × B 6 € σv = 6× Mv L2 × B
  • 46. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 25 Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 27 Notas: 1. Los valores se refieren a velocidad de ráfaga de 3 segundos en m/s a 10 m. sobre el terreno para Categoría de Exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02. 2. Es aplicable la interpolación lineal entre contornos de velocidades del viento. 3. Islas y áreas costeras fuera del último contorno se deben usar este último contorno de velocidad del viento del área costera. 4. Los terrenos montañosos, quebradas, promontorios marinos y regiones especiales de viento se deben examinar para condiciones inusuales de viento. Velocidad básica del viento Figura 1 A
  • 47. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 26 Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 28 CIUDAD V (m/s) BAHIA BLANCA 55,0 BARILOCHE 46,0 BUENOS AIRES 45,0 CATAMARCA 43,0 COMODORO RIVADAVIA 67,5 CORDOBA 45,0 CORRIENTES 46,0 FORMOSA 45,0 LA PLATA 46,0 LA RIOJA 44,0 MAR DEL PLATA 51,0 MENDOZA 39,0 NEUQUEN 48,0 PARANA 52,0 POSADAS 45,0 RAWSON 60,0 RESISTENCIA 45,0 RIO GALLEGOS 60,0 ROSARIO 50,0 SALTA 35,0 SANTA FE 51,0 SAN JUAN 40,0 SAN LUIS 45,0 SAN MIGUEL DE TUCUMAN 40,0 SAN SALVADOR DE JUJUY 34,0 SANTA ROSA 50,0 SANTIAGO DEL ESTERO 43,0 USHUAIA 60,0 VIEDMA 60,0 Nota: Los valores se refieren a velocidad de ráfaga de 3 segundos en m/s a 10 m. sobre el terreno para Categoría de Exposición C y están asociadas con una probabilidad anual de 0,02. Velocidades básicas del viento en ciudades Figura 1 B
  • 48. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 27 Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 29 Multiplicadores topográficos para exposición C Multiplicador K1 Multiplicador K2 Multiplicador K3 H/Lh Loma bidim. Escarpa bidim. Colina tridim. axialsim. x/Lh Escarpa bidim. Todos los otros casos z/Lh Loma bidim. Escarpa bidim. Colina tridim. axialsim 0,20 0,29 0,17 0,21 0,00 1,00 1,00 0,00 1,00 1,00 1,00 0,25 0,36 0,21 0,26 0,50 0,88 0,67 0,10 0,74 0,78 0,67 0,30 0,43 0,26 0,32 1,00 0,75 0,33 0,20 0,55 0,61 0,45 0,35 0,51 0,30 0,37 1,50 0,63 0,00 0,30 0,41 0,47 0,30 0,40 0,58 0,34 0,42 2,00 0,50 0,00 0,40 0,30 0,37 0,20 0,45 0,65 0,38 0,47 2,50 0,38 0,00 0,50 0,22 0,29 0,14 0,50 0,72 0,43 0,53 3,00 0,25 0,00 0,60 0,17 0,22 0,09 3,50 0,13 0,00 0,70 0,12 0,17 0,06 4,00 0,00 0,00 0,80 0,09 0,14 0,04 0,90 0,07 0,11 0,03 1,00 0,05 0,08 0,02 1,50 0,01 0,02 0,00 2,00 0,00 0,00 0,00 Notas: 1. Para valores de H/Lh, x/Lh y z/Lh distintos a los indicados, se permite la interpolación lineal. 2. Para H/Lh>0,5, suponer que H/Lh=0,5 para la evaluación de K1, y substituir Lh por 2H para la evaluación de K2 y K3. 3. Los multiplicadores se basan en la suposición de que el viento se aproxima a la colina o escarpa en la dirección de máxima pendiente. 4. Simbología: H: altura de la colina o escarpa referida al terreno ubicado a barlovento, en m. Lh: distancia hacia barlovento, desde la cresta hasta el punto en que la diferencia de elevación del terreno es la mitad de la altura de la colina o escarpa, en m. K1: factor que tiene en cuenta las características topográficas y el efecto de máximo aumento de velocidad. K2: factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad, con la distancia desde la cresta, a barlovento o sotavento. K3: factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad con la altura sobre el terreno local. x: distancia (a barlovento o a sotavento) desde la cresta hasta el lugar del edificio, en m. z: altura sobre el nivel del terreno local, en m. P: factor de atenuación horizontal. J: factor de atenuación en altura. Barlovento z V(z) L Sotavento H z V(z) x H/2 h L H/2 Aumento de velocidad x V(z) z x Barlovento Aumento de velocidad V(z) z h H H/2 H/2 x Sotavento Acantilado o escarpa Loma (bidimensional) o colina axialsimétrica (tridimensional) Factor topográfico, Kzt Figura 2
  • 49. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 28 Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 30 Expresiones: Kzt = (1 + K1 K2 K3)2 K1 se obtiene de la Tabla inferior ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § P h L x K 1 2 h L z e K / 3 J Parámetros para aumento de la velocidad sobre colinas y escarpas K1 / (H/Lh) P Exposición Forma de la colina B C D J A barlo- vento de la cresta A sota- vento de la cresta Lomas bidimensionales (o valles con H negativa en K1 / (H/Lh) ) 1,30 1,45 1,55 3 1,5 1,5 Escarpas bidimensionales 0,75 0,85 0,95 2,5 1,5 4 Colina tridimensional axialsimétrica 0,95 1,05 1,15 4 1,5 1,5
  • 50. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 29 Reglamento CIRSOC 102 Figuras - 31 Edificios cerrados total o parcialmente Paredes y cubiertas Sistema principal resistente a la fuerza del viento Figura 3 Para todo h Coeficientes de presión externa, Cp Z h B CUBIERTAS A DOS Y A CUATRO AGUAS L PLANTA L ELEVACIÓN q G C h p z q G C VIENTO p q G C h p q G C h p q G C q G C z h p p 0 q G C q G C h h p p L B VIENTO q G C z p PLANTA h q G C 0 q G C h q G C h p z p p ELEVACIÓN L p q G C h q G C h p q G C h z p 0 q G C h p ELEVACIÓN L h q G Cp q G Cp h CUBIERTAS DE VERTIENTE ÚNICA (NOTA 4) B VIE NTO q G C z p L q G C h p L PLANTA q G C h p q G C q G C h h p p p z q G C 0 q G Cp ELEVACIÓN h h p h q G C CUBIERTAS EN MANSARDA (NOTA 8)
  • 51. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 30 Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Figuras - 32 Coeficientes de presión en paredes, Cp Superficie L/B Cp Usar con Pared a barlovento Todos los valores 0,8 qz 0 – 1 -0,5 2 -0,3 Pared a sotavento t4 -0,2 qh Paredes laterales Todos los valores - 0,7 qh Coeficientes de presión para cubiertas, Cp, para usar con qh Barlovento Ángulo T en grados Sotavento Ángulo T en grados Dirección del viento h/L 10 15 20 25 30 35 45 t60# 10 15 t20 d0,25 -0,7 -0,5 0,0* -0,3 0,2 -0,2 0,3 -0,2 0,3 0,0* 0,4 0,4 0,01T -0,3 -0,5 -0,6 0,5 -0,9 -0,7 -0,4 0,0* -0,3 0,2 -0,2 0,2 -0,2 0,3 0,0* 0,4 0,01T -0,5 -0,5 -0,6 Normal a la cumbrera para Tt10q t1,0 -1,3** -1,0 -0,7 -0,5 0,0* -0,3 0,2 -0,2 0,2 0,0* 0,3 0,01T -0,7 -0,6 -0,6 Distancia horizontal desde el borde a barlovento Cp 0 a h/2 -0,9 h/2 a h -0,9 h a 2h -0,5 d0,5 2h -0,3 * Se da el valor para fines de interpolación ** El valor puede reducirse linealmente con el área sobre la cual es aplicable como sigue: Area (m2 ) Factor de reducción 0 a h/2 -1,3** d 10 1,0 25 0,9 Normal a la cumbrera para T10q y paralela a la cumbrera para todo T t1,0 h/2 -0,7 t 100 0,8 Notas: 1. Los signos más y menos significan presiones que actúan acercándose a la superficie o alejándose de ella, respectivamente. 2. Se permite la interpolación lineal para valores de L/B, h/L y T distintos a los indicados. La interpolación sólo se llevará a cabo entre valores del mismo signo. Donde no se dan valores del mismo signo, se toma 0,0 a los fines de la interpolación. 3. Donde se listan dos valores de Cp se quiere indicar que la pendiente de la cubierta a barlovento está sujeta a presiones positivas o negativas y la estructura de la cubierta se debe calcular para ambas condiciones. La interpolación para relaciones intermedias de h/L en este caso se puede llevar a cabo solamente entre valores de Cp del mismo signo. 4. Para cubiertas con una sola pendiente, la superficie completa de la misma es superficie a barlovento o a sotavento. 5. Para edificios flexibles se debe usar un valor de Gf apropiado, determinado mediante un análisis racional. 6. Para cubiertas en arco se debe usar la Tabla 8. 7. Simbología: B: dimensión horizontal del edificio, en m, medida normal a la dirección del viento. L: dimensión horizontal del edificio, en m, medida paralela a la dirección del viento. h: altura media de la cubierta en m, excepto que para T d10°, se usará la altura del alero. z: altura sobre el terreno, en m. G: factor de efecto de ráfaga. qz, qh: Presión dinámica, en N/m2 , evaluada a la altura respectiva. T: ángulo del plano de la cubierta respecto de la horizontal, en grados. 8. Para cubiertas en mansarda, la superficie superior horizontal y la superficie inclinada a sotavento se consideran en la tabla como superficies a sotavento. # Para cubiertas con pendiente mayor que 80° se debe usar Cp= 0,8 Edificios cerrados total o parcialmente Paredes y cubiertas Sistema principal resistente a la fuerza de viento Figura 3, (cont.) Para todo h Coeficientes de presión externa, Cp Edificios cerrados total o parcialmente Paredes y cubiertas Sistema principal resistente a la fuerza del viento Figura 3 (cont.) Para todo h Coeficientes de presión externa, Cp
  • 52. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 31 Reglamento CIRSOC 102 Tablas - 45 Categoría , I II III IV 0,87 1,00 1,15 1,15 Nota: 1. La clasificación de edificios y estructuras en categorías se indican en la Tabla A-1 del Apéndice A. Factor de importancia, , (Cargas de viento) Tabla 1
  • 53. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 32 Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Tablas - 52 Exposición (Nota 1) Altura sobre el nivel del terreno, z A B C D (m) Caso 1 Caso 2 Caso 1 Caso 2 Casos 1 y 2 Casos 1 y 2 0 – 5 0,68 0,33 0,72 0,59 0,87 1,05 6 0,68 0,36 0,72 0,62 0,90 1,08 7,50 0,68 0,39 0,72 0,66 0,94 1,12 10 0,68 0,44 0,72 0,72 1,00 1,18 12,50 0,68 0,48 0,77 0,77 1,05 1,23 15 0,68 0,51 0,81 0,81 1,09 1,27 17,50 0,68 0,55 0,84 0,84 1,13 1,30 20 0,68 0,57 0,88 0,88 1,16 1,33 22,50 0,68 0,60 0,91 0,91 1,19 1,36 25 0,68 0,63 0,93 0,93 1,21 1,38 30 0,68 0,68 0,98 0,98 1,26 1,43 35 0,72 0,72 1,03 1,03 1,30 1,47 40 0,76 0,76 1,07 1,07 1,34 1,50 45 0,80 0,80 1,10 1,10 1,37 1,53 50 0,83 0,83 1,14 1,14 1,40 1,56 55 0,86 0,86 1,17 1,17 1,43 1,59 60 0,89 0,89 1,20 1,20 1,46 1,61 75 0,98 0,98 1,28 1,28 1,53 1,68 90 1,05 1,05 1,35 1,35 1,59 1,73 105 1,12 1,12 1,41 1,41 1,64 1,78 120 1,18 1,18 1,46 1,46 1,69 1,82 135 1,23 1,23 1,51 1,51 1,73 1,86 150 1,29 1,29 1,56 1,56 1,77 1,89 Notas: 1. Caso 1: a. Todos los componentes y revestimientos. b. Sistema principal resistente a la fuerza del viento en edificios de baja altura diseñados usando la Figura 4. Caso 2: a. Todos los sistemas principales resistentes a la fuerza de viento con excepción de aquellos en edificios de baja altura diseñados usando la Figura 4. b. Todos los sistemas principales resistentes a la fuerza de viento en otras estructuras. 2. El coeficiente de exposición para la presión dinámica se puede determinar mediante la siguiente expresión: Para 5 m d z d zg : Para z 5 m : D / g z z / z , K 2 01 2 D / g z z / , K 2 5 01 2 Observación: No se debe tomar z menor que 30 m para el Caso 1 en exposición A, ni menos que 10 m para el caso 1 en exposición B. 3. D y zg se obtienen de la Tabla 4. 4. Se permite la interpolación lineal para valores intermedios de la altura z. Las categorías de exposición están definidas en el artículo 5.6. Coeficientes de exposición para la presión dinámica, Kh y Kz Tabla 5
  • 54. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 33 Tabla 5 Valores del coeficiente de exposición para la presión dinámica Kz interpolados cada 1,00 m y para los valores de la ejercitación de los trabajos prácticos. Altura sobre el nivel del terreno, z Exposición (Nota 1) Altura sobre el nivel del terreno, z Exposición (Nota 1) A B C D A B C D Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 Caso 2 ≤ 5 0,330 0,590 0,870 1,050 50 0,830 1,140 1,400 1,560 6 0,360 0,620 0,900 1,080 51 0,836 1,146 1,406 1,566 7 0,380 0,647 0,927 1,107 51,80 0,841 1,151 1,411 1,571 7,50 0,390 0,660 0,940 1,120 52 0,842 1,152 1,412 1,572 8 0,400 0,672 0,952 1,132 53 0,848 1,158 1,418 1,578 9 0,420 0,696 0,976 1,156 54 0,854 1,164 1,424 1,584 9,80 0,436 0,715 0,995 1,175 54,60 0,858 1,168 1,428 1,588 10 0,440 0,720 1,000 1,180 55 0,860 1,170 1,430 1,590 11 0,456 0,740 1,020 1,200 56 0,866 1,176 1,436 1,594 12 0,472 0,760 1,040 1,220 57 0,872 1,182 1,442 1,598 12,50 0,480 0,770 1,050 1,230 58 0,878 1,188 1,448 1,602 12,60 0,481 0,772 1,052 1,232 59 0,884 1,194 1,454 1,606 13 0,486 0,778 1,058 1,238 60 0,890 1,200 1,460 1,610 14 0,498 0,794 1,074 1,254 61 0,896 1,205 1,465 1,615 15 0,510 0,810 1,090 1,270 62 0,902 1,211 1,469 1,619 15,40 0,516 0,815 1,096 1,275 63 0,908 1,216 1,474 1,624 16 0,526 0,822 1,106 1,282 64 0,914 1,221 1,479 1,629 17 0,542 0,834 1,122 1,294 65 0,920 1,227 1,483 1,633 17,50 0,550 0,840 1,130 1,300 66 0,926 1,232 1,488 1,638 18 0,554 0,848 1,136 1,306 67 0,932 1,237 1,493 1,643 18,20 0,556 0,851 1,138 1,308 68 0,938 1,243 1,497 1,647 19 0,562 0,864 1,148 1,318 69 0,944 1,248 1,502 1,652 20 0,570 0,880 1,160 1,330 70 0,950 1,253 1,507 1,657 21,00 0,582 0,892 1,172 1,342 71 0,956 1,259 1,511 1,661 22 0,594 0,904 1,184 1,354 72 0,962 1,264 1,516 1,666 22,50 0,600 0,910 1,190 1,360 73 0,968 1,269 1,521 1,671 23 0,606 0,914 1,194 1,364 74 0,974 1,275 1,525 1,675 23,80 0,616 0,920 1,200 1,370 75 0,980 1,280 1,530 1,680 24 0,618 0,922 1,202 1,372 76 0,985 1,285 1,534 1,683 25 0,630 0,930 1,210 1,380 77 0,989 1,289 1,538 1,687 26 0,640 0,940 1,220 1,390 78 0,994 1,294 1,542 1,690 26,60 0,646 0,946 1,226 1,396 79 0,999 1,299 1,546 1,693 27 0,650 0,950 1,230 1,400 80 1,003 1,303 1,550 1,697 28 0,660 0,960 1,240 1,410 81 1,008 1,308 1,554 1,700 29 0,670 0,970 1,250 1,420 82 1,013 1,313 1,558 1,703 29,40 0,674 0,974 1,254 1,424 83 1,017 1,317 1,562 1,707 30 0,680 0,980 1,260 1,430 84 1,022 1,322 1,566 1,710 31 0,688 0,990 1,268 1,438 85 1,027 1,327 1,570 1,713 32 0,696 1,000 1,276 1,446 86 1,031 1,331 1,574 1,717 32,20 0,698 1,002 1,278 1,448 87 1,036 1,336 1,578 1,720 33 0,704 1,010 1,284 1,454 88 1,041 1,341 1,582 1,723 34 0,712 1,020 1,292 1,462 89 1,045 1,345 1,586 1,727 35,00 0,720 1,030 1,300 1,470 90 1,050 1,350 1,590 1,730 36 0,728 1,038 1,308 1,476 91 1,055 1,354 1,593 1,733 37 0,736 1,046 1,316 1,482 92 1,059 1,358 1,597 1,737 37,80 0,742 1,052 1,322 1,487 93 1,064 1,362 1,600 1,740 38 0,744 1,054 1,324 1,488 94 1,069 1,366 1,603 1,743 39 0,752 1,062 1,332 1,494 95 1,073 1,370 1,607 1,747 40 0,760 1,070 1,340 1,500 96 1,078 1,374 1,610 1,750 40,60 0,765 1,074 1,344 1,504 97 1,083 1,378 1,613 1,753 41 0,768 1,076 1,346 1,506 98 1,087 1,382 1,617 1,757 42 0,776 1,082 1,352 1,512 99 1,092 1,386 1,620 1,760 43 0,784 1,088 1,358 1,518 100 1,097 1,390 1,623 1,763 43,40 0,787 1,090 1,360 1,520 44 0,792 1,094 1,364 1,524 105 1,120 1,410 1,640 1,780 45 0,800 1,100 1,370 1,530 46 0,806 1,108 1,376 1,536 120 1,180 1,460 1,690 1,820 46,20 0,807 1,110 1,377 1,537 47 0,812 1,116 1,382 1,542 135 1,230 1,510 1,730 1,860 48 0,818 1,124 1,388 1,548 49,00 0,824 1,132 1,394 1,554 150 1,290 1,560 1,770 1,890
  • 55. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 34 Reglamento CIRSOC 102 Tablas - 53 Tipo de estructura Factor de direccionalidad Kd * Edificios Sistema principal resistente a la fuerza de viento Componentes y revestimientos 0,85 0,85 Cubiertas abovedadas 0,85 Chimeneas, tanques y estructuras similares Cuadradas Hexagonales Redondas 0,90 0,95 0,95 Carteles llenos 0,85 Carteles abiertos y estructura reticulada 0,85 Torres reticuladas Triangular, cuadrada, rectangular Toda otra sección transversal 0,85 0,95 * El factor de direccionalidad Kd se ha calibrado con las combinaciones de carga especificadas en el Apéndice B. Este factor se debe aplicar solo cuando se use conjuntamente con las combinaciones de carga especificadas en B.3 o en los respectivos reglamentos de aplicación. Factor de direccionalidad del viento, Kd Tabla 6
  • 56. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 35 Reglamento Argentino de Acción del Viento sobre las Construcciones Tablas - 54 Clasificación de cerramiento GCpi Edificios abiertos 0,00 Edificios parcialmente cerrados + 0,55 - 0,55 Edificios cerrados + 0,18 - 0,18 Notas: 1. Los signos más y menos significan presiones actuando hacia y desde las superficies internas. 2. Los valores de GCpi se deben usar con qz o qh como se especifica en el artículo 5.12. 3. Para determinar los requisitos de carga crítica para la condición apropiada, se deben considerar dos casos: I. un valor positivo de GCpi aplicado a todas las superficies internas. II. un valor negativo de GCpi aplicado a todas las superficies internas. Coeficientes de presión interna para edificios, GCpi Tabla 7
  • 57. Cátedra Diez • Estructuras III Acción del viento sobre las construcciones 36 Apéndice A - clasificación de edificios y otras estructuras A los fines de la aplicación del presente Reglamento los edificios y otras estructuras se clasifican, basados en la naturaleza de su ocupación, de acuerdo con la Tabla A-1. Las categorías varían de I a IV, donde la categoría I representa edificios y otras estructuras con bajo peligro para la vida humana en caso de falla y la categoría IV representa instalaciones esenciales. Cada edificio u otra estructura se debe asignar a la categoría aplicable más alta. Cuando los edificios u otras estructuras tienen usos múltiples, se debe examinar la relación entre los usos de las distintas partes del edificio u otra estructura y la independencia de los sistemas estructurales de aquellas diferentes partes. La clasificación para cada sistema estructural independiente de un edificio u otra estructura de uso múltiple debe ser aquella del grupo de uso más alto en cualquier parte del edificio u otra estructura que sea dependiente de aquel sistema estructural básico. Reglamento CIRSOC 102 Apéndice A - 1 APÉNDICE A - CLASIFICACIÓN DE EDIFICIOS Y OTRAS ESTRUCTURAS A los fines de la aplicación del presente Reglamento los edificios y otras estructuras se clasifican, basados en la naturaleza de su ocupación, de acuerdo con la Tabla A-1. TABLA A-1 - Clasificación de Edificios y Otras Estructuras para Cargas de Viento Naturaleza de la Ocupación Categoría Edificios y otras estructuras que representan un bajo riesgo para la vida humana en caso de falla incluyendo, pero no limitado a: ƒ Instalaciones Agrícolas. ƒ Ciertas instalaciones temporarias. ƒ Instalaciones menores para almacenamiento. I Todos los edificios y otras estructuras excepto aquellos listados en Categorías I, III y IV. II Edificios y otras estructuras que representan un peligro substancial para la vida humana en caso de falla incluyendo, pero no limitado a: ƒ Edificios y otras estructuras donde se reunen más de 300 personas en un área. ƒ Edificios y otras estructuras para guarderías, escuelas primarias y secundarias con capaci- dad mayor que 150 personas. ƒ Edificios y otras estructuras con instalaciones para el cuidado diurno con capacidad mayor que 150 personas. ƒ Edificios y otras estructuras con una capacidad mayor que 500 personas para universida- des o instalaciones para educación de adultos. ƒ Instalaciones para el cuidado de la salud con una capacidad de 50 o más pacientes resi- dentes pero sin instalaciones para cirugía o tratamientos de emergencia. ƒ Instalaciones para cárceles y detenciones. ƒ Estaciones de generación de energía y otras instalaciones de utilidad pública no incluidas en la Categoría IV. Edificios y otras estructuras que contienen suficientes cantidades de substancias tóxicas o ex- plosivas como para ser peligrosas al público si se liberan, incluyendo, pero no limitado, a: ƒ Instalaciones petroquímicas. ƒ Instalaciones para almacenamiento de combustibles. ƒ Plantas de fabricación o almacenamiento de productos químicos peligrosos. ƒ Plantas de fabricación o almacenamiento de explosivos. Edificios y otras estructuras equipados con contención secundaria de substancias tóxicas, ex- plosivas u otras peligrosas (incluyendo, pero no limitado a, tanques de doble pared, receptácu- los de tamaño suficiente para contener un derrame u otros medios de contención de derrames o explosiones dentro de los límites de la instalación y prevenir la liberación de cantidades de con- taminantes nocivas para el aire, el suelo, el agua freática o superficial) deben clasificarse como estructuras de Categoría II. III Edificios y otras estructuras diseñadas como instalaciones esenciales, incluyendo, pero no limi- tados a: ƒ Hospitales y otras instalaciones para el cuidado de la salud que tienen instalaciones para cirugía o tratamientos de emergencia. ƒ Cuarteles de bomberos, centros de rescate, estaciones de policía y garajes para vehículos de emergencia. ƒ Refugios diseñados contra sismos, huracanes y otras emergencias. ƒ Centros de comunicaciones y otras instalaciones necesarias para respuestas a emergen- cias. ƒ Estaciones generadoras de energía y otras instalaciones de utilidad pública necesarias en una emergencia. ƒ Estructuras auxiliares necesarias para la operación de aquellas de Categoría IV durante una emergencia (incluyendo pero no limitado a torres de comunicación, tanques de alma- cenamiento de combustible, torres de refrigeración, estructuras de sub-estaciones de elec- tricidad, tanques de agua para incendio u otras estructuras de alojamiento o soporte de agua, otros materiales o equipamiento para combatir el fuego. ƒ Torres de control de aviación, centros de control de tráfico aéreo y hangares de emergen- cia. ƒ Instalaciones de almacenamiento de agua y estructuras de bombeo requeridas para man- tener la presión de agua para combatir incendios. ƒ Edificios y otras estructuras con funciones críticas de defensa nacional. IV
  • 58. Cátedra Diez • Estructuras III ACCION SISMICA SOBRE LAS CONSTRUCCIONES autor / reelaboración Arqta. Gloria Diez • colaboración Arq. Pablo Valenzuela
  • 59.
  • 60. Cátedra Diez • Estructuras III Acción sísmica sobre las construcciones 1 ACCIONES SISMICAS La acción de los sismos sobre los edificios y el comportamiento de éstos frente a una solicitación de tal naturaleza es compleja y difícil. En los últimos años se ha adelantado mucho al respecto, especialmente en algunos países, pero aún queda mucho por estudiar y experimentar. La gravedad del problema se acentúa por la diferencia de las condiciones tecnológicas, económicas y naturales entre los diferentes países y aún dentro de las distintas regiones de un mismo país. Gran parte de las construcciones que se levantan en zonas sísmicas no se ciñen a un criterio de diseño adecuado que los haga razonablemente seguros en caso de terremotos. Contando sólo con conocimientos rudimentarios y el deseo de aumentar la seguridad sísmica, muchas veces, la obra se encarece exageradamente y hasta se sobredimensionan elementos que con su excesivo peso contribuyen al derrumbe de la estructura. O bien, a la inversa, haciendo caso omiso del efecto sísmico, se construyen edificios incapaces de mantenerse en pie aún ante la presencia de sismos débiles. Por estas razones, se producen las catástrofes por todos conocidas a través de los diarios (cada tanto aparece una noticia), donde las pérdidas de vidas tanto como los daños materiales y sociales son irrecuperables y cuantiosos, no sólo en lo inmediato sino que se tardará mucho tiempo para reestablecer nuevamente el estado previo al terremoto (especialmente en lo que respecta a infraestructura), ya que las inversiones requeridas para ello son importantes y los recursos en general, en países como por ejemplo el nuestro, son escasos (resultados del terremoto de Caucete, San Juan). Por lo tanto, interesa fundamentalmente el aspecto preventivo que tiene, de acuerdo al INPRES-CIRSOC 103/83, los siguientes objetivos • Evitar pérdidas de vidas humanas y accidentes, que pudieran originarse por la ocurrencia de cualquier evento sísmico, protegiendo los servicios y bienes de la población durante el sismo. • Evitar daños en la estructura y en los componentes de la construcción en sismos de frecuente ocurrencia, o reducirlos al mínimo en los de mediana intensidad. • Evitar que en las construcciones se originen daños y colapsos que pongan en peligro a las vidas de las personas o que inutilicen a esas construcciones en el caso de sismos severos extraordinarios. • Lograr que las construcciones esenciales de servicios de emergencia sigan funcionando, aún en sismos destructivos. Es por ello que se tratarán, en forma simplificada, los siguientes temas: 1-Características generales de los fenómenos sísmicos. 2-El efecto que éstos producen en los edificios, en particular sobre su comportamiento estructural, que incluye la determinación de las características, la magnitud y distribución de las cargas sísmicas y el dimensionado o las verificaciones pertinentes. 3-Recomendaciones sobre el diseño (arquitectónico, estructural, etc.) y las prevenciones: constructivas, de ejecución, y de control a tener en cuenta para este tipo de solicitación. I- Características generales de los sismos: Los sismos son, de acuerdo con su naturaleza, fenómenos geológicos. La sensibilidad de los instrumentos de medición ha permitido detectar dos tipos de sismos: 1-Microsismos: Movimientos sísmicos no perceptibles por el hombre y detectados solamente por los instrumentos. 2-Macro sismos: Se refiere al conjunto de temblores y terremotos. Se analizarán sólo éstos últimos, pues los microsismos no comprometen la estabilidad de las construcciones.