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¿Cómo trata WinTess la acción del viento?

Preámbulo
WinTess está pensado para ser usado en cualquier parte del mundo. Cada país tiene su propia norma de edificación, por lo tanto, a no ser que se introduzcan todas estas normas en el programa, es imposible satisfacer las normas propias de cada usuario. En este sentido WinTess facilita la posibilidad de modificar manualmente el cálculo de las acciones de viento a fin de poder cumplir con cada norma local.

 

Introducción
Las acciones del viento en WinTess son tratadas como cargas uniformes para cada elemento (triángulo) individual. Cada elemento tiene un área superficial At y una normal N. La “normal” es un vector perpendicular al elemento apuntando hacia afuera. Afuera significa por el lado de color azul en el programa.
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La acción uniforme del viento wl en cada elemento es:

wl = w · Cp · Ce

donde w es la presión dinámica del viento. Éste es un valor conocido en mecánica de fluidos, y para el viento podemos aceptar

w = v² / 1.6 donde v es la velocidad del viento (m/s) and w (N/m²)

por lo que para un viento de v = 100 km/h = 27,8 m/s obtenemos el valor de w = 0.482 kN/m²
Cp es un valor que depende de la dirección de la normal N en relación a la dirección del viento y de la situación del elemento en la membrana (centro, borde,…)
Ce es un valor que modifica la velocidad del viento, de acuerdo con el tipo de terreno donde esta situada la membrana y de la altura con relación al nivel del suelo.

Velocidad del viento
WinTess permite que el usuario introduzca la velocidad el viento de dos maneras distintas:

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Velocidad real
Esta opción es útil cuando queremos adaptarnos a una normativa que no se aproxima a la manera de aplicar la acción del viento según WinTess. Es necesario obtener este valor a partir de los datos suministrados por una estación meteorológica o similar, poniendo especial atención en los microclimas locales, ya que el viento puede cambiar mucho de un lugar a otro.

Velocidad básica
La mayoría de normativas actuales consideran la Velocidad Básica cómo un valor mínimo. La velocidad real del viento se encontrará a través de un factor multiplicador Ce, teniendo en cuenta el tipo de terreno, la altura del punto sobre el suelo, etc.
La velocidad del viento debe ser introducida con la dirección correcta. Para facilitar esta acción el programa permite entrar las componentes X e Y independientemente. También se pueden usar valores negativos. WinTess muestra automáticamente el valor total de la velocidad del viento y de la presión dinámica w.

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Valor Cp
Para calcular el valor de Cp para cada elemento WinTess facilita tres opciones:

1.Cp manual
Esto se puede hacer mediante el menú Calcular|Cp manual o bien mediante la casilla correspondiente en la ventana de cargas superficiales.

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Si el usuario escoge este método, hace faltar seleccionar los elementos (de uno en uno o agrupándolos en una ventana) y asignarles el valor Cp adecuado. En cualquier momento, mediante el menú Calcular|Cp manual, el usuario puede cambiar cualquiera de estos valores.

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2.Tipo de edificio
WinTess proporciona algunos modelos o “tipos” de edificio. Es muy probable que de vez en cuando se añadan otros tipos de edificio. En este momento (v. 3.117) existen estos tipos:

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Cada tipo de edificio rellena automáticamente los diferentes valores de la tabla de Cp:

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Se trata de valors Cp correspondientes a cada ángulo formado por la normal N y el vector de la dirección del viento. Un ángulo entre dos vectores va de 0º (coincidentes) a 180º (opuestos). Estos valores se obtienen de diferentes fuentes, por lo que el usuario debe comprobar si estos valores son apropiados para el caso que se está estudiando. Si al usuario no le gustan algunos de estos valores, o ninguno, puede modificarlos usando la opción Manual en el desplegable de Tipo de edificio. Si seleccionamos Manual en este desplegable, los valores de Cp son editables y pueden ser cambiados.

3.Efecto de borde
Es bien sabido que debido a las turbulencias alrededor de los bordes de los edificios, las acciones del viento deben ser consideradas mayores en estas zonas. Si el usuario marca la casilla Efecto borde, WinTess modificará automáticamente los valores de Cp de los elementos que tengan un lado coincidiendo con el perímetro de la membrana.

 

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De hecho el valor Cp será multiplicado por 1,5. Se trata de una aproximación rápida, por lo tanto si al usuario no le gusta esta aproximación deberá modificar manualmente estos valores mediante la opción Cp manual comentada anteriormente. De esta manera podrá modificar otros elementos y no solamente aquellos que tocan directamente al borde.

 

Valor Ce
WinTess calcula automáticamente el valor Ce para cada elemento. Si se usa Velocidad real, entonces siempre Ce = 1. Si se usa Velocidad básica, entonces Ce depende de:

1.Altura sobre el suelo (Ze)

si marcamos la casilla Ce en función de la altura, WinTess toma Ze como la coordenada Z del baricentro del elemento en cuestión. Si no la marcamos, todos los elementos usan la misma Ze. Este valor se calcula como la media ponderada de la coordenada Z del baricentro de cada uno de los elementos que forman la membrana. En cualquier caso es muy importante situar el origen de coordenadas de tal forma que al suelo le corresponda un valor Z = 0.

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2.Tipo de terreno
Según el tipo de terreno escogido, Ce tomará un determinado valor. En primer lugar definiremos: k, L and Z

Borde mar o lago                       k = 0.156    L = 0.003    Z = 1
Superficie llana sin obstáculos        k = 0.17     L = 0.01     Z = 1
Vegetación baja y obstáculos aislados  k = 0.19     L = 0.05     Z = 2
Zona urbana o boscosa                  k = 0.22     L = 0.3      Z = 5
Entre edificiso muy atos               k = 0.24     L = 1        Z = 10

entonces definimos F y Ce

F = k * ln(Max(Z, Ze) / L)
Ce = F * (F + 7 * k)

Comprobando Cp y Ce
En cualquier momento podemos comprobar cuales son los valores de Cp o Ce para cada elemento. Teneos tres posibilidades:

  • Mediante el menú Elementos/Cargas/Cargas de viento

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  • Clicando sobre un elemento

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Pasando por encima de un elemento
Para usar esta opción primero presionamos, en la columna de botones de la derecha, el botón “Cp“. Todos los elementos quedarán coloreados de acuerdo con el valor Cp de dicho elemento. Cuando pasamos con el cursor por encima de un elemento aparece en pantalla el doble valor de Cp y Ce.

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Ramon Sastre
Diciembre, 2013

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