Descripción del trabajo
En el ejemplo de validación actual, investigamos el valor de la presión del viento tanto para el cálculo estructural general (Cp,10 ) como para el cálculo del revestimiento o fachada (Cp,1 ) de edificios de planta rectangular EN 1991-1-4. [1]. Hay casos tridimensionales que explicaremos más sobre ellos en la siguiente parte.
Uno de los aspectos clave de la simulación CFD es encontrar las configuraciones más precisas y compatibles con respecto a los datos de entrada, como los modelos de turbulencia, los perfiles de velocidad del viento, las intensidades de la turbulencia, las condiciones de la capa límite, el orden de discretización y otros factores. El punto importante es que el Eurocódigo no cubre la información requerida para la simulación numérica, como la simulación CFD. Aquí proporcionamos configuraciones compatibles de RWIND en relación con el ejemplo de la forma cúbica del Eurocódigo. Se utilizan varias fórmulas y diagramas para el cálculo estático de la carga de viento, que se demuestra en las siguientes secciones.
Solución analítica y resultados
Hay tres categorías dimensionales para el ortoedro rectangular debido a la relación h/d como se muestra en la figura 1 (EN 1991-1-4 Tabla 7.1). Los datos de entrada y los supuestos para cada caso dimensional se ilustran en la siguiente parte.
Para el primer caso (figura 2), se considera el edificio de planta rectangular de gran altura (h/d=5) con respecto a las zonas definidas (figura 3) para cada elevación y datos de entrada. Además, se considera la categoría dos del terreno para crear la velocidad del viento y el perfil de turbulencia, que se muestra en la siguiente tabla; al mismo tiempo, se investigan los valores constantes de la intensidad de la turbulencia para calcular los valores de la presión del viento.
| Tabla 1: Relación de dimensiones - h/d=5 | |||
| Velocidad básica del viento | V | 30 | m/s |
| Categoría de terreno | 2 | ||
| Altitud | h | 50 | m |
| profundidad | d | 10 | m |
| Ancho | b | 12 | m |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | |
| Intensidad de la turbulencia (mejor ajuste) - RWIND | I | Perfil de turbulencia del Eurocódigo y 25 % | |
Los resultados del valor de la presión del viento para Cp,1 y Cp,10 se obtienen con respecto a diferentes zonas, relaciones dimensionales e intensidades de turbulencia. Para el primer caso, que tiene una forma cúbica de gran altura (h/d=5), los resultados se muestran en las figuras 4 y 5. Los resultados muestran que hay una buena concordancia cuando se considera el perfil de turbulencia real o alto (como el 25%).
Para cada zona, es posible obtener un valor de presión máximo al que se puede equivaler el valor de la presión del viento utilizando Cp,1 para el cálculo de revestimiento o fachada, y un valor de presión medio al que se puede equivaler el valor de la presión del viento utilizando Cp,10 para el cálculo estructural general (figura 6).
Para el siguiente caso, se considera un edificio de planta rectangular de media altura (h/d=1) con respecto a los datos de entrada y las zonas definidas (figuras 7 y 8), que se muestran en la siguiente imagen y tabla:
| Tabla 2: Relación de dimensiones - h/d=1 | |||
| Velocidad básica del viento | V | 30 | m/s |
| Categoría de terreno | 2 | ||
| Altitud | h | 10 | m |
| profundidad | d | 10 | m |
| Ancho | b | 12 | m |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | |
| Intensidad de la turbulencia (mejor ajuste) - RWIND | I | Perfil de turbulencia del Eurocódigo y 25 % - RWIND | |
Para el segundo caso, que es la forma cúbica de media altura (h/d=1), el valor de Cp,10 y Cp,1 se muestra en la figura 9, 10. Los resultados muestran que hay una buena concordancia cuando se considera el perfil de turbulencia real y alto (como el 25%).
Para el último caso, se considera un edificio de planta rectangular de poca altura (h/d=0,25) con respecto a los datos de entrada y las zonas definidas (figuras 11 a 13), que se muestran en las siguientes imágenes y tabla:
| Tabla 3: Relación de dimensiones - h/d=0,25 | |||
| Velocidad básica del viento | V | 30 | m/s |
| Categoría de terreno | 2 | ||
| Altitud | h | 2.50 | m |
| profundidad | d | 10 | m |
| Ancho | b | 2.50 | m |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | |
| Perfil de turbulencia del Eurocódigo y 25 % - RWIND | I | 15% | |
Para el último caso, que es un edificio de planta rectangular de poca altura (h/d=0,25), el valor de Cp,1 y Cp,10 se muestra en las figuras 14 a 16. Los resultados muestran que existe una buena concordancia cuando se considera el perfil de turbulencia real o alto (como el 25%).
Conclusión
Los resultados muestran una buena concordancia tanto para los cálculos estructurales generales (Cp10 ) como para el diseño de revestimientos o fachadas (Cp1 ) de edificios de planta rectangular. En base a los resultados, generalmente, es mejor considerar el valor recomendado de la intensidad de la turbulencia como un perfil de turbulencia real del Eurocódigo o elegir valores más altos (como I = 25%) para diferentes zonas y relaciones dimensionales. Se puede ver al aumentar la altura del cuboide rectangular y los números de Reynolds del flujo, los resultados serían más precisos. Entonces, especialmente para estructuras de gran altura, podemos esperar muy buenas predicciones para el cálculo de la presión del viento para el diseño estructural general y de fachadas.
Además, el modelo rectangular paralelepípedo con la configuración recomendada está disponible para descargar aquí:
