La norma EN 1991-1-4 para las acciones de viento especifica un concepto de cálculo con valores aerodinámicos y factores de reducción para este caso. Estas especificaciones finalmente producen una fuerza de viento resultante en el componente estructural. No se especifica una distribución de la presión del viento alrededor del componente estructural. Por lo tanto, la fuerza de viento se basa en la siguiente relación:
Fw = cscd ⋅ cf ⋅ qp(ze) ⋅ Aref
Donde,
cscd... Factor estructural de dos partes para considerar el hecho de que las presiones máximas de viento no se producen simultáneamente en toda la superficie (cs), así como la contraflecha dinámica debida a las vibraciones estructurales similares a la resonancia de la turbulencia del viento (cd)
cf... Coeficiente de fuerza para un objeto de construcción o sección del objeto de construcción
qp(ze) ... Presión correspondiente a la velocidad de pico a la altura de referencia ze
Aref... Superficie de referencia para un objeto de construcción o sección del objeto de construcción
Si se supone que el componente estructural considerado es un cuerpo rígido sin fluencia bajo un flujo de viento constante, la determinación de la fuerza de viento se simplifica con la siguiente ley:
Fw = cf ⋅ q ⋅ Aref
Para un componente estructural no esbelto con una sección redondeada cuadráticamente, el factor de fuerza cf se determina según [1] de la siguiente manera:
cf = cf,0 ⋅ Ψr ⋅ Ψλ
Donde,
cf,0... Factor de fuerza básico de secciones de bordes afilados
Ψr... Factor de reducción para considerar las esquinas redondeadas de una sección cuadrática
Ψλ... Factor de reducción para considerar la esbeltez efectiva λ dependiente de la relación de solidez φ
φ ... Relación de solidez para considerar la permeabilidad de las superficies de barlovento
Determinación convencional de la carga de viento
Según [1], para estas propiedades de los componentes
a modo de ejemplo, se obtiene un factor de fuerza cf = 0,97.
Este valor se basa en el factor de fuerza básico cf,0 = 2,15 dependiendo de la relación d/b = 280 mm/280 mm = 1,
el factor de reducción Ψr = 0,75 depende de la relación del radio r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,
y finalmente el factor de reducción Ψλ = 0,6 depende de la esbeltez λ = 1 suponiendo una superficie de componente completamente cerrada φ = 1.
La presión de velocidad q = 563 N/m² aplicada a la superficie de referencia Aref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0,0784 m² da como resultado la relación:
q = 0,5 ⋅ ρ ⋅ v²
Donde,
ρ ... Densidad del aire 1,25 kg/m³
v ... Velocidad del viento
Así, finalmente, una fuerza de viento Fw = 0,97 ⋅ 563 N/m² ⋅ 0,0784 m² = 43 N actúa sobre el componente estructural en la dirección del viento.
Determinación numérica de la carga de viento
Si la distribución de la presión del viento sobre el componente también es necesaria, además de esta fuerza del viento Fw, se puede calcular una distribución de presión correspondiente en el mismo, por ejemplo mediante un análisis de CFD. En él, se imagina que el componente se encuentra en un túnel de viento numérico y su distribución de presión se determina dependiendo de la distribución de presión y velocidad resultante a su alrededor.
El programa RWIND Simulation permite una simulación numérica de los flujos de viento alrededor de edificios u otros objetos basados en una malla de elementos finitos de volumen en 3D. La aplicación genera automáticamente esta malla con tamaños de elementos mutuamente relacionados ajustados al modelo. Cuanto más cerca estén los elementos de volumen finito de la superficie del modelo, más fina se generará la malla. El programa utiliza el generador de malla OpenFOAM (SnappyHexMesh) para este proceso. El solucionador estacionario SimpleFOAM para flujos turbulentos incompresibles se utiliza para calcular el flujo de viento y la presión del viento en la superficie del modelo.
Para el ejemplo dado, un cálculo de RWIND Simulation produce una fuerza de viento similar Fw = 41 N. Además de este resultado, el programa también muestra la distribución de presión y velocidad del viento alrededor del componente estructural, así como la distribución de presión sobre éste.
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