Introducción
Los carteles tricara, debido a su geometría única y gran área de superficie, son significativamente afectados por las cargas de viento, que pueden dominar su diseño estructural. Los enfoques tradicionales para estimar las cargas de viento usando normas como EN 1991-1-4 o ASCE 7 a menudo no logran capturar los efectos de flujo localizados y las interacciones de apantallamiento entre las caras. Este documento presenta una visión detallada del papel de las simulaciones de viento basadas en dinámica de fluidos computacional (CFD) en el análisis estructural y proceso de diseño de carteles tricara. Examinamos el comportamiento aerodinámico bajo varios ángulos de viento, resaltamos los beneficios de usar RWIND, y demostramos cómo los resultados de la simulación mejoran la seguridad del diseño y la eficiencia del material.
Los carteles tricara se utilizan comúnmente para la publicidad exterior, presentando una forma de prisma triangular con cada cara orientada a 120° de la adyacente. Su geometría los hace particularmente vulnerables a la carga de viento multidireccional, especialmente en terrenos urbanos o abiertos. Los métodos de diseño convencionales se basan en coeficientes de presión de viento simplificados, que pueden no capturar la compleja separación de flujo, la reubicación y los efectos de turbulencia alrededor de los bordes y esquinas afiladas. Por lo tanto, el uso de simulaciones CFD avanzadas se vuelve esencial para:
- Capturar distribuciones realistas de presión de viento
- Evaluar los efectos de apantallamiento de las caras
- Evaluar cargas de torsión y flexión bajo vientos oblicuos
Características Geométricas y Estructurales
Un cartel tricara típico consiste en:
- Tres caras verticales (a menudo con estructura de acero y paneles compuestos o de aluminio)
- Una columna de soporte central (de hormigón o acero)
- Vientos diagonal y horizontal
- Cimentación sujeta a fuerzas de momento y que producen levantamiento
Retos de la Carga de Viento
- Direcciones de Viento Oblicuas: Las tres caras son afectadas simultáneamente con diferentes intensidades.
- Calle de Vórtices: Induce cargas dinámicas y posible resonancia.
- Efectos de Apantallamiento: Una cara puede apantallar parcialmente a otras dependiendo de la dirección del viento.
- Presión No Uniforme: Zonas de succión localizadas y áreas de reubicación.
Ventajas del CFD en el Diseño Estructural de Carteles
1. Distribución Precisa de la Presión del Viento
- CFD proporciona mapas detallados de Cp (coeficiente de presión) a lo largo de las tres caras, capturando la carga no uniforme causada por la separación de flujo, la turbulencia y las zonas de succión, especialmente cerca de los bordes y esquinas.
- Esto ayuda a evitar cargas uniformes simplificadas que pueden llevar a estructuras inseguras o sobredimensionadas.
2. Análisis de Múltiples Direcciones de Viento
- A diferencia de los métodos basados en códigos que generalmente consideran el viento perpendicular, CFD evalúa el viento de 0° a 360°, identificando ángulos oblicuos críticos (por ejemplo, 30° o 60°) que pueden causar las mayores cargas estructurales.
3. Captura Efectos de Apantallamiento e Interacción
- CFD modela de manera realista cómo una cara apantalla a otra del viento, o cómo los vórtices se forman entre las caras, interacciones que los métodos tradicionales no pueden abordar con precisión.
4. Evaluación de Cargas de Torsión
- Los carteles tricara a menudo experimentan torsión debido a la carga de viento asimétrica. CFD calcula los coeficientes de momento, esenciales para diseñar placas base, pernos de anclaje y cimentaciones.
5. Diseño Estructural Optimizado
- Los ingenieros pueden utilizar los resultados de CFD para optimizar el tamaño de los miembros, reducir el uso innecesario de material y diseñar marcos de soporte más eficientes.
- Permite ingeniería de valor sin comprometer la seguridad.
6. Precisión en el Diseño de Cimentación
- CFD permite la estimación precisa de momentos de vuelco, fuerzas de levantamiento y cortante a nivel de base, mejorando el diseño de la cimentación y reduciendo el riesgo de inclinación o fallo.
7. Visualización para la Comunicación con el Cliente
- Los resultados de CFD ofrecen salidas visuales (líneas de corriente, contornos de presión, vectores de fuerza) que ayudan a comunicar claramente el comportamiento del viento a partes interesadas, clientes y autoridades durante la revisión del diseño.
8. Integración con Software Estructural
- Herramientas como RWIND se integran con RFEM, permitiendo un flujo de datos sin problemas de la simulación de viento al análisis estructural y verificaciones de código, todo en un solo ecosistema.
9. Soporte para Geometrías No Estándar
- CFD maneja formas de carteles personalizadas, soporta elementos montados como iluminación y paneles solares, y se adapta al terreno real a diferencia de los estándares, que se basan en geometrías simplificadas.
10. A prueba de Futuro y Basado en Investigación
- CFD se alinea con las tendencias modernas de diseño basado en el rendimiento y respalda la validación basada en investigación, lo que lo hace adecuado para flujos de trabajo de ingeniería avanzada y aprobaciones de planificación urbana.