Cómo convencer a su ingeniero de aprobación de los análisis CFD para la determinación de cargas de viento

Introducción

Con la creciente complejidad de las geometrías de construcción y la creciente demanda de datos precisos de cargas de viento, la dinámica de fluidos computacional (CFD) ha emergido como una herramienta poderosa para la determinación de cargas de viento. Sin embargo, muchos ingenieros y diseñadores estructurales aún enfrentan un desafío común: cómo obtener la aprobación del Prüfingenieur (ingeniero aprobador) para simulaciones de viento basadas en CFD. En este artículo, abordamos las preocupaciones típicas que pueden tener los ingenieros aprobadores y ofrecemos estrategias, argumentos y referencias para ayudar a justificar el uso de CFD para diseño estructural según los estándares aceptados. Una ventaja clave de usar CFD es su capacidad para proporcionar una imagen completa de las cargas inducidas por el viento, incluyendo tanto las fuerzas de compresión como las de succión. Los usuarios a menudo se preguntan si el programa entrega las cargas de succión correspondientes en el lado de sotavento además de las cargas de compresión de barlovento. Las simulaciones CFD hacen esto transparente, permitiendo una evaluación detallada de la distribución de carga sobre toda la estructura, una percepción que no siempre está tan fácilmente accesible a través de métodos tradicionales.

1. Comprender las Preocupaciones del Ingeniero Aprobador

Antes de presentar tus resultados de CFD, es crucial entender por qué algunos ingenieros aprobadores permanecen cautelosos:

• CFD es sensible a las suposiciones de entrada (por ejemplo, modelo de turbulencia, perfil de entrada, calidad de la malla, etc.).

• La verificación y validación no siempre son transparentes.

• A diferencia de las pruebas en túnel de viento, CFD no siempre tiene una cadena de confianza establecida para cada escenario.

• Muchas regulaciones nacionales aún enfatizan las pruebas físicas o los modelos de carga basados en códigos como el enfoque predeterminado.

Al comprender sus preocupaciones, puedes dar explicaciones que resuelvan problemas reales, en lugar de simplemente discutir sobre la tecnología en sí.

2. Referenciar los Estándares: El CFD Está Permitido

El CFD no es solo una idea futurista, está explícitamente permitido en varios estándares. Por ejemplo:

• EN 1991-1-4: Según la Sección 1.5 de EN 1991-1-4, las simulaciones numéricas pueden utilizarse como complementos a los cálculos y pruebas en túnel de viento físicas, siempre y cuando estén probadas y/o debidamente validadas.

• ASCE 7-22: ASCE 7-22, a través de la referencia al ASCE 49, reconoce que aunque el CFD se aplica cada vez más en la ingeniería del viento, su uso debe controlarse cuidadosamente. Dado que actualmente no existe un estándar dedicado que detalle los procedimientos completos para CFD en este contexto, ASCE enfatiza que cualquier aplicación de CFD para determinar cargas de viento en el Sistema Principal de Resistencia a la Fuerza del Viento (MWFRS), Componentes y Revestimientos (C&C), u otras estructuras debe someterse a revisión por pares y un estudio de Verificación y Validación (V&V) para asegurar la precisión y fiabilidad de los resultados.

✅ Mensaje Clave: Si tu análisis CFD se basa en modelos validados y refleja el entorno real del viento, cumple con el código.

• Generando confianza en CFD: validación, verificación y calibración para la aceptación de simulaciones de viento

• Cómo realizar un ejemplo de validación en RWIND

3. Mostrar Evidencia de Validación

La credibilidad de un modelo CFD depende de la validación.

• Compara tus resultados de CFD con datos experimentales en túnel de viento (por ejemplo, de Universidad Politécnica de Tokio (TPU) ).

• Muestra concordancia en resultados de salida como coeficientes de presión, coeficientes de fuerza o reacciones de soporte.

• Documenta tu modelo de turbulencia, condiciones de contorno y análisis de sensibilidad de la malla.

• Si tienes artículos publicados en revistas revisadas por pares y validadas, presentarlos podría mejorar en gran medida la credibilidad de tu trabajo:

• Acoplamiento bidireccional de FSI con análisis CFD de estado estacionario y transitorio para estructura tensada con forma de sombrilla

• Análisis de daños progresivos en la membrana tensada del Millennium Dome bajo la tormenta Eunice

📌 Consejo: Utiliza ejemplos donde los resultados de CFD ya hayan sido aceptados por ingenieros aprobadores o utilizados en proyectos completados. Si está disponible, comparte cartas de aceptación formal o referencias de proyectos.

4. Enfatizar las Ventajas Prácticas

Deja claro por qué CFD fue la mejor opción en tu caso específico:

• CFD muestra claramente tanto las cargas de compresión como las de succión, brindando a los usuarios una comprensión completa de los efectos del viento a lo largo de toda la estructura.

• Más preciso para geometrías complejas donde las simplificaciones del Eurocode no aplican.

• Mejor resolución espacial de la distribución de presión (especialmente para diseño de fachadas y revestimientos).

• Capacidad de simular efectos locales como vórtices de esquina, zonas de separación o efectos de protección.

• Eficiente en costo y tiempo en comparación con pruebas en túnel de viento, especialmente durante las etapas iniciales de diseño.

• La integración CFD-FEM habilitó la aplicación precisa de cargas de viento, apoyó los estándares de diseño Eurocode y LRFD, y redujo la necesidad de pruebas en túnel de viento, resultando en diseños estructurales más seguros y eficientes.

5. Proveer un Paquete de Documentación Clara

Los ingenieros aprobadores aprecian la transparencia y trazabilidad. Prepara un informe que incluya:

1. Objetivos del estudio CFD
2. Descripción del dominio numérico y condiciones de contorno
3. Justificación del modelo de turbulencia seleccionado
4. Estudio de convergencia de malla
5. Validación contra experimentos o estándares
6. Interpretación de resultados en el contexto de diseño estructural (por ejemplo, combinaciones de carga en RFEM)

📁 Incluye materiales adicionales como capturas de pantalla, gráficos de coeficientes y tablas resumen de resultados de presión y fuerza.

6. Ofrecer una Discusión Colaborativa

Si es necesario, propone una reunión con el ingeniero aprobador para discutir:

• El enfoque de simulación y supuestos

• Casos de uso previamente aceptados

• Áreas donde los métodos convencionales no son suficientes

Los ingenieros son más propensos a aceptar CFD cuando se presenta de manera transparente y dialogada, no dogmáticamente.

7. Usar Software Aceptado y Proyectos de Referencia

Utiliza herramientas CFD reconocidas que ya sean conocidas en la industria (por ejemplo, RWIND, OpenFOAM, etc.) y enfatiza que se utilizan en paralelo con herramientas FEM para transferencia de carga y verificación de diseño. Si el software ha sido utilizado en infraestructura pública, torres o proyectos de antena, menciónalos.

• Proyectos de referencia

Conclusión

Convencer a tu ingeniero aprobador del valor del CFD en la determinación de cargas de viento no se trata de reemplazar los métodos tradicionales, sino de aumentarlos de manera responsable. Al referenciar los estándares, demostrar la validación y proporcionar una documentación clara, puedes demostrar que el CFD no solo es preciso sino también una herramienta fiable y aceptada en la ingeniería estructural moderna del viento.