Cargas de viento en componentes estructurales rectangulares redondeados

Artículo técnico

La carga de viento en componentes estructurales rectangulares redondeados es un asunto complejo. Las fuerzas equivalentes de la carga de viento dependen de la resistencia de la carga de viento circulante y de la geometría del componente.

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

Figura 01 - Esquema del modelo

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,

Figura 02 - Factor de fuerza básico para secciones rectangulares infinitamente delgadas de bordes afilados

el factor de reducción Ψr = 0,75 depende de la relación del radio r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,

Figura 03 - Factor de reducción para considerar las esquinas redondeadas de las secciones cuadráticas

y finalmente el factor de reducción Ψλ = 0,6 depende de la esbeltez λ = 1 suponiendo una superficie de componente completamente cerrada φ = 1.

Figura 04 - Factor de reducción para considerar la esbeltez efectiva

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.

Figura 05 - Distribución de la presión de viento en la superficie del componente estructural

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 finitos de volumen 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.

Figura 06 - Diagrama de líneas de corriente

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.

Palabras clave

Flujo de viento Línea de corriente Carga de viento CFD Análisis de flujo

Referencia

[1]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions; German version EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010

Descargas

Enlaces

Contacte con nosotros

Contacte con Dlubal Software

¿Tiene preguntas o necesita asesoramiento?
Contacte con nosotros a través de nuestro servicio de asistencia gratuito por correo electrónico, chat o fórum, o encuentre varias soluciones sugeridas y consejos útiles en nuestra página de preguntas más frecuentes (FAQ).

+34 911 438 160

info@dlubal.com

Contacte con nosotros

Contacte con Dlubal Software

¿Ha encontrado su pregunta?
Si no es así, contacte con nosotros a través de nuestro servicio de asistencia gratuito por correo electrónico, chat o fórum, o envíenos su pregunta mediante el formulario en línea.

+34 911 438 160

info@dlubal.com

Compatible Programs Program
RWIND Simulation 1.xx

Programa independiente

Programa independiente para simulaciones numéricas de flujos de viento alrededor de edificios u otros objetos. Las cargas de viento generadas que actúan sobre esos objetos se pueden importar a RFEM/RSTAB para un análisis estático y dinámico.

Precio de la primera licencia
2.690,00 USD