DESPLAZAMIENTOS OCASIONADOS POR EL VIENTO EN LOS EDIFICIOS.

Los movimientos oscilatorios que se producen en las estructuras expuestas directamente al viento, dependen de la magnitud de las ráfagas y del grado de flexibilidad de los edificios, las estructuras flexibles del tienen un periodo de vibración largo debido a la liberación de energía, pero a media que la rigidez aumenta el periodo propio de la estructura se reduce al igual que la magnitud de los desplazamientos.

Para determinar la intensidad de las presiones producidas por el viento se realiza suponiendo que este sopla con su máxima velocidad según la dirección paralela a uno de los ejes principales de inercia de la planta de la construcción y luego no se supone efectos según la dirección ortogonal, si la estructura resulta resistente y estable para ambas direcciones lo será para cualquier otra dirección en la que actué el viento.

Cuando la energía que transmite el viento a una estructura es mayor a la disipada por el efecto de amortiguamiento la oscilación sigue creciendo hasta que se produce el colapso del sistema entonces esto es el resultado de una estructura aerodinámicamente inestable.

La construcción expuesta al viento puede sufrir volcamiento y torsiones por efecto de las presiones y succiones aplicadas en sus fachadas, este último efecto es especialmente notable en estructuras metálicas que son esbeltas y flexibles, con alas asimétricas y en puentes livianos, de ahí la importancia de diseñar estructuras simétricas y y con suficiente amortiguamiento.

Tips para el diseño bajo acciones eólicas.

1. El diseño de edificios altos que están expuestos al viento debe realizarse previendo una limitación en la magnitud de los desplazamientos horizontales máximos que se pueden producir.
2. Asegurar el confort de los usuarios evitando que estalles os vidrio o se agrieten los elementos no estructurales frágiles en especial en los pisos más altos.
3. La rigidez del sistema y de la fluctuación e intensidad de las ráfagas de viento o turbulencias, la normativa acepta un desplazamiento máximo permitidos de 1/500 en el topo del edificio bajo acción de cargas laterales.
4. Un diseño correcto se sustenta en estructuras rígidas, así como los sistemas duales de concreto armado que sufren desplazamientos que no superan el rango de h/800 al H/1200, resaltando el problema que se genera en las estructuras livianas.

Amortiguamiento de una construcción se logra con lo siguiente.

Amortiguamiento propio de la estructura.

Amortiguamiento adicional.

• Incremento de la masa.
• Aumento de la rigidez lateral.
• Provisión de amortiguamiento locales.

Para cuantificar el amortiguamiento necesario adicional de un edificio es primordial conocer el amortiguamiento propio inherente del mismo, para ello existen 3 métodos.

Asumir que el amortiguamiento es similar al de otra estructura ya concluida, en la cual son realizado ya las pruebas necesarias para valorarlo, es el método más usado.

Estimar el amortiguamiento asignando factores de energía a los diferentes componentes del edificio tales como estructura, paredes o muros externos e internos.

Determinar el amortiguamiento realizando ensayos a computadora de forma real para determinar de forma iterativa lo distintos comportamiento y respuestas.

Incremento de la masa.

Una forma eficiente de aumentar el amortiguamiento de un edificio es de agregar masa lo cual esto puede optimizar en dos formas distintas a la estructura.

Incremento de la pasa propia de la estructura.

Agregado de masa adicional no estructural en el edificio.

En incremento de la masa propia de la estructura se logra sustituyendo los materiales estructurales, diseñando pórticos de concreto armado en lugar de acero o incluyendo muros resistentes de corte o flexión.

Es más frecuente este primer método, sin embargo, tomar en consideración en el cálculo un incremento del amortiguamiento mediante la construcción de paredes de mampostería rellenando los huecos entre vigas y columnas adyacentes, que se conocen por muero diafragmas.

Estos muros diafragma exteriores e internos en el edificio, otorgan ductilidad al conjunto y sirven simultáneamente de cerramientos y separación de ambientes. La residencia de estos muros se ve incrementada si se los arma longitudinal y transversalmente con barras de acero, los muros diafragman con contribuyen a soportar cargas gravitacionales y se los utiliza frecuentemente para incrementar la capacidad de absorción de energía en pórticos en zonas sísmicas.

Aumento de la rigidez lateral.

Aumentar la rigidez lateral de un sistema estructural se traduce en una reducción de los desplazamientos horizontales bajo la acción del viento y los sismos, hay diversas formas de lograr este incremento.

Arriostrar la estructura mediante diagonales cruzadas.

Ubicar convenientemente muros estructurales y núcleos de concreto armado.

El cruce de sal Andrés es una estructura en forma de x o k que sirve para arriostrar pórticos y darle más rigidez esto también se puede aplicar en muros estructurales con un armado interno.

Para incrementar la rigidez lateral de un sistema es dotarlo de muros de concreto armado, y núcleos centrales o perimetrales de circulación vertical que albergan ascensores y escaleras. En todos los casos se obtiene una mejor respuesta estructural diseñado estos muros simétricamente dispuestos en planta y sin interrupciones en elevación, para permitir una gradual distribución de los esfuerzos sin concentraciones de tensiones o cambios abruptos en la sección transversal de los miembros.

Los muros pueden ubicarse según dos direcciones ortogonales en planta, paralelos a los ejes principales de inercia del edificio, de modo de evitar las torsiones ocasionales que producen por la acción de cargas laterales, asimismo los núcleos de muros verticales, se centran en planta, ya que su ubicación asimétrica puede resultar perjudicial en el comportamiento global del complejo.

Amortiguamientos locales.

El nivel de aceleración provocado por a las ráfagas de viento puede reducirse colocando localmente amortiguamiento en su complejo, especialmente en los pisos más altos. Para determinar la magnitud del amortiguamiento requerido, se debe conocer la energía total debida a la oscilación de la estructura, la cual depende de numerosos factores y su cálculo resulta complejo, pero existen algunas simplificaciones que pueden admitirse entre las cuales están.

La energía de oscilación considerada será la correspondiente al primer modo de vibración de la estructura, desperdiciando los demás modos.

Las diferencias entre la densidad real y la estimadas, así como las rigideces, no afectan los modos de vibración.

Los métodos del cálculo de la energía de oscilación, se refieren a la que se produce en el instante de máxima aceleración de la magnitud de esta energía dependiendo del tipo y de las características del amortiguamiento a usar.

• Amortiguamiento viscoelastico.

  
• Amortiguamiento de la masa sincronizada
• Amortiguamiento de la masa controlada por computadora.