REGLAMENTO ARGENTINO DE ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES

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1 UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL MENDOZA DEPARTAMENTO INGENIERÍA CIVIL CONSTRUCCIONES METÁLICAS Y DE MADERA GUÍA 3.2 REGLAMENTO ARGENTINO DE ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES - Aplicación Cirsoc - 02/200 - Procedimiento simplificado - Procedimiento analítico Preparó: Revisó: Dirigió: Ing. Luis G. Bianchi Ing. Daniel A. García Gei Ing. Daniel A. García Gei 2003

2 ) CAMPO DE VALIDEZ MÉTODO PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADO Un edificio cerrado total o parcialmente debe cumplir las siguientes condiciones:. Edificio con diafragmas simples (aquel en el cual las cargas de viento se trasmiten al sistema principal vertical resistente a la fuera del viento a través de diafragmas de entrepisos y cubierta). 2. Pendiente de la cubierta del edificio < 0º. 3. Altura media de la cubierta del edificio 9 m. 4. Edificio o estructura de forma regular (no contiene irregularidades geométricas en forma espacial). 5. Edificio no encuadrado como flexible (no es un edificio esbelto con frecuencia natural fundamental menor que H). 6. Estructura del edificio sin juntas de dilatación o separaciones. 7. Edificio no sujeto a efectos topográficos (K t =,0). 2) PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ) Se determina la velocidad básica del viento V. Debe suponerse que el viento sopla desde cualquier dirección horiontal (ver mapa de Figura A o tabla de la figura B). 2) Se determina un factor de importancia Ι de tabla (ver categorías de edificios y/o estructuras en tabla A del Apéndice A). 3) Se establece, para cada dirección del viento considerada, una categoría de exposición. La exposición en la cual se ubica un edificio o estructura se fija en alguna de las siguientes categorías: a) Exposición A: Centro de grandes ciudades... b) Exposición B: Áreas urbanas y suburbanas... c) Exposición C: Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas... d) Exposición D: Áreas costeras planas sin obstrucciones... En base a la categoría de exposición determinada se obtiene de tabla 5 un coeficiente de exposición para la presión dinámica K ó K h según corresponda. 4) Se fija la categoría de cerramiento clasificando al edificio en: cerrado, parcialmente cerrado o abierto. a) Edificio abierto: cada pared está abierta al menos en un 80%. Esta condición se expresa mediante la siguiente ecuación : A 0 0,8. A g A 0 = área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva [m 2 ] A g = área total de aquella pared con la cual A 0 está asociada [m 2 ]. b) Edificio parcialmente cerrado: cumple con las 2 siguientes condiciones:. El área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma de las áreas de aberturas en el resto de la envolvente del edificio (paredes y techo) en más del 0% (A 0 >,0 A 0i ) 2. El área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede el menor valor entre 0,4 m 2 ó el % del área de dicha pared, y el porcentaje de aberturas en el resto de la envolvente del edificio no excede el 20% (A 0 > 0,4 m 2 ó > 0,0 A g, el que sea menor, y A 0i / A gi 0,20). siendo: A 0 = área total de aberturas en una pared que recibe presión externa (+) [m 2 ]. A g = área total de aquella pared con la cual A 0 está asociada [m 2 ]. A 0i =suma de las áreas de aberturas en la envolvente del edificio (paredes y techo) no incluyendo A 0 [m 2 ]. A gi = suma de las áreas totales de superficie de la envolvente del edificio (paredes y techo) no incluyendo A g [m 2 ]. c) Edificio cerrado: aquel que no cumple con las condiciones establecidas para edificios abiertos o parcialmente cerrados. 5) Se determinan, a partir de la tabla 2, las cargas de viento que actúan sobre el sistema principal resistente. 6) Se calcula a partir de la tabla 3, la carga de diseño para los elementos componentes y de revestimiento. Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM

3 Nº de paso DATOS COEFICIENTES RESULTADOS ro Ubicación de la construcción en el territorio nacional argentino Del mapa de la Figura A o de la Figura B V Velocidad básica de viento V * 2 do Destino de la construcción (Categoría del edificio) De la tabla A del Apéndice A Categoría (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ ó Ιv) De la tabla Factor de importancia Ι Destino de la construcción (Categoría del edificio) *2 3 ro Características del entorno del edificio o estructura Categoría de exposición A, B, C ó D *3 4 to Cantidad de aberturas en la envolvente del edificio Clasificación de cerramientos: Cerrado, parcialmente cerrado y abierto *4 5 to Veloc. básica de viento V, Factor de importancia Ι y Categoría de exp. De la Tabla 2 Presión de viento de diseño Cargas de viento para el sistema ppal. resistente a la fuera del viento Con *, *2, *3 y *4 6 to Veloc. básica de viento V, Factor de importancia Ι y Categoría de exp. De la Tabla 3 Presión de viento de diseño Cargas de viento de diseño p/ los elem. componentes y de revestimiento Con *, *2, *3 y *4 Procedimiento de cálculo del método (diagrama de flujo) Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 2

4 ) CAMPO DE VALIDEZ MÉTODO 2 PROCEDIMIENTO ANALÍTICO El edificio o estructura cuya carga de diseño se determina con este método debe reunir las siguientes condiciones:. Es de forma regular (no contiene irregularidades geométricas en forma espacial). 2. No posee características de respuesta que den lugar a cargas transversales de viento, desprendimientos de vórtices, inestabilidad debida al galope o flameo. 2) LIMITACIONES Este método tiene en cuenta el efecto de amplificación causada por ráfagas en resonancia con las vibraciones en dirección del viento de edificios u otras estructuras flexibles. No se permiten reducciones en la presión dinámica provenientes de la aparente protección brindada por edificios y otras estructuras u obstáculos del terreno. 3) PROCEDIMIENTO DE DISEÑO. Se determina la velocidad básica del viento V y el factor de direccionalidad Kd La velocidad básica del viento V se obtiene de la Figura A ó de la tabla B. El factor de direccionalidad del viento Kd se obtiene de la tabla Se determina un factor de importancia Ι de tabla y en base a las categorías de edificios y otras estructuras indicadas en la tabla A del Apéndice A. 3. Se determina, para cada dirección de viento, una categoría de exposición y de la tabla 5, los coeficientes de exposición para presión dinámica K o K h s/ corresponda La exposición en la cual se ubica un edificio o estructura se fija en alguna de las siguientes categorías: a) Exposición A: Centro de grandes ciudades... b) Exposición B: Áreas urbanas y suburbanas... c) Exposición C: Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas... d) Exposición D: Áreas costeras planas sin obstrucciones Se determina un factor topográfico K t mediante el cual se incluye, en el cálculo de las cargas de diseño de viento, el efecto del aumento de la velocidad del viento, a través de la siguiente expresión: K t = ( + k. k 2. k 3 ) 2 k = factor que tiene en cuenta las características topográficas y el efecto de máximo aumento de velocidad. K 2 = factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad con la distancia desde la cresta, a barlovento o sotavento. K 3 = factor que tiene en cuenta la reducción en el aumento de velocidad con la altura sobre el terreno local. Los factores k, k 2 y k 3 se obtienen de la figura Se determina un factor de efecto de ráfaga G o G fs según corresponda. - Caso de estructuras rígidas (aquellas cuya frecuencia natural es H o, dicho de otra manera, cuyo período es seg.) El factor de efecto de ráfaga se debe adoptar igual a 0,85 ó se debe determinar mediante la expresión siendo: G = 0,925 l +,7. g Q. l. Q +,7. g v. l 0 = c. Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 3 6

5 l = intensidad de la turbulencia a la altura. = altura equivalente de la estructura (igual a 0,6 h pero no menor que mín para todos los edificios de altura h). Los valores de mín y c están indicados, para cada tipo de exposición, en la tabla 4 ( mín = constante de exposición y c = factor de intensidad de la turbulencia). El valor de las magnitudes g Q (factor pico para la respuesta base) y g v (factor pico para la respuesta al viento) se adoptará igual a 3,4. La respuesta base Q está dada por: Q = 0,925. 0,63 B + h + 0,63. L B = dimensión horiontal del edificio medida normalmente a la dirección del viento, en m. h = altura media al techo del edificio, excepto para un ángulo del techo θ 0º en que se usará la altura del alero, en m. L = escala de longitud integral de la turbulencia a la altura equivalente. L =!. 0! (factor de escala de longitud integral) y ε (exponente para la ley potencial de escala) están indicados en la tabla 4 para cada categoría de exposición. - Caso de estructuras flexibles o dinámicamente sensibles (aquellas cuya frecuencia natural fundamental es < H) El factor de efecto de ráfaga está dado por la expresión: ( ) ( ) +,7. l. g Q. Q + g R. R Gf = 0,925. +,7. g v. l El valor de las magnitudes g Q y g v se debe adoptar igual a 3.4, en tanto que g R (factor de pico para la respuesta resonante) se determina mediante la expresión: ( n ) g R = 2.ln. + siendo n = frecuencia natural del edificio. Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 4 ε 2.ln 0,577 ( n ) 6. Se fija la categoría de cerramiento clasificando al edificio en: cerrado, parcialmente cerrado o abierto. e) Edificio abierto: cada pared está abierta al menos en un 80%. Esta condición se expresa mediante la siguiente ecuación : A 0 0,8. A g A 0 = área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva [m 2 ] A g = área total de aquella pared con la cual A 0 está asociada [m 2 ]. f) Edificio parcialmente cerrado: cumple con las 2 siguientes condiciones:. El área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma de las áreas de aberturas en el resto de la envolvente del edificio (paredes y techo) en más del 0% (A 0 >,0 A 0i ) 2. El área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva excede el menor valor entre 0,4 m 2 ó el % del área de dicha pared, y el porcentaje de aberturas en el resto de la envolvente del edificio no excede el 20% (A 0 > 0,4 m 2 ó > 0,0 A g, el que sea menor, y A 0i / A gi 0,20). siendo:

6 A 0 = área total de aberturas en una pared que recibe presión externa (+) [m 2 ]. A g = área total de aquella pared con la cual A 0 está asociada [m 2 ]. A 0i =suma de las áreas de aberturas en la envolvente del edificio (paredes y techo) no incluyendo A 0 [m 2 ]. A gi = suma de las áreas totales de superficie de la envolvente del edificio (paredes y techo) no incluyendo A g [m 2 ]. g) Edificio cerrado: aquel que no cumple con las condiciones establecidas para edificios abiertos o parcialmente cerrados. 7. Se determina, de la tabla 7, el coeficiente de presión interna GC pi, en base a la clasificación de cerramientos. Para un edificio parcialmente cerrado que contiene un gran volumen único (no dividido), el coeficiente de presión interna GC pi se debe multiplicar por el siguiente factor de reducción: R i =,0 ó R i = 0,5. +, 0 siendo: Vi Aog A og = área total de aberturas en la envolvente del edificio (paredes y techo), en m 2 ; V i = volumen interno no dividido en m Se determinan los coeficientes de presión externa C p ó GC pf, o los coeficientes de fuera C f según corresponda. 8. Coeficientes de presión externa 8... Sistemas principales resistentes a la fuera del viento Los coeficientes de presión externa para sistemas principales resistentes a la fuera del viento C p están dados en la Figura 3 y Tabla 8. Las combinaciones de factor de efecto de ráfaga y coeficiente de presión externa GC pf están dadas en la Figura 4 para edificios de gran altura Componentes y revestimientos Las combinaciones del factor de efecto de ráfaga y el coeficiente de presión externa GC pf para componentes y revestimientos están dadas en las Figuras 5 a Coeficientes de fuera Los coeficientes de fuera C f están dados en las Tablas 9 a Se determina la presión dinámica q o q h, según corresponda. La presión dinámica q, evaluada a la altura, se debe calcular mediante la siguiente ecuación: q = 0,63. K. K t. K d.v 2. Ι [N/m 2 ] siendo: K d el factor de direccionalidad del viento definido en el punto. K el coeficiente de exposición para la presión dinámica definido en el punto 3. K t el factor topográfico definido en el punto 4. q h la presión dinámica calculada mediante la ecuación anterior a la altura media de cubierta h. V la velocidad básica del viento obtenida de la Figura. Ι el factor de importancia definido en el punto Se determina la carga de viento de diseño P (para edificios cerrados y parcialmente cerrados) o F (para edificios abiertos y otras estructuras) según corresponda. Caso de edificios cerrados y parcialmente cerrados. - Sistemas principales resistentes a la fuera del viento.!"edificios rígidos de todas las alturas Las presiones de diseño para los sistemas principales resistentes a la fuera del viento de edificios de todas las alturas se deben determinar mediante la ecuación P = q. GC p q i. (GC pi ) [N/m 2 ] siendo: q = q para paredes a barlovento evaluada a la altura sobre el terreno; q = q h para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas, evaluada a la altura h. q i = q para la evaluación de la presión interna positiva en edificios parcialmente cerrados donde la altura está definida como el nivel de la abertura más elevada en el edificio que podría afectar la presión interna positiva. G el factor de efecto de ráfaga según el punto 7. Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 5

7 C p el coeficiente de presión externa de la Figura 3 o de la Tabla 8. (GC pi ) el coeficiente de presión interna de la Tabla 7. q y q i se deben evaluar usando la exposición definida en el punto 3.!" Edificios de baja altura Las presiones de diseño para el sistema principal resistente a la fuera del viento de edificios de baja altura se pueden determinar mediante la sig. ecuación P = q h.[(gc pf ) (GC pi )] [N/m 2 ] siendo: q h la presión dinámica evaluada a la altura media de cubierta h usando la exposición definida en el punto 3. (GC pf ) el coeficiente de presión externa de la Figura 4. (GC pi ) el coeficiente de presión interna de la Tabla 7.!" Edificios flexibles Las presiones de diseño para el sistema principal resistente a la fuera del viento de edificios flexibles se deben determinar mediante la sig. ecuación P = q. G f. C p q i. (GC pi )] [N/m 2 ] q, q i, C p y (GC pi ) son los mismo que para edificios rígidos de todas las alturas. G f = factor de efecto de ráfaga definido en el punto 5. - Componentes y revestimientos!" Edificios de baja altura y edificios con h 20 m. Las presiones de viento de diseño sobre los elementos componentes y de revestimiento de los edificios de baja la altura y de los edificios con h 20 m se deben determinar mediante la ecuación P = q h. [(GC p ) (GC pi )] [N/m 2 ] siendo: q h la presión dinámica evaluada a la altura media de cubierta h usando la exposición definida en el punto 3. (GC p ) el coeficiente de presión externa dado en las Figuras 5 a 7. (GC pi ) el coeficiente de presión interna dado en la Tabla 7.!" Edificios con h > 20 m. Las presiones de viento de diseño sobre componentes y revestimientos para los edificios con h > 20 m se deben determinar a partir de la siguiente ecuación P = q. (GC p ) q i. (GC pi )] [N/m 2 ] siendo: q = q para paredes a barlovento, calculada a la altura sobre el terreno; q = q h para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas, calculada a la altura h; q i = q para la evaluación de la presión interna positiva en edificios parcialmente cerrados, donde la altura se define como el nivel de la abertura más elevada en el edificio que podría afectar la presión interna positiva; (GC p ) el coeficiente de presión externa de la Figura 8. (GC pi ) el coeficiente de presión interna dado en la Tabla 7. q y q i se deben evaluar usando la exposición definida en el punto 3.!" Presiones de viento de diseño alternativas para componentes y revestimientos en edificios con 20 m < h < 30 m. En el diseño de componentes y revestimientos para edificios con altura media de cubierta mayor que 20 m y menor que 30 m se pueden usar los valores de las Figuras 5 a 7 sólo si la relación altura/ancho es uno o menor que uno, utiliándose la ecuación usada en edificios de baja altura y edificios con h 20 m (con excepción de los casos permitidos por la nota 6 de la Figura 8). Caso de edificios abiertos y otras estructuras. La fuera de viento de diseño se debe determinar mediante la siguiente expresión F = q. G. C f. A f [N] siendo: q la presión dinámica evaluada a la altura del baricentro del área A f usando la exposición definida en el punto 3. G el factor de efecto de ráfaga definido en el punto 5. C f el coeficiente de fuera neta de las tablas 9 a 3. A f el área proyectada normal al viento, excepto cuando C f es referido al área de la superficie real, en m 2. Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 6

8 Nº de paso DATOS COEFICIENTES RESULTADOS ro Ubicación de la construcción en el territorio nacional argentino Tipo de estructura Del mapa de la Figura A o de la Figura B V De la tabla 6 K d Velocidad básica de viento V * Factor de direccionalidad K d 2 do Destino de la construcción (Categoría del edificio) De la tabla A del Apéndice A Categoría (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ ó Ιv) De la tabla Factor de importancia Ι Destino de la construcción (Categoría del edificio) *2 Características del entorno del edificio o estructura Categoría de exposición A, B, C ó D *3 3 ro Categoría de exposición y altura sobre el nivel del terreno De la tabla 5 K ó K h Coeficientes de exposición para presión dinámica K ó K h *3 4 to H = alt. de la escarpa ref. al terreno... x = dist. Desde la cresta hasta el lugar del edificio... = alt. sobre el nivel del terreno local... Lh= dist. Hacia barlovento. De la tabla 2 K, K 2 y K 3 Factor topográfico K t *3 5 to Estructura: Rígida ó Flexible = 0,6 h ( mín ) De la tabla 4: mín y C g Q = g v = 3,4 De la tabla 4:! y ε Factor de efecto de ráfaga G ó G f 6 to Cantidad de aberturas en la envolvente del edificio Clasificación de cerramientos Edif.: cerrado parcialmente, cerrado o abierto Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 7

9 Nº de paso DATOS COEFICIENTES RESULTADOS 7 mo Clasificación de los cerramientos De la tabla 7 GC PI Coeficientes de presión interna GC PI Relación L/B Relación h/l Ángulo θ De la Figura 3 C P 8 vo Ángulo θ Relación flecha/lu r Área efectiva de viento Ángulo θ de la cubierta Relación L/B Ubic. del ctro. de presión x/l Relación h/d Relación altura ancho v Relación del área sólida ε De la Figura 4 GC Pf De la tabla 8 C P De las Figuras 5 a 8 GC P De las Tablas 9 a 3 C f Coeficientes de presión externa: para sistemas principales resistentes a la fuera del viento (C p ó GC Pf ) y para componentes y revestimientos (GC P ) ó coeficientes de fuera (C f ) 9 no Factor de direccionalidad K d Coef. De exposición p/ presión dinámica K Factor topográfico K t Velocidad básica del viento V Factor de importancia Ι q 0,63 k.k t.k d. V 2.Ι Presión dinámica q ó q h 0 mo Presión dinámica q ó q h Factor de efecto de ráfaga G Coef. de presión externa C p, GC pf ó GC p Coef. de presión interna GC pi Presión dinámica q Coef. de fuera C f Área proy. Perp. al viento Af Determinación de las cargas de viento de diseño, según cada caso particular, de acuerdo a los artículos 5.2 y 5.3 del reglamento. Cargas de viento de diseño en edificios cerrados (P) ó sobre edificios abiertos y otras estructuras (F) Procedimiento de cálculo del método 2 (diagrama de flujo) Departamento de Ingeniería Civil - UTN - FRM 8