Acción de viento en fachadas

The answer my friend is blowin’ in the wind

Bob Dylan

He tenido que hacer un informe para una fachada ventilada. Había un informe previo redactado por otro técnico, en el que metían muchas fotos de capturas de pantalla de un análisis con elemento finitos, con todos los decimales del mundo. Un análisis aparentemente ajustado, pero que partía de unos datos muy burdos: Como el viento varía según las diferentes zonas, y según las diferentes alturas hacemos el análisis para la peor zona y suponemos que en toda la fachada es así…

Lo que estaba dando quebraderos de cabeza eran los anclajes a fachada. Y me entretuve un poco en demostrar que la peor zona era un pico en la succión de viento, pero de superficie muy pequeña. No es lo mismo tener un problema en casi 7.000m² de fachada que en poco más de 70m².

El edificio era una prisma de 30m de alto y planta rectangular de 100m por 15m. En la zona eólica A con  un grado de aspereza IV (Zona urbana en general, industrial o forestal).

Lo primero que hice fue calcular F, Ce y la presión estática para cada planta y cada zona (la zona D no nos interesa, porque es de presión de viento y a los anclajes sólo les afectaba la succión. Y la zona C, tampoco, porque cualquier punto de la fachada es susceptible de ser zona E, peor que la C.

Altura F Ce A B D E
30,00 m 1,01 2,59 -1,52 kN/m² -1,2 kN/m² 1,09 kN/m² -0,76 kN/m²
27,00 m 0,99 2,50 -1,47 kN/m² -1,16 kN/m² 1,05 kN/m² -0,74 kN/m²
24,00 m 0,96 2,41 -1,42 kN/m² -1,12 kN/m² 1,01 kN/m² -0,71 kN/m²
21,00 m 0,93 2,31 -1,36 kN/m² -1,07 kN/m² 0,97 kN/m² -0,68 kN/m²
18,00 m 0,90 2,20 -1,29 kN/m² -1,02 kN/m² 0,92 kN/m² -0,65 kN/m²
15,00 m 0,86 2,07 -1,21 kN/m² -0,95 kN/m² 0,87 kN/m² -0,61 kN/m²
12,00 m 0,81 1,91 -1,12 kN/m² -0,88 kN/m² 0,8 kN/m² -0,56 kN/m²
9,00 m 0,75 1,71 -1,01 kN/m² -0,79 kN/m² 0,72 kN/m² -0,5 kN/m²
6,00 m 0,66 1,45 -0,85 kN/m² -0,67 kN/m² 0,61 kN/m² -0,43 kN/m²
3,00 m 0,62 1,34 -0,79 kN/m² -0,62 kN/m² 0,56 kN/m² -0,39 kN/m²
Tabla D.3

Tabla D.3 del CTE DB SE-AE

Se ve que la zona A a 30m de altura tiene mucha más succión que la E a 3m (casi un 400%) pero lo que es relevante es ver cuánta superficie ocupan qué succiones de viento.

En la tabla D.3 se definen las zonas de paramentos verticales. Hay que conocer el parámetro e, que será diferente en función de por donde sople el viento:

Si sopla por una fachada larga (de 100m) será el mínimo de 100m o 2·30m=60m. Será 60m. de forma que la zona A (e/10=10m) ocupará las dos bandas de 6m que hay junto a las esquinas de las fachadas cortas. Y los 3m que quedan en el centro son zona B.

Si sopla por una fachada corta (de 15m) e valdrá 15m, de forma que la zona A ocupará la franja de 1,5m que hay junto a las esquinas en las fachadas largas. La zona B ocupará los 13,5m siguientes. Y el resto será zona E (que ya hemos dicho que es peor que la zona C).

Zonas de viento en planta

Zonas de viento en planta

De forma que los 230m del perímetro se reparten en 30m de zona A, 60m de zona B y 140m de zona E.

Si discretizamos los valores de succión de en 5 tramos múltiplos de 0,30kN/m² tenemos las siguientes superficies por tramos:

Areas sometidas a succión

Me hago la pregunta del principio: ¿Café para todos?

¿Tiene sentido dimensionar unos anclajes para una fachada ventilada de casi 7.000m² para la succión que sólo ocurre en 90m²?

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Acerca de Pablo Nieto Cabezas

Arquitecto

Publicado el 7 agosto, 2013 en CTE, DB SE, Normativa y etiquetado en , . Guarda el enlace permanente. 30 comentarios.

  1. Hola Pablo, en primer lugar, como siempre me ha encantado. Si quieres que te de mi opinión, 90 m2 en una superficie de 7000 supone un 1%, por lo que café para todos ni pensarlo. Yo personalmente, al estar a una altura de 30 metros y tratarse de un problema tan pequeño yo diseñaría los anclajes para esa zona concreta, por qué: porque considero que al ser una zona pequeña no va a repercutir en el coste total de los anclajes y para el montador correspondiente no supondrá un quebradero de cabeza, ya que la zona está localizada y es muy pequeña.

    Eso si, cuidado con el montador!!! Saludos.

    • Basicamente es lo que hice:
      Por montaje había que poner, como poco, tres anclajes por perfil y planta. Busqué la distribución óptima y comprobé en qué zonas funcionaba. Para las que no llega con tres, se ponen cuatro. Y para unas pocas, con cinco…
      Discretizando así se reducían los anclajes frente a la versión cafeparatodos

  2. Lógico, … aunque tengo dudas respecto a trocear la altura del edificio cada 3 metros para obtener los coeficientes de exposición.
    El CTE no dice nada la respecto, pero si miramos los Eurocódigos, de donde han (mal) copiado el CTE, vemos que nos habla de alturas de referencia para muros de edificios de planta rectangular (Eurocódigo 1 – 10.2.2). Esta altura de referencia, en función a la cual calcularíamos el Ce, va vinculada a la relación b-h. Si hacemos caso de esto, habría un único Ce para la fachada de 100 m (Ze=30 m), dos para la fachada de 15 metros (Ze=15 m y Ze=30 m).
    Por un lado parecería lógico aplicar la fórmula de cálculo del coeficiente de exposición, incluso cada metro, pues simularía de mejor forma el gradiente del viento con la altura, Pero por otro lado el Eurocódigo insiste, en la tabla 8.3, deja claro que para un grado de aspereza IV, el Coeficiente de exposición (Ce) mínimo, es constante hasta cerca de los 20 metros de altura, a partir del cual empieza a crecer.

    • En el CTE DB SE-AE se habla de dos parámetros de altura: z y Z.

      Z: Parámetro de la aspereza del entorno
      z: Altura de referencia

      En la fórmula de Ce tienes que meter el parámetro F y en el cálculo del parámetro F debes usar el valor máximo de las dos zetas:

      ce=F·(F+7k)
      F = k ln (max (z,Z) / L)

      Y en la tabla D.2 aparece un valor de Z para el grado de aspereza IV de 5m. Es decir, para todo lo que quede por encima de los 5m sí influirá la altura del punto considerado…

      No debemos tener la misma norma delante: En la UNE EN 1991-1-4 (Septiembre 207) no hay punto 10.2.2 (acaba en el capítulo 8) y en la a tabla 4.1 aparece un z_{min} de 10 para la aspereza IV y en la fig.4.2 lo ratifica…

    • Igual dicen del Eurocódigo que es una mala copia de la British Standard-> BS 6399-2, donde se analizaban más tipologias y casos; e incluso había guías de interpretación de la norma.

    • Buenos días a todos. Creo que Juan tiene razón. Se refiere en concreto al punto 7.2.2 de la UNE-EN 1991_1-4-2007 donde habla de las alturas de referencia a definir. Que pensáis?

      • Si te fijas, en 7.2.2 se define z_e para la zona D.
        En la obra que dio origen a esta entrada, lo que definía cuánto debían resistir los tacos era la succión de viento, que ocurre en las zonas A, B y E.
        El cálculo se hizo según el CTE. En el CTE, z_e no existe. Y la c_e se calcula para la altura del punto considerado, sin entrar en todos los matices del EC…

      • Pablo, estoy de acuerdo en que se define para la zona D y te obliga a cumplirlo. Pero ojo:
        1-Al dimensionar perfiles de fachada puede ser mas desfavorable un perfil a presión a 3m. según EC que un perfil a succión a 30m. según CTE.
        2-Hay un nota en el articulo 7.2.2. donde RECOMIENDA hacer lo mismo para las zonas en succión (o seguir los anexos nacionales)
        Conclusión (personal): al calcular perfiles y anclajes solo distinguiré entre zonas A,B y E. En cuanto a la altura solo distinguiré 1 o 2 zonas tal y como RECOMIENDA el EC.
        Recordemos que el CTE no deja de ser una mala copia del EC y pueden haberse dejado perfectamente ésta parte.

  3. En realidad para poder aplicar el modelo de carga de viento del CTE, necesitamos que el cerramiento tenga un coeficiente de solidez igual a 1 (lo que es una pared cerrada); en el caso de fachadas ventiladas donde podemos tener coeficientes de solidez inferiores a la unidad (por la permeabilidad del muro), debido a los huecos por donde penetra el aire de ventilación en la cámara, tendremos reducción de los esfuerzos soportados por los elementos.
    Aunque debido a las turbulencias podemos encontrarnos con fenómenos dinámicos como la vibración e incluso la resonancia en los elémentos de las fachadas ventiladas (si son lamas metálicas), fenómenos que no contempla el modelo de carga de viento del CTE.
    Destacar que los coeficientes que trata el CTE, son valores medios y no máximos.En el caso de los cerramientos, tanto en las esquinas como en la parte alta de los paramentos, es necesario reforzar las sujeciones, porque el coeficiente máximo puede llegar a ser de hasta 4 veces el valor medio. Para evitar dicho efecto de aumento de la fuerza, en la práctica se suele colocar los anclajes mucho mas cercanos en la parte superior y en las esquinas de los cerramientos y cubiertas, con respecto a las zonas medias (del orden de 1/2 a 1/3 de la separación), de esta forma siempre se diseña el mismo tipo de soporte, evitando la posible confusión de usar distintos elementos de fijación..

    • En este caso cafe para el que durmio y caré doble o triple para el que estuvo de marcha toda la noche.

    • La velocidad básica es la velocidad media del viento a lo largo de un periodo de 10 minutos. Lo que es inquietante, porque no da idea de cómo de fuertes pueden ser las rachas, ni cuánto pueden durar. Estamos hablando de q_b porque c_e lo matiza:

      El coeficiente de exposición tiene en cuenta los efectos de las turbulencias originadas por el relieve y la topografía del terreno.

      Y, hablando de los c_p , el CTE asegura que las acciones de viento que define son válidas para los efectos locales de los anclajes:

      A los efectos locales, tales como correas, paneles de cerramiento, o anclajes, deben utilizarse los valores correspondientes a la zona o zonas en que se encuentra ubicado dicho elemento.

      • Pablo, el coeficiente de exposición, tiene en cuenta la aspereza del terreno, pero no tiene en cuenta relieves como una loma cuando la altura de la loma y el edificio sobrepase 30 metros que son los valores que recogen la tabla 3.3 y limita el CTE a edificios situados en una loma escarpada que supere los 50 metros de altura.

        El valor Cp es una gráfica continua, que se linealiza a tramos de valor constante. Es por ese motivo por el que dicho valor puede variar habitualmente hasta 2.5 veces del valor que viene en el CTE en esquinas y bordes. (En las zonas interiores el valor es muy próximo al valor constante que refleja las tablas).

        Respecto al área de influencia para calcular los elementos de anclaje, se debe de usar como área de influencia la fuerza repartida en la diagonal de dicha zona de influencia para calcular el valor de la presión en lugar de la longitud del elemento. Así como el valor mínimo para calcular dicha presión debe de ser de 5 metros.
        O sea que si una correa tiene 2 metros de longitud, debe de suponerse una fuerza repartida sobre el elemento igual a la de 5 metros. (Se aumenta la presión 2,5 veces para el cálculo de la pieza).
        Si un elemento tiene 5 metros de longitud y un area de influencia 4x5metros, la fuerza resultante sobre dicho elemento es como si en lugar de medir 5 metros, midiese 6 metros. (se aumenta la presión 1,2 veces) Aunque para el cálculo global de la estructura (cimentación y estabilidad), si se utiliza la fuerza sobre la pieza de 5 metros.

        No entiendo porque estas reglas ampliamente contrastadas así como métodos más generales que tienen en cuenta otros factores no fueron incluidos en el Eurocódigo y en el CTE. Esto produjo una gran controversia entre los técnicos en el Reino Unido por obtenerse valores muy inferiores con el eurocódigo respecto a la BS 6399-2.

        Respecto al viento racheado, es muy dificil de valorar, y suelen ser valores muy conservadores. En este aspecto todos los códigos adolecen de su falta.

      • La limitación de los 30m de la tabla 3.3 se solventa con el anejo D. La limitación de los acantilados de 50m no tiene propuesta ninguna alternativa: No puedes usar este DB pero tampoco te digo qué documento se acepta como válido. (Ole: Así cualquiera redacta normas).

        Todo lo que cuentas del área de influencia, de las diagonales y demás parece muy interesante, pero ¿de dónde lo sacas? El CTE no dice éso…

      • Esto sale de donde copiaron y desarrollaron la norma del viento que es de la BS-6399-2, que es mucho más extensa y completa. De tanto simplificar, se ha quedado en nada y se han comido más de la mitad. Por cierto lo de cualquiera redacta normas, …es lo que hacen, … sueltan un tocho y cuando descubran los fallos los técnicos, ya nos enteramos y lo modificamos.
        Lo de los 50 metros, no sólo tiene que ser un acantilado, tambien puede ser una loma de cierta pendiente. (Así como tampoco contempla el CTE, la influencia de la proximidad de otras edificaciones que pueden producir resultados muy adversos y tambien lo recoge la BS).
        Lo de la diagonal, a mi me extrañó bastante cuando estudie la norma BS, pero lo justifican diciendo que como el viento puede soplar en cualquier dirección dentro del area de influencia puede cambiar de ser un rectángulo a un poliedro de dimensión mayor la diagonal. Aunque esto solo se toma para calculo de piezas, no para calculo efectos globales sobre la estructura.

      • Si quieres te la paso, dime donde te la envio. (son unas 150 hojas)

      • Te lo agradezco, pero no hay nada que no pueda encontrar en internet 😉

  4. Me preguntan por e-mail que por qué tomaba los valores de A<1m².
    Yo, porque es la que afecta a mis tacos y a mis correas,
    Me responden que no, que la A debe ser la de toda la zona de fachada.
    Y vuelvo a responder (lo dejo aquí para quien le pueda interesar):

    No, no lo entiendo así.

    El artículo habla del área de influencia del propio elemento. Y tú lo entiendes como área de influencia de la zona. No es lo mismo. En el párrafo que pones (CTE DB SE-AE D.3 Coeficientes de presión exterior) aparece varias veces la palabra elemento, y ninguna vez la palabra zona.

    “en todas ellas la variable A se refiere al área de influencia del elemento…”

    El origen de estos valores diferentes según el área que soporta cada elemento tiene que ver con la probabilidad:
    La probabilidad de que el viento supere el valor supuesto en una pequeña zona es mayor que la probabilidad de que el viento supere el valor supuesto en toda la fachada o en toda la cubierta. Por eso, las correas de cubierta y fachada se dimensionan para vientos más fuertes que el resto de la estructura…

    Un saludo

  5. Hola Pablo (y compañia),

    Viendo que por aqui hay gente muy experta en tema de vientos lanzo una pregunta sobre Eurocodigo 1-4.

    En una estructura en holanda, el estático, pide que el factor CsCd de aplicación para el calculo de correas sea distinto al aplicado al cálculo de la estructura general. Concretamente solicita que considere un ancho de la estructura igual a la distancia entre pórticos resistentes. ¿Que opinais?. ¿La Bristish hace esa distinción?.

    Por otro loado la distinción de cuando emplear Cpe,10 y Cpe, 1 lo explica la Nota 1 de EC apartado 7.2.1(1).

    Saludos

    • Tino, podrías explicar esto un poco más, no entiendo a que te refieres cuando hablas del ancho igual a la distancia entre pórticos resistentes.(A qué te refieres al vano de correa o al ancho de correa?)

      • Hola Juan, me refiero a cuando calculas CsCd en lugar de tener en cuenta al ancho total de la fachada “parámetro b” quiere que considere el vano donde apoya la correa (no la longitud de la correa).

      • El resulto, por supuesto, es que el valor se acerca a 1.

      • Si Tino, la British hace una distinción parecida, esto viene de que el calculo al viento procede de unos valores estadisticos, y para calcular elementos particulares como las correas, vigas… se usa el cp,1 que es un valor superior al cp,10. La idea es que cada elemento soporte los valores pico del viento, pero cuando se calcula en conjunto se reparte entre todos porque el valor pico ocurre en una zona determinada de la estructura a la vez .

        Sino se hiciese de esta forma, globalmente habria que sobredimensionar los pórticos, pilares y vigas, que por Saint-Venant sabemos que los esfuerzos en una zona se diluyen con la distancia de aplicación..

        Debes de emplear la figura 6.1 como comenta Pablo.
        No sé como está traducida esta parte al español, puedes consultar la norma BS en
        https://law.resource.org/pub/eur/ibr/en.1991.1.4.2005.pdf
        De la pág. 28/30 habla del cálculo de cs_cd.

    • Creo que el matiz que andas buscando aparece en la figura 6.1- Formas generales de estructuras cubiertas por el procedimiento de cálculo. Se indican también las dimensiones estructurales y la altura de referencia empleadas.
      Aunque nunca me he peleado con el c_{s}c_{d} creo que, en tu caso, para el edificio tendrías que tomar la figura a) y para las correas, la b).

      • Pablo, gracias por la aportacion, tiene sentido lo que indicas. Sobre la pelea con el factor, al menos para mi, es de lo más enfarragoso y aburrido que te puede tocar. Gracias de nuevo.

      • Hola, hoy nos hemos reunido con el estático holandés, la conclusión es que en una estructura en la cual los diversos porticos se pueden desplazar de manera independiente, el factor cscd no es el de la estructura, sino el del pórtico. Esto tiene sentido, por ejemplo, en naves industriales donde no todos los pórticos transversales están unidos entre sí. En un edificio con forjados o arriostramiento horizontal el factor es el del conjunto. Saludos.

  6. Hola, lo de los anexos nacionales también es de chiste… si no fuera por lo que nos hacen sufrir. ¿las acciones de viento son tan distintas en cada pais?. Ejemplo, el anexo de la British se han cargado de la tabla 7.1 los valores de cpe,1. En el anexo de la NEN se han cargado la tercera fil a de valores de la mencionada tabla… Lo de España y que el eurocodigo no sea la norma de referencia también me parece lamentable.

    • Tino, en la pág. 37, se encuentran los valores de cpe,1 en algunos casos si la zona esta alejada de la de sotavento, suelen coincidir con cpe,10 por estar alejadas del punto de actuación del viento.
      Con lo que dices respecto a los códigos nacionales, como hallas realizado proyectos en distintos paises, tienes que mirar el articulado porque varian y la locura esta servida.

      Saludos,

  7. Buenos días Pablo.
    Sabes que tipo de anclajes se utilizaron entre pared y ménsulas?
    Estoy haciendo un estudio de varias marcas comerciales de anclajes de unión.
    Saludos, Marc

    • Taco y tornillo ETANCO referencia Nyltx10080 formado por conjunto VS8110080 taco nylon con efecto expansión y compresión, aletas antigiro y cuello con arandela equipado con tornillo cincado, cabeza hexagonal y arrastre Torx con arandela prensada.
      Como no estaba documentada la resistencia de ese taco en esa fábrica, se ensayó in situ siguiendo el punto 4.2.4 de la European technical approval ETA-13/0135

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