Cómo calcular las cargas de viento a partir de las velocidades del viento

Todas las estructuras al aire libre deben poder resistir la fuerza del viento, por lo que poder calcular la carga del viento es crucial si va a diseñar edificios. Sin embargo, los cálculos se vuelven más complejos cuando se consideran más factores. Esto significa que para el cálculo más preciso de la carga de viento, a menudo es mejor usar una calculadora en línea (ver Recursos) que tenga en cuenta todos los factores relevantes, con suficientes datos de entrada.

Sin embargo, si solo está buscando una idea básica de cómo calcular una carga de viento a partir de una velocidad del viento, puede realizar un cálculo rápido para una estimación aproximada.

A carga de viento es una medida de la fuerza ejercida sobre una superficie por el viento, que se puede expresar como una fuerza sobre toda la superficie o una presión (que es simplemente fuerza por unidad de área). Por lo tanto, la unidad de carga de viento del SI es Newtons o Pascales. En realidad, hay tres tipos de fuerzas ejercidas por el viento en una estructura promedio: carga de levantamiento, carga de corte y carga lateral.

La carga de elevación es el efecto de elevación que se ejerce sobre un techo por el paso del aire a su alrededor (análogo al de las alas de un avión). Carga cortante es la presión horizontal que podría inclinar un edificio. Finalmente, carga lateral es más como un amplio "empuje" que podría sacar una estructura de sus cimientos.

A los efectos de este artículo, la atención se centrará en la carga lateral, ya que los cálculos de los demás son más complejos y hay muchas variables diferentes a tener en cuenta.

La fórmula más simple para encontrar la carga de viento usa la velocidad del viento para determinar la magnitud de la fuerza que ejerce. La fórmula que necesitas es:

Aquí, ρ es la densidad del aire (que varía con la elevación y la temperatura, pero se puede tomar como 1,2 kg / m³ basado en el nivel del mar y una temperatura de 15 grados Celsius), v es la velocidad del viento, y A es el área donde el viento golpea. Por lo tanto, esta ecuación es un convertidor de velocidad a fuerza del viento, pero se puede dividir por el área para obtener la carga del viento como una presión basada en la velocidad del viento.

El desafío de usar esta ecuación es encontrar valores para la densidad del aire en su ubicación y una medida precisa de la velocidad del viento que necesitará calcular (ya que el mas alto La velocidad del viento determina cuánta carga de viento debe soportar una estructura). La zona A es bastante fácil de encontrar para formas regulares. Por ejemplo, para una superficie plana rectangular, simplemente multiplique el ancho por la altura para encontrar el área.

Si necesita calcular la fuerza (o presión) debida al viento en una superficie no plana, es más importante incorporar el efecto de arrastre. Mientras que para una placa plana puede usar un coeficiente de arrastre de 1 (por lo que no hace ninguna diferencia con la fórmula anterior), para un cilindro (por ejemplo), un coeficiente de 0,67 tiene en cuenta el impacto reducido del viento en el superficie.

Simplemente agregue este factor en el lado derecho de la ecuación anterior. Puede encontrar valores de coeficientes estándar para las formas y estructuras más comunes en las tablas.

Desafortunadamente, hay muchos otros factores que afectan la carga del viento en una superficie determinada, incluida la variación en la velocidad del viento con la elevación, las cualidades precisas de la superficie (por ejemplo, vidrio liso versus una superficie texturizada) y el impacto de las estructuras circundantes en las velocidades del viento que probablemente serán experimentado.

Por lo tanto, realizar un cálculo preciso para su estructura será un proceso más complicado que este. ha hecho que aparezca, y necesitará mucho más que solo la velocidad del viento y la densidad del aire para encontrar un respuesta.