La aerodinámica de las ciudades (IV). La carga mecánica del viento

22 de julio de 2016

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Bruno Henríquez

No hay árbol que el viento no haya sacudido.
Proverbio indio

 

 

Aunque el viento es el movimiento del aire y este es una mezcla de gases muy tenues, cuando su velocidad es suficientemente alta, crea esfuerzos y deformaciones nada despreciables sobre las construcciones. Claro que toda esa fuerza del viento también se puede usar para generar energía, pero ese será tema de otro artículo.

A estas tensiones causadas por el viento quienes las estudian les llaman también presiones dinámicas sobre las estructuras. Y son una parte importante en la formación y los estudios de los ingenieros civiles.

Como todas las construcciones situadas en la superficie de nuestro planeta estarán alguna vez sometidas a vientos de diferente intensidad y algunos lugares experimentan vientos más fuertes que otros es importante, por la seguridad de esas construcciones que se realicen los cálculos de ingeniería civil para determinar el efecto de las fuerzas del viento sobre las construcciones y los diferentes elementos y materiales usados. El comportamiento de estas presiones es significativo para los vientos moderados y también para aquellos vientos con las velocidades extremas que se puedan experimentar en la zona de la construcción.

Esto es importante para las estructuras, sobre todo aquellas más aisladas y que se encuentran en zonas donde las corrientes de aire son más intensas, como las torres, los puentes que están en las gargantas de ríos que crean conductos naturales donde se amplifica la fuerza del viento.
Hay casos famosos de grandes pérdidas por efecto del viento como el caso del puente sobre el rio Tacoma, donde se combinaron además de la fuerza del viento algunos efectos aerodinámicos que interactuaron con las llamadas frecuencias propias de la estructura del puente.
Aunque este fue un caso catastrófico, vientos de menor intensidad pueden causar daños a las estructuras, a los elementos de las fachadas, a las ventanas, antenas y barandas que forman parte de los edificios, por lo que se deben tener en cuenta la interacción de estos elementos con el viento sobre todo en los edificios más altos.

Como la velocidad del viento se incrementa con la altura y además de la presión existen oscilaciones inducidas por la turbulencia y reforzadas por las características mecánicas de los edificios, el cálculo de los efectos mecánicos sobre los edificios altos es un factor de mucha importancia a tener en cuenta.

A más altura la velocidad del viento es mayor, por tanto las presiones sobre los edificios altos no están igualmente distribuidas en altura, ni son iguales en los pisos bajos de un edificio de poca altura que en un edificio alto.

 

 

Las áreas alrededor de los edificios altos sufren una modificación del paisaje de viento que crea áreas de estancamiento y de súpervelocidad que pueden causar daños en estructuras más bajas y las instalaciones al aire libre como cafeterías, pabellones de exposiciones y estructuras ligeras así como el estancamiento de la basura, la nieve o la arena al ser arrastrada por la fuerza del viento.

Este arrastre a nivel del suelo puede producir erosión en las construcciones y en el terreno, en los jardines, depósitos de áridos, en la vegetación y esfuerzos intensos en las instalaciones ambulantes, temporales o móviles.

En el caso de instalaciones con fines específicos la acción del viento puede ser de mucha importancia, como en los estadios deportivos donde los flujos de viento no deben afectar a las áreas de competencia. La fuerza del viento ejercida sobre un corredor o uno de los accesorios que son lanzados, como discos, bala o jabalina, en un estadio mal diseñado, puede ser desfavorable. La afectación puede llegar a invalidar un record por soplar a favor o en contra del movimiento, del salto, o por desviar el accesorio. También causar tropiezos al empujar a los corredores unos contra otros o fuera del carril como ha ocurrido en más de una ocasión.

En muchos países cuando se construye un estadio para competencias atléticas y también de béisbol, este debe cumplir con las ordenanzas de protección del viento, y una vez construido los nuevos edificios a su alrededor deben ser diseñados de forma que no produzcan variaciones importantes en el patrón de flujo ni en las cargas de viento, tanto en las áreas de competencia y la estructura general del estadio, como sobre los sistemas auxiliares incluidas las lámparas las pantallas las torres para las cámaras de televisión y las pizarras indicadoras.

 

 

La súpervelocidad es más notable a nivel de peatón, pero en altura puede causar daños mecánicos sobre todo en las ventanas y balcones, en los sistemas de anclaje de vidrios y elementos decorativos en las fachadas.

Los huracanes, traen vientos intensos, que deben ser considerados en el diseño de los edificios sobre todo en las zonas donde estos son frecuentes, y en aquellos lugares donde la velocidad se puede multiplicar por lo comentado antes. En las tormentas la lluvia acompañante le añade la masa del agua al efecto de la velocidad del viento por lo que se eleva el valor de la fuerza sobre las estructuras.

En caso de huracanes el alambrado eléctrico de la red de distribución puede ser afectado con la rotura de cables y caída de postes que implicarán cierre de vías y afectaciones a estructuras y vehículos. La previsión de soterrar el tendido eléctrico puede ser una medida en contra de estos efectos del viento.

La energía del viento tiene acciones mecánicas nada despreciables en las estructuras, su conocimiento puede ayudar mejorar el diseño de edificios y ciudades.