Comparación de las cargas de viento en cubiertas planas y de dos aguas según el reglamento de construcción NSR-10 y resultados numéricos con CFD

Abstract

En el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 se establecen tres métodos de evaluación de las cargas de viento para estructuras civiles: simplificado, analítico y túnel de viento, referenciados en el título B.6. Los métodos más utilizados por los diseñadores son el Simplificado y Analítico, debido a que los ensayos en túnel de viento son relativamente dispendiosos, y solo son obligatorios en casos especiales. Aunque el Método Simplificado solo puede ser usado para edificios con cubiertas regulares con alturas menores a 18 m, el Método Analítico puede ser usado para edificios regulares de cualquier altura. No obstante, cuando estos dos métodos son usados para estimar las cargas de viento en la misma estructura, los métodos producen resultados muy diferentes y, en casos, contradictorios. En esta investigación se realizó análisis de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) en modelos de edificios con cubiertas planas y a dos aguas para comparar las presiones en las cubiertas con aquellos obtenidos usando los métodos Simplificado y Analítico del Reglamento. Se obtuvieron gráficas que relacionan las presiones obtenidas con las velocidades de diseño de la NSR-10 y con CFD, donde se visualizan las diferencias entre los métodos. Los resultados mostraron que hay diferencias significativas entre los métodos Simplificado y Analítico reglamentados en la NSR-10 y resaltaron la necesidad de realizar ensayos en túnel de viento para proponer un método de diseño más apropiado.

The Colombian building code, NSR-10, specifies three methods for estimating wind loads on structures: a) a Simplified Method, b) an Analytical Method and c) Wind Tunnel Testing. The first two of these methods are widely used by structural engineers in Colombia, as wind tunnel testing is comparatively expensive and time consuming, and only mandatory in special cases. Although the Simplified Method is only valid for buildings with regular shaped roofs and overall heights less than 18 m, the Analytical Method can be used for any regular building, regardless of the height. However, when these two methods are used to estimate wind loads for buildings with heights less than 18 m, they often produce very different results and, at times, contradictory values. In this study, Computational Fluids Dynamic (CFD) analyses were performed on flat and gabled roofed building models in order to compare the pressures on the roofs with those calculated using the standard design methods specified by the Colombian building code. The results illustrate the significant differences produced from the Simplified and Analytical methods of the NSR-10 and highlight the need of conducting wind tunnel tests in order to propose a more consistent method for estimating design wind loads in Colombia.