Calculadora de presión y fuerza del viento

Presión dinámica desde la velocidad del viento (q = ½·ρ·v²), presión y fuerza con factores que introduces. También calcula la velocidad desde la presión.

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Advertencia de cálculo preliminar: Este es un cálculo preliminar. Obtiene la presión dinámica a partir de la velocidad del viento (q = ½·ρ·v²) y, con los coeficientes que introduces, la presión y la fuerza sobre una superficie. No abarca el procedimiento completo de EN 1991-1-4: no calcula el mapa de velocidad básica del viento, la categoría del terreno, la rugosidad y la turbulencia con la altura, la orografía, el factor estructural (cs·cd), las zonas de coeficientes de presión exterior e interior, las fuerzas de rozamiento ni la respuesta dinámica. Los factores de exposición, presión y estructura se toman de la norma correspondiente y se introducen manualmente. La evaluación de las cargas de viento y el diseño estructural requieren la norma aplicable y un ingeniero habilitado.

Fórmulas

Todos los tipos de cálculo

Presión dinámica: q = ρ · v² / 2

Calcular presión y fuerza

Presión dinámica de pico: q_{p} = c_{e} · q
Presión sobre la superficie: w = q_{p} · c_{p}
Fuerza sobre la superficie: F = c_{s}c_{d} · w · A

Calcular velocidad desde la presión

Velocidad desde la presión: v = √(2 · q / ρ)

Hipótesis

Para carteles, consulta EN 1991 1 4, apartado 7.4.3. Con una altura libre zg > h/4, cf = 1,80 y la excentricidad horizontal recomendada es e = ±0,25b. El coeficiente también se aplica para zg < h/4 con b/h ≤ 1. Los carteles anchos próximos al suelo se tratan como muros exentos. El anexo nacional puede modificar la excentricidad. Esta herramienta no calcula su momento. El coeficiente 1,3 del ejemplo no es una recomendación normativa para carteles.
La presión dinámica se obtiene de la relación de Bernoulli: q = ρ·v²/2. Con ρ = 1,25 kg/m³ también puede escribirse q = v² / 1600 (kN/m², v en m/s).
La densidad del aire varía con la altitud, la temperatura y la presión barométrica. El valor 1,25 kg/m³ es la recomendación de EN 1991-1-4, apartado 4.5(1). El anexo nacional puede indicar otro valor.
El factor de exposición c_e es la relación entre la presión dinámica de pico y la presión dinámica básica (EN 1991-1-4). Puede superar ampliamente 1 según la rugosidad del terreno y la altura sobre el suelo. La herramienta no lo calcula, debes introducirlo.
Los coeficientes de presión y fuerza dependen de la forma y las proporciones de la superficie, la dirección del viento y la zona considerada. El valor predeterminado 1 es provisional y debe sustituirse por el valor de la norma.
En edificios cerrados, la presión neta sobre una superficie es la diferencia entre la presión exterior y la interior. La herramienta obtiene una presión superficial con un solo coeficiente y no añade la presión interior.
La fuerza supone una presión uniforme que actúa en el centroide de la superficie. Los picos locales en esquinas y bordes deben comprobarse por separado para revestimientos y fijaciones.
La carga de viento fluctúa con ráfagas breves. En estructuras flexibles y esbeltas (mástiles, chimeneas, torres, carteles largos), la respuesta dinámica y el desprendimiento de vórtices quedan fuera del alcance.

¿Cómo se calcula la presión del viento?

La presión que aparece al detener el aire en movimiento sobre una superficie es la presión dinámica, q = ρ × v² / 2. ρ es la densidad del aire (aproximadamente 1,25 kg/m³) y v la velocidad del viento en m/s. El resultado se expresa en N/m², es decir, pascales. La presión aumenta con el cuadrado de la velocidad: duplicar la velocidad cuadruplica la presión.

Con un viento de 30 m/s (108 km/h), q = 1,25 × 30² / 2 = 562,5 N/m², aproximadamente 0,56 kN/m².

De la presión dinámica a la fuerza sobre una superficie

La presión sobre una superficie real no es igual a la presión dinámica. Se aplican tres ajustes:

Factor de exposición (c_e): la velocidad básica del viento de las normas es la velocidad media a 10 m de altura en terreno abierto. Al incluir las ráfagas y la altura, la presión dinámica de pico puede ser varias veces mayor.
Coeficiente de presión o fuerza (c_p): depende de la forma de la superficie y de la dirección del viento. Es positivo (presión) en la cara de barlovento y suele ser negativo (succión) en sotavento y en la cubierta.
Factor estructural (cs·cd): considera el tamaño y el comportamiento dinámico de la estructura.

La fuerza es F = c_s·c_d × c_p × q_p × A, donde A es el área de referencia perpendicular al viento.

Ejemplo

Una velocidad básica de 28 m/s da q = 490 N/m². Con un factor de exposición de 2,1, la presión dinámica de pico es 1029 N/m². Un panel de 12 m² con un coeficiente de fuerza de 1,3 recibe entonces 1,029 × 1,3 × 12 = 16,05 kN.

Límites

Esta herramienta realiza las operaciones de la fórmula. No elige los coeficientes. Los factores de exposición, presión y estructura se indican en normas como EN 1991-1-4 según la categoría del terreno, la altura y la forma del edificio. Su elección correcta puede cambiar el resultado varias veces. Dejar los coeficientes en 1 resulta inseguro en la mayoría de los casos. Usa el resultado para una primera evaluación.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la presión del viento a partir de su velocidad?

Con una velocidad de ejemplo de 30 m/s y una densidad del aire de 1,25 kg/m³, la mitad de la densidad multiplicada por la velocidad al cuadrado da una presión dinámica de 562,5 N/m². Este valor preliminar es la presión dinámica, no la presión superficial de diseño. Los coeficientes de exposición, presión y estructura deben elegirse por separado según las condiciones reales.

Calcular con estos valores

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