Anexo 2. La velocidad del viento según diferentes normas

1 ANEXO 2 VELOCIDAD DEL VIENTO
2.1 Generalidades
La velocidad básica del viento corresponde a un valor de referencia internacional
definida en las normas de las acciones del viento, y se determina a partir de los
registros históricos de las velocidades máximas diarias, mensual, anual y promedio
medidas en las estaciones que conformen la red meteorológica y climatológica.
En las normas con fines de ingeniería debido a la naturaleza de flujo turbulento del
viento no se utilizan los valores instantáneos de velocidad, sino los valores
promediados para diferentes intervalos de tiempo o período, como se muestra en la
Figura 2.1 y Tabla 2.1. Adicionalmente estas velocidades se asocian con las
probabilidades de no excedencia. Así por ejemplo, la velocidad máxima esperada en x
años con una probabilidad p de ser excedida, o la velocidad de ráfaga con una duración t
y una probabilidad p de ser excedida. Conviene aclarar que simplemente por
comodidad, porque no es una definición rigurosa, se usa el inverso del período medio de
retorno como la probabilidad anual de excedencia ( errata pendiente de la norma
COVENIN- MINDUR 2002:87. Ver el Anexo D de la Norma CANTV NT:001:2007 ).
Figura 2.1 Registro de velocidad de viento
Los estudios meteorológicos demostraron que la velocidad del viento en zonas no
tropicales, sobre un terreno horizontal con una rugosidad uniforme y a una altura
determinada varía de una forma establecida con el intervalo de promedio considerado.
Entonces, para obtener velocidades de viento equivalentes con diferentes períodos
promedio, se utiliza la curva de Durst [ Durst, C.S. (1960). Wind speeds over shorts
periods of time. Meteorology Magazine, Vol. 89] mostrado a continuación que relaciona
el cociente entre la velocidad de viento probable para un tiempo t, Vt, con la velocidad
esperada en una hora ,Vh o V3600 .
De acuerdo con la Figura 2.2 se puede determinar el valor máximo de la velocidad del
viento para períodos de promedio distintos del que fueron registradas o procesadas,
considerando que la medición ha sido normalizada a una zona de exposición de campo
abierto a una altura de 10 m sobre el nivel del terreno.
2 Figura 2.2 Curva de Durst para las equivalencias entre las diferentes velocidades
que se obtienen para diferentes periodos [Velásquez y Gutiérrez, 1986].
Tabla 2.1 Equivalencias entre velocidades de viento
TIA -222-G-2
ASCE 7-02
ASCE 7-05
ASCE 7-10
Normas
TIA-222-F
COVENIN 2003:86
Velocidad, mph
Ráfaga de
Milla mas rápida
3 segundos
Periodo
Probabilidad Sobrevivencia Velocidad,
mph
promedio
1 en 50
segundos
años
60
77
47
77
70
90
57
63
80
103
66
55
85
110
71
51
90
115
76
47
95
122
80
45
100
126
85
42
105
133
90
40
110
139
95
38
Eurocode
EN-199114
Media
horaria
Promedio
en
10 minutos
Media
horaria
42
49
56
59
62
66
69
73
76
40
46
53
56
60
63
66
70
73
3 115
145
100
36
80
76
120
152
104
35
83
79
125
158
109
33
87
83
130
164
114
32
90
86
135
170
119
30
94
89
140
177
123
29
97
93
145
183
128
28
101
96
150
190
133
27
104
99
155
195
138
26
108
103
160
202
142
25
111
106
165
208
147
24
115
109
170
215
152
24
118
113
Notas.1. Se ha ampliado la información originalmente proveniente del Anexo L,
ANSI/TIA-222-G-2, que cambió las columnas asociadas a la velocidad de la
milla mas rápida (“fastest-mile”).
2. Se puede interpolar linealmente entre los valores mostrados en la Tabla 2.1
3. Conversión de velocidades
mph * 0.447 = m/s
mph * 1.609= km/h
km/h * 0.278 = m/s
m/s * 3.60 = km/h
4. Definiciones de velocidades
Ráfaga de 3 segundos (“peak 3-s gust speed”). Corresponde a la velocidad de la ráfaga
de viento en una tormenta, promediada en un intervalo de tiempo de 3 segundos.
Veánse: Indian Standard IS 875 Part 3; Australian Standard AS 1170:2 y AS
3996:1994, Norma CANTV NT-001:2007.
Milla más rápida (“fastest mile speed”). Esta definición está basada en los dispositivos
de registro que existían hasta los años 1990 en los Estados Unidos. Se define como la
máxima velocidad de viento en una tormenta, promediada sobre el período de tiempo
requerido para pasar por un punto, el frente de onda de aire de una milla de longitud
horizontal.
Velocidad promedio en 10 minutos (“10-min wind speed”). Corresponde a la
velocidad del viento promediada en un intervalo de 10 minutos y es usada para
propósitos de ingeniería el Eurocode, en conformidad con la práctica de la Organización
Mundial de Meteorología (OMM).
Velocidad media horaria (“hourly wind speed”). Corresponde a la velocidad
promediada en un intervalo de tiempo de 1 hora y es comúnmente usada como
velocidad de referencia para simulaciones en túneles de viento. Esta definición de la
velocidad del viento es usada también para definir las velocidades extremas por el
National Building Code of Canada (NBCC). Ver Normas británicas BS 8100, Part 1 and
4, y BS 6399.
Velocidad de sobrevivencia (“survival wind speeds”) velocidad que puede producir
deformaciones permanentes en la estructura pero no una falla catastrófica ( ruina o
“collapse”). Concepto introducido en la ASCE 7-10.
4 2.2 Velocidades de viento en las normas TIA-222-G
La norma ANSI/TIA-222-G (2006) utilizó los mapas de viento publicados en el ASCE
7-02 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures Standards. Estos
mapas no se modificaron en el ASCE7-05, y fueron construidos considerando una
probabilidad de ser excedida una vez en 50 años.
Los nuevos mapas del ASCE 7-10 ahora incluyen factores adicionales para incrementar
la confiabilidad de las estructuras para velocidades de viento mayores, es decir para
periodos medios de retorno mayores. [Véase el Comentario del Capítulo 26 de la norma
ASCE/SEI 7-10].Así por ejemplo el factor de importancia eólica está incluido en las
isotacas ( línea trazada que une los puntos de igual velocidad del viento) de los mapas y
no, como era tradicional, en las fórmulas para el cálculo de las presiones dinámicas. Por
esto la ASCE 7-10 define como velocidad de sobrevivencia (“survival wind speeds”)
aquella para la cual la acción del viento puede producir deformaciones permanentes en
la estructura pero no una falla catastrófica ( ruina o “collapse”).
La Tabla 2.1 facilita la conversión de las velocidades ASCE 7-10 para ser usadas en la
TIA-222-G-2. Cuando no se hace esta conversión, los factores usados en las fórmulas
de la velocidad y presiones de viento resultan en valores más altos que los requeridos.
Por ejemplo una velocidad de sobrevivencia para una ráfaga de tres segundos según
ASCE 7-10 de 95 mph corresponde a una velocidad de ráfaga de tres segundos de 90
mph en la TIA-222-G-2.