Para cualquiera que invierta en la construcción de un edificio, comprender el efecto del viento en la estructura es de vital importancia, y no solo para aquellos edificios ubicados en zonas con vientos fuertes o propensas a huracanes. Las normas de construcción de todo el mundo abordan las fuerzas elevadas y sorprendentemente complejas que el viento puede generar, y este artículo ofrecerá una visión general de estas cargas y de cómo los diseñadores y constructores abordan este desafío de diseño.
Conocida como presión del viento, se trata de la fuerza distribuida sobre las secciones de un edificio (las caras de las paredes exteriores y las del techo) que resulta del impacto del aire contra dichas secciones o de su paso a través de ellas. Expresada como fuerza por área (en libras por pie cuadrado o kilopascales), la presión del viento genera fuerzas de levantamiento en los techos y fuerzas de corte en las paredes. Estas fuerzas se transmiten a los cimientos, los cuales deben estar diseñados adecuadamente para soportarlas.
Los parámetros que se utilizan para determinar y diseñar en función de las cargas eólicas son:
Los primeros cinco parámetros mencionados anteriormente dependen únicamente de la ubicación del edificio, mientras que los dos últimos se refieren al edificio en sí. Si bien las zonas propensas a huracanes, como la costa del Golfo y la costa atlántica, cuentan con parámetros adicionales, estos siete parámetros se utilizan en todas partes para orientar el diseño de las estructuras, de modo que puedan resistir las condiciones de viento probables.
El primer parámetro, la «velocidad básica del viento», es un número único que representa la velocidad máxima del viento para la que se diseñará el edificio. En este número se incluye una «categoría de riesgo» que se determina según el uso que se le dará al edificio y la cantidad de personas que lo habitarán. La categoría de riesgo I, la más baja, se aplica a edificios desocupados, como silos de granos, graneros y otros edificios de almacenamiento. La categoría de riesgo más alta, la Categoría IV, está reservada para edificios con gran concentración de personas que requerirían la evacuación de personas vulnerables, como hospitales y hogares de ancianos. Aunque puedan estar ubicados en el mismo lugar, a una estructura de almacenamiento de sal y arena se le asignaría una velocidad básica del viento más baja que a un hospital. A modo de ejemplo, el siguiente mapa muestra la velocidad básica del viento en los Estados Unidos para la Categoría II:
La velocidad básica del viento también se clasifica según la categoría de exposición del edificio. La categoría de exposición se refiere a la dirección predominante del viento en relación con la rugosidad de la superficie del terreno o el paisaje que rodea la estructura. Las tres categorías de exposición abarcan desde zonas urbanas con casas o viviendas, hasta áreas planas sin obstáculos o aquellas con largas extensiones de agua abierta. En las zonas urbanas, la velocidad básica del viento es menor debido a la protección que brindan los edificios circundantes, mientras que un edificio ubicado en una llanura abierta, sin obstáculos que frenen o desvíen el viento, estaría expuesto a velocidades de viento más altas.
Las cargas de viento pueden ser una de las fuerzas más importantes que actúan sobre una estructura y se consideran en combinación con las cargas de gravedad y las cargas de nieve. Los vientos intensos en el lado de barlovento de un edificio (el lado que da al viento) pueden provocar que las ventanas se agrieten o se rompan, y que los sistemas de paredes se flexionen, mientras que en el lado de sotavento del edificio (el lado protegido del viento) se producirá una presión negativa que hará que las puertas se abran o que las ventanas salgan volando hacia afuera. El sistema estructural y los cimientos del edificio deben diseñarse para soportar estas cargas.
En condiciones climáticas extremas, como las que se dan en los huracanes, la presión del viento puede llegar a ser bastante elevada. La presión del viento en un huracán de categoría I (105 mph) puede alcanzar los 28 psf, pero por lo general se puede controlar con técnicas de construcción estándar. En el caso de las grandes estructuras de tela, esta presión puede ejercer una tensión significativa sobre los materiales y el sistema de anclaje. La tela puede hincharse y, si no está correctamente tensada, este hinchamiento podría provocar desgarros o roturas. Los puntos de anclaje deben ser robustos para evitar que la estructura se desprenda del suelo o de la estructura de soporte.
En un huracán de categoría III, la presión del viento alcanza los 47 psf y este nivel de presión puede provocar daños estructurales graves. En el caso de los edificios de lona de gran tamaño, el impacto es aún más pronunciado. La lona debe ser de alta resistencia y durabilidad, capaz de soportar grandes fuerzas de tracción. El sistema de anclaje debe ser excepcionalmente robusto, lo que a menudo requiere cimientos profundos y múltiples puntos de anclaje para distribuir la carga de manera uniforme y evitar fallas.
Para diseñar edificios que resistan la presión del viento, se pueden implementar varias medidas prácticas:
Nota: Este artículo se basa en la normativa de EE. UU. y es posible que no sea aplicable cuando la carga de nieve supere a la carga de viento.
