05 octubre 2015

Ingeniería del viento o cómo no salir volando

Estos últimos días hemos sufrido fuertes vientos. Aunque estemos acostumbrados a la presencia del viento, sus efectos pueden ser diferentes a lo que esperamos.
Una variable importante, si duda, es la velocidad con que se mueve este viento. Pero… ¿Tenemos idea de cómo es esa velocidad? ¿Es mucha o es poca? ¿Qué efectos tiene?

Para hacernos una idea de cómo son esas velocidades de viento, podríamos echar mano a la siguiente tabla. Se trata de una tabla que refleja los efectos del viento en personas, dependiendo de las velocidades de las ráfagas. En este caso se habla de ráfagas de 2 a 10 segundos de duración y a una altura de entre 1 y 2 m (altura de las personas):

Sorprendente ¿no?. Este tabla nos indica que las personas del vídeo anterior están experimentando ráfagas de entre 18 y 20 m/s. La normativa Española tiene vientos de hasta 29 m/s pero como media en 10 minutos por lo que es de esperar que en esos 10 minutos haya ráfagas de vientos con velocidades mucho mas altas. 
Como complemento a la percepción de las velocidades del viento que barajamos en el cálculo de las estructuras, os adjunto la clásica escala de velocidades de viento Beaufort. Esta escala, publicada en 1806, es un intento de racionalizar las apreciaciones subjetivas del viento. Inicialmente estaba referida a fenómenos observables en el mar pero posteriormente se añadieron los observables en tierra quedando así:

Sin embargo, algunas veces, la importancia del viento no estriba en su fuerza, si no en los fenómenos dinámicos que puedan ocasionar en la estructura.
Cuando un cuerpo elástico esta inmerso en el seno de una corriente fluida, actúan sobre él tres tipo de fuerzas:
  • La fuerza elástica, que depende de la deformación del cuerpo
  • La fuerza aerodinámica, producidas por la acción del fluido sobre el cuerpo
  • Las fuerzas de inercia debidas  a la aceleración del movimiento de la estructura.
Del juego entre estas tres fuerzas, dependiendo de la importancia relativa de una frete a las otras, surgen los diversos tipos de inestabilidades de las cuales vamos a hablar solo de tres:

Galope:



Flameo:
Este fenómeno es típico de estudio detallado en puentes colgantes. Es el causante del derrumbe del Puente de Tacoma Narrows (puedes ver lo que le paso a este puente en el siguiente vídeo:


Bataneo:

Es aquella vibración que se produce por las turbulencias o perturbaciones no producidas por el obstáculo que las sufre, si no por otro cuerpo cercano.
Un ejemplo típico de bataneo de estela se produce entre rascacielos próximos en áreas urbanas, cuando la dirección del viento es tal que un edificio queda en la estela del otro.
En el siguiente vídeo podemos observar el modelado por ordenador de la interacción de las turbulencias creadas por unos rascacielos a otros próximos.


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