En esta sección, Discutiremos los efectos de la topografía sobre la carga del viento en las estructuras calculando el factor topográfico. K_zt usando ASCE 7-16. Los efectos de aceleración debidos a cambios abruptos en la topografía deben tenerse en cuenta al calcular las presiones del viento de diseño..

Factor Topográfico, K_zt

Para ASCE 7-16, sección 26.8 detalla las condiciones en el cálculo del factor topográfico, K_zt . Estos son:

• “La colina, cresta, o escarpe está aislado y sin obstáculos contra el viento por otras características topográficas similares de altura comparable para 100 veces la altura de la característica topográfica (100H) o 2 mi (3.22 km), el que sea menor. Esta distancia se medirá horizontalmente desde el punto en el que la altura H de la colina, cresta, o se determina escarpe.”
• “La colina, cresta, o acantilado sobresale por encima de la altura de las características del terreno contra el viento dentro de un radio de 2 millas (3.22-km) radio en cualquier cuadrante por un factor de 2 o más.”

• “El edificio u otra estructura se ubica como se muestra en la Fig.. 26.8-1 en la mitad superior de una colina o cresta o cerca de la cresta de un acantilado.”
• H / L_h ≥ 0.2
• H es mayor o igual que 15 ft (4.5 m) para la exposición C y D y 60 ft (18 m) para la exposición B.

Dónde:
H = Altura de la colina o escarpe en relación con el terreno a barlovento, en pies (m).
L_h = Distancia a barlovento de la cresta hasta donde la diferencia en la elevación del suelo es la mitad de la altura de la colina o escarpe, en pies (m).

Satisfacer estas condiciones, K_zt necesita ser considerado. De lo contrario, K_zt es igual a 1.0.

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Caso de estudio

Para ilustrar el cálculo de K_zt, Nosotros lo consideraremos Etapa Rd de borde dorado, Lewistown, MONTE 59457, Estados Unidos (años: 47.09082818472724, lng:-109.22439642402344) con viento viniendo del sur para nuestro estudio de caso en el cálculo K_zt. El sitio está clasificado como Exposición C ya que ahi es un terreno abierto.

Perfil de elevación del terreno Dirección S-N (mapas de Google, 2023).

De la imagen del mapa, podemos deducir que la ubicación de la estructura es una meseta y se puede considerar como escarpe debido a su superficie plana en la parte superior. Obtener los datos de elevación de Google Maps y establecer la ubicación de la estructura como nuestro punto de partida (distancia negativa significa ceñida y positiva significa ubicación a favor del viento), podemos deducir los siguientes puntos para la Figura 26.8-1:

 

Desde nuestra fecha anterior, podemos obtener H, L_h, y x:

H = 921.02 ft > 60 ft – diferencia en la elevación del pico y el pie
L_h = 1842.04 ft – diferencia de ubicación del pico y ubicación del medio
x = 3695.94 ft – distancia de la estructura al pico de la escarpa (negativo para ceñida, positivo para sotavento)
H/L_h = 0.501 > 0.2

El factor topográfico, K_zt, se puede resolver usando la ecuación de la Figura 26.8-1:

K_zt = (1+K₁K₂K₃)²
K₂ = 1 – |x|/μL_h
K₃ = mi^-γz/L_h

Dónde:
K₁ = Factor para tener en cuenta la forma de la característica topográfica y el efecto de máxima aceleración.
K₂ = Factor para tener en cuenta la reducción de la aceleración con la distancia a barlovento o a favor del viento de la cresta.
K₃ = Factor para tener en cuenta la reducción de la aceleración con la altura sobre el terreno local.
x = Distancia (a favor o en contra del viento) desde la cresta hasta el sitio del edificio u otra estructura, en pies (m).
z = Altura sobre la superficie del suelo en el sitio del edificio u otra estructura, en pies (m).
μ = Factor de atenuación horizontal.
C = Factor de atenuación de altura.

Para nuestro caso de estudio, usando la figura 26.8-1, donde está la forma de la colina “2D Escarpa.” Además, ya que H/L_h > 0.5, L_h debe ser igual a 2H:

K₁/(H/L_h) = 0.85 (Exposición C)
K₁ = 0.425
L_h = 2(921.02) = 1842.04 ft
C = 2.5
μ_{contra el viento} = 1.5
μ_{viento abajo} = 4 (adoptado debido a la ubicación de la estructura)

Dado que la estructura está en el lado del viento:

K₂ = 1 – |x|/μL_h = 1 – |(3695.94)|/(4)(1842.04) = 0.4984
K₃ = mi^{-γz / L_h} = e^{-(2.5)z/(1842.04)}

Tenga en cuenta que K₃ varía dependiendo de la elevación desde el suelo de la altura considerada. Por lo tanto, el correspondiente K_zt valores por elevación z, están tabulados a continuación:

Valores tabulados del factor topo K_zt para corresponder z elevación.

Se puede observar que a medida que la altura sobre el suelo, z, esta incrementando, la K_zt el valor está disminuyendo.

Generador de carga SkyCiv

Uso del generador de carga SkyCiv, el factor topográfico K_zt se calcula automáticamente. Todo lo que necesitas es poner el Dirección del proyecto, Selecciona el Categoría de Exposición y Dirección de la fuente de viento y el software procesará los datos de elevación tomados de Google Maps.

Calculadora Gratis de Cargas de Viento

Los puntos para el pie en ceñida, altura media, y nuestro software detecta automáticamente el pico del terreno. Como el algoritmo puede no ser siempre exacto, puede sobrescribir y estos valores utilizando el Editar pico y Editar pie de ceñida botones para un mejor resultado del factor topo. Los valores de la tabla se completan automáticamente.

El cálculo paso a paso de K_zt que hicimos arriba se muestra en el cálculo detallado de la carga de viento del Generador de carga SkyCiv.

De igual forma, el factor topográfico / orográfico también se puede calcular de manera similar para EN 1991, AS / NZS 1170, NBCC 2015, NSCP 2015, y es 875. Además, in Generador de carga SkyCiv, la K_zt El valor utilizado para cada nivel es el valor conservador que se calcula en z = 0. Utilizando la Calculadora Gratis de Cargas de Viento , puede generar las presiones de viento de diseño hasta 2 veces al día y se limita solo al perfil de techo a dos aguas.

sin embargo, Solo se puede acceder al informe detallado de cálculo de carga de viento utilizando una cuenta profesional junto con todas las capacidades de los módulos SkyCiv.. El versión de generador de carga autónomo también se puede comprar a través de este enlace.

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Referencias:

• Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras. (2017). ASCE / SEI 7-16. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.
• mapas de Google