Resistencia a Huracanes

Fotografías aéreas de una vivienda en Crystal Beach antes y después del huracán IKE, Península Bolívar Texas USA (14/09/2008)

La fuerza dinámica de viento que se ejerce sobre una vivienda es igual al producto de la superficie de exposición al viento multiplicada por el valor de la presión dinámica. 

A los efectos de simplificar el cálculo, los reglamentos de viento modernos utilizan un valor de presión estática equivalente a la presión dinámica del viento, utilizando un coeficiente multiplicador que depende de varios factores: 

forma, altura de la construcción, entorno, etc. A los efectos de este ejemplo supondremos que ese coeficiente alcance el valor 1,25.

Si consideramos la presión dinámica de 434 Kg/m2 que genera un huracán con vientos de 300 Km/h, el valor de la presión estática equivalente será de:

434 Kg/m2 x 1,25 = 543 Kg/m2

La cubierta de una vivienda realizada con paneles Baupanel, así como los forjados de las plantas intermedias, están diseñados para resistir los esfuerzos de flexión derivados de las cargas gravitatorias actuantes (peso propio + sobrecargas de diseño). Estas cargas deben mayorarse con los coeficientes de seguridad que imponen las normativas de construcción alcanzando finalmente valores cercanos a 750 Kg/m2 

La fuerza de viento en los techos de las viviendas es de succión y a la misma se le aplica un coeficiente que normalmente podemos considerar que vale 0,8.

Entonces la succión efectiva sobre una cubierta tendrá el valor exacto de la presión dinámica:

543 Kg/m2  x 0,8 = 434 Kg/m2

A esta succión neta deberá descontarse el peso propio ya que esta fuerza actuará siempre. Considerando que la cubierta pesa alrededor de 200 Kg/m2, finalmente nos encontraremos con que la presión de succión neta será la diferencia

434 – 200 = 234 Kg/m2

Dado que los paneles tienen armaduras simétricas, están cualificados para resistir esfuerzos hacia arriba como hacia debajo de la misma magnitud: 750 Kg/m2

Dicho todo esto, tenemos que las cubiertas realizadas con el sistema pueden resistir los esfuerzos de succión de los huracanes con una reserva de capacidad muy importante ya que para tener una succión neta igual a la capacidad portante del panel (750 Kg/m2) deberíamos tener una fuerza de viento más de 3 veces superior.

Los muros de fachada de una vivienda deben resistir los esfuerzos de viento que se asemejan a cargas distribuidas horizontales cuya magnitud es la de la presión estática equivalente.

Para ello, los muros actuarán con su capacidad a flexión de igual modo que el forjado de la cubierta. Las acciones en este caso serán mas intensas ya que a diferencia de la cubierta, no hay fuerzas de peso propio para compensar en parte los empujes horizontales.

Sin embargo, el orden de magnitud de la capacidad de resistir a flexión de estos elementos, es bastante similar al de los forjados, con la ventaja adicional, que todos los muros interiores, así como los de fachadas perpendiculares, actuarán como contrafuertes. Ello permite que el vano de cálculo a flexión sea disminuido por la distancia que exista entre estos elementos.

Si tomamos como valor de referencia a flexión el valor de 750 Kg/m2 veremos que la capacidad de resistir una presión horizontal de 543 Kg/m2 ocasionada por vientos de una velocidad de 300 Km/h estará garantizada.

Estas presiones serán transmitidas a la cimentación a través de todos los muros perpendiculares a los que reciban la acción frontal del viento.

Si consideramos para ilustrar este ejemplo que tuviéramos una pequeña vivienda cuyas dimensiones en planta fueran 3,375 m x 9,00 m y una altura de 2,70 m, la fuerza horizontal que debería resistir en la dirección de mayor longitud sería igual a:

543 Kg/m2 x 9 m x 2,70 m = 13.195 Kg

Y en la dirección de menor longitud:

543 Kg/m2 x 3,375 m x 2,70 m = 4.948 Kg

La fuerza total será repartida por los muros que se encuentran en la dirección en la que actúa el viento.

Supongamos que en la dirección mayor haya 4 muros (2 exteriores + 2 interiores) y en la dirección menor haya solo 2 muros que serían los de fachada de la vivienda.

En tal caso, cada uno de los 4 muros paralelos al viento soportaran un cuarto de la fuerza de 13.195 Kg, es decir:

F = 3.298 Kg

Para simular este efecto se ha procedido a realizar un ensayo de carga cíclica en el Instituto Eduardo Torroja de Madrid, sometiendo a dos muros de 3,375 m de ancho por 3,375 m de alto a una fuerza horizontal como la del ejemplo citado. Uno de ellos presenta una ventana mientras que el otro presenta una puerta.

La fuerza está colocada en la cabeza de los muros y actúa en base a 2 dinamómetros que ejercen fuerzas simétricas. Los paneles están montados sobre una zapata corrida de dimensiones normales para una vivienda, y la unión del panel a las mismas se ha realizado sin ningún tipo de refuerzo en particular diferente de la especificación general del sistema constructivo.

Se alcanza la carga máxima del ensayo con un valor superior a 20.000 Kg

Este valor supera enormemente el valor calculado (F=3.298 Kg) del esfuerzo que un huracán como Matthew en categoría 5 con vientos de 300 Km/h transmitiría a los muros para que lleven los esfuerzos a la cimentación.

El fallo de la prueba se produce no por rotura del muro, sino por despegue del muro con la cimentación.

Esto explica muy claramente que las construcciones realizadas con Baupanel pueden resistir ampliamente los efectos devastadores de los huracanes en máxima categoría.

Para destruir los muros sería necesaria una fuerza 6 veces más poderosa.

Ensayo de carga cíclica en Instituto Eduardo Torroja año 2016

Los huracanes tienen la particularidad de lanzar despedidos a gran velocidad, diversos objetos como ramas de árboles o escombros diversos de las viviendas afectadas.

Estos objetos impactan a muy alta velocidad y pueden provocar daños, que aunque sean puntuales, podrían tener consecuencias no deseadas para la seguridad de los moradores. 

Es por ello que en Estados Unidos existe una reglamentación para dar aptitud a los refugios anti tornados, los cuales deben superar una serie de pruebas que consisten en el lanzamiento de misiles de madera de 2 x 4 pulgadas y 15 libras de peso a velocidades de 80 y 100 mph, para que impacten contra los muros y verificar los efectos producidos.

Los ensayos fueron realizados en “The Wind Science and Engineering Research Center”- Texas Tech University, Lubbock, TX.

El misil tornado impactó la muestra dejando una impronta de 2 x 4 pulgadas con una profundidad de 1 pulgada. No se produjeron daños en la parte posterior del panel.