Cómo calcula el viento la norma CIRSOC 102
El viento es, en muchos casos, la carga dominante en el diseño de estructuras de acero, galpones industriales y edificios livianos. Sin embargo, su cálculo es uno de los que más variantes tiene y donde más errores se cometen —especialmente en la transición entre el coeficiente teórico y la presión real de diseño sobre cada superficie.
Esta guía explica el procedimiento paso a paso según CIRSOC 102-2005, la norma vigente en Argentina para cargas de viento. Es el mismo procedimiento que aplica cualquier ingeniero calculista en el país para estructuras de uso corriente.
1. La velocidad básica del viento (V)
La velocidad básica V es el punto de partida. Se define como la velocidad media de ráfaga en 3 segundos, medida a 10 m de altura sobre terreno con exposición tipo C (campo abierto), con un período de retorno de 50 años.
CIRSOC 102 establece velocidades básicas para distintas zonas del país en su mapa de isotacas. Los valores representativos son:
| Región | Ciudades representativas | V (m/s) |
|---|---|---|
| Centro-litoral | Paraná, Santa Fe, Rosario, Buenos Aires | 45 |
| Interior centro | Córdoba | 42 |
| NOA | Tucumán, Salta | 39 |
| Cuyo | Mendoza | 39 |
| Norpatagonia | Neuquén, Bahía Blanca, Mar del Plata | 48 |
| Patagonia sur | Comodoro Rivadavia, Río Gallegos | 55 |
| Tierra del Fuego | Ushuaia | 55 |
La Patagonia registra los vientos de diseño más intensos del país. En Comodoro Rivadavia, los
55 m/sde velocidad básica producen presiones dinámicas más del doble que las del litoral.
2. Categorías de exposición
La velocidad básica aplica a campo abierto, pero en la práctica la velocidad en un punto depende del entorno. CIRSOC 102 define cuatro categorías de exposición:
| Cat. | Descripción | α | z_g (m) |
|---|---|---|---|
| A | Centros urbanos con edificios altos y densos | 5,0 | 457 |
| B | Zonas suburbanas, terreno ondulado, bosques | 7,0 | 366 |
| C | Terreno abierto con obstrucciones bajas y aisladas | 9,5 | 274 |
| D | Costa de ríos, lagos o mar | 11,5 | 213 |
Estos parámetros α y z_g se usan para calcular cómo varía la velocidad con la altura, lo que lleva al coeficiente Kz.
3. El coeficiente de exposición Kz
Kz captura el efecto del perfil de velocidades con la altura. Se calcula como:
Kz = 2,01 × (z / z_g)^(2 / α)
Donde z es la altura del punto de interés (altura media de la cubierta para naves industriales) y los parámetros α y z_g dependen de la categoría de exposición.
El valor mínimo de Kz es 0,57 (equivalente a estar a muy baja altura en exposición A).
Ejemplo para una nave en Paraná, exposición C, altura media de cubierta 7 m:
Kz = 2,01 × (7 / 274)^(2 / 9,5) = 2,01 × (0,0255)^(0,2105) = 0,85
Esto significa que en esas condiciones, la velocidad efectiva es el 92% de la velocidad básica (√0,85 ≈ 0,92), lo que es un factor de reducción moderado al estar bastante por debajo de z_g.
4. La presión dinámica q
Con Kz calculado, la presión dinámica q se obtiene con:
q = 0,613 × V² × Kz × Kd / 1000 [kN/m²]
Donde:
0,613es la constante aerodininámica (½ × densidad del aire a nivel del mar)Ves la velocidad básica en m/sKzes el coeficiente de exposición calculado antesKdes el factor de direccionalidad del viento, igual a 0,85 para estructuras- La división por 1000 convierte de Pa a kN/m²
Siguiendo el ejemplo de Paraná, V=45 m/s, Kz=0,85:
q = 0,613 × 45² × 0,85 × 0,85 / 1000
q = 0,613 × 2025 × 0,85 × 0,85 / 1000
q ≈ 0,0898 kN/m²
Esta presión dinámica es el denominador común del problema: todo Cp que se aplique se multiplica por q para obtener la presión de diseño final.
5. Coeficientes de presión exterior (Cp)
El coeficiente Cp traduce la presión dinámica genérica en la presión real sobre cada superficie del edificio. Depende de la geometría del edificio, la forma del techo, y la dirección del viento respecto a cada cara.
Paredes
Para un edificio rectangular simple con viento perpendicular a la cara larga:
| Superficie | Cp |
|---|---|
| Pared barlovento (viento de frente) | +0,80 |
| Pared sotavento (viento de espalda) | −0,50 |
| Paredes laterales | −0,70 |
El signo positivo indica presión (el viento empuja hacia adentro); el negativo indica succión (el viento jala hacia afuera).
Cubierta a dos aguas
Para cubiertas inclinadas, el Cp varía con la pendiente. La cara barlovento pasa de succión (para pendientes bajas) a presión (para pendientes superiores a 20°-25°), mientras que la cara sotavento siempre tiene succión:
| Pendiente θ | Cp barlovento | Cp sotavento |
|---|---|---|
| 0° – 5° | −0,90 | −0,50 |
| 5° – 10° | −0,70 | −0,50 |
| 10° – 15° | −0,50 | −0,50 |
| 15° – 20° | −0,30 | −0,60 |
| 20° – 30° | +0,20 | −0,60 |
| > 30° | +0,30 | −0,50 |
Atención: Para pendientes bajas (menores a 15°), ambas caras de la cubierta tienen succión. Esto puede ser más crítico que la presión para el diseño de las uniones de correas.
6. Presión interna (Cpi)
Además de la presión exterior, los edificios cerrados tienen presión interna que puede sumar o restar a la presión exterior según el caso. CIRSOC 102 define tres categorías:
| Tipo de edificio | Cpi |
|---|---|
| Cerrado (sin aberturas significativas) | ±0,18 |
| Parcialmente abierto (una abertura grande) | ±0,55 |
| Abierto (> 80% de una cara libre) | 0,00 |
El signo ± significa que hay que verificar ambos casos y quedarse con el más desfavorable para cada superficie.
Para una nave industrial típica cerrada, Cpi = 0,18 se combina con el Cp exterior de la forma que maximice la presión neta:
- En paredes o superficies con presión exterior: se usa
Cpi = −0,18(presión interna opuesta, caso más desfavorable es la interna aspirando hacia afuera) - En superficies con succión exterior: se usa
Cpi = +0,18(presión interna sumando a la succión exterior)
En la práctica simplificada para predimensionado: p = q × (|Cp_ext| + |Cpi|) da la envolvente máxima para cada superficie.
7. Presión de diseño resultante
La presión de diseño sobre cada superficie es:
p = q × (Cp_ext ± Cpi) [kN/m²]
Para la envolvente de diseño se toma el caso más desfavorable de los signos de Cpi.
8. Ejemplo completo: nave industrial en Paraná
Datos del edificio:
- Localidad: Paraná, Entre Ríos →
V = 45 m/s - Tipo de terreno: industrial periurbano → Exposición
C - Luz: 20 m, altura de columna: 6 m, pendiente: 10%
- Altura media de cubierta:
h_m ≈ 6,5 m(columna + la mitad del caballete) - Tipo de edificio: cerrado →
Cpi = ±0,18
Paso 1 — Kz:
Kz = 2,01 × (6,5 / 274)^(2 / 9,5) = 0,83
Paso 2 — Presión dinámica q:
q = 0,613 × 45² × 0,83 × 0,85 / 1000 = 0,0877 kN/m²
Paso 3 — Cp por superficie:
Con pendiente 10% = 5,7°, en la tabla de cubierta:
- Cubierta barlovento:
Cp = −0,70 - Cubierta sotavento:
Cp = −0,50 - Pared barlovento:
Cp = +0,80 - Pared sotavento:
Cp = −0,50
Paso 4 — Presiones de diseño:
| Superficie | Cp | Cpi (caso adv.) | p (kN/m²) |
|---|---|---|---|
| Pared barlovento | +0,80 | −0,18 | 0,0877 × (0,80 + 0,18) = 0,086 |
| Pared sotavento | −0,50 | +0,18 | 0,0877 × (0,50 + 0,18) = 0,060 |
| Cubierta barlov. | −0,70 | +0,18 | 0,0877 × (0,70 + 0,18) = 0,077 |
| Cubierta sotav. | −0,50 | +0,18 | 0,0877 × (0,50 + 0,18) = 0,060 |
La succión en la cubierta barlovento de 0,077 kN/m² es la carga dominante para el diseño de las correas de techo y sus uniones. Es el valor que determina si una correa falla o no.
9. Errores comunes al aplicar CIRSOC 102
Olvidar la presión interna. Aplicar solo Cp exterior y no sumar Cpi subestima las cargas hasta un 20-25% en edificios cerrados.
Usar la velocidad equivocada para la zona. Muchos proyectos del litoral asumen 42 m/s cuando la norma indica 45 m/s para esas localidades. Eso se traduce en presiones un 15% menores a las reales.
Tomar la altura equivocada para Kz. Para correas de techo se usa la altura media de cubierta, no la altura de columna. La diferencia en Kz puede ser de hasta 10%.
Ignorar las paredes laterales. Los Cp laterales (−0,70) son relevantes para el diseño de las fundaciones ante volcamiento.
No verificar ambos signos de Cpi. La presión interna puede actuar tanto hacia afuera como hacia adentro, y el caso crítico no siempre es el mismo para todas las superficies.
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Conclusión
El cálculo de cargas de viento según CIRSOC 102 sigue una cadena lógica: velocidad básica → Kz → q → Cp → presión de diseño. Cada eslabón tiene su fuente de datos y sus posibles errores. El procedimiento completo para una nave industrial no es complejo, pero requiere verificar todas las superficies y ambos casos de presión interna.
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