Se incorporaron varios cambios a la versión 2022 de ASCE 7, en lo que respecta a techos. Es posible que pienses "cuando logre dominar las normas ASCE 7-16, lanzarán una versión actualizada". Como ocurre con cualquier norma, es de esperar que se realicen actualizaciones para incluir las investigaciones o tendencias actuales. Si bien la inclusión de las cargas de tornados y los cambios resultantes en las combinaciones de carga pueden ser muy importantes, hay otras actualizaciones que también afectan a los techos. Hemos recopilado un resumen para ayudarte a navegar por las actualizaciones: desde actualizaciones menores hasta mapas básicos de velocidad del viento, pasando por techos escalonados y adoquines. No hay que preocuparse, es probable que los cambios no se incorporen hasta la versión 2024 del IBC. Sin embargo, eso no impide incorporar estos cambios en los proyectos actuales y futuros.
¿Por qué son relevantes estos cambios?
El objetivo de los cálculos en ASCE 7 es determinar las presiones de los vientos fuertes en un techo según ciertas limitaciones del proyecto, que incluyen la altura, la ubicación y la categoría de riesgo del edificio. El resultado de las presiones de los vientos fuertes luego se compara con los armados de techos probados, a fin de determinar qué armados se pueden instalar en un techo para cada edificio en particular. La elección del armado también determinará el método de sujeción, ya sea mecánico o adherido, y también la cantidad y el espaciado de los acoplamientos seleccionados. Los cambios en el Código podrán afectar las presiones de los vientos fuertes calculadas que pueden influir en los armados de techo disponibles.
¿Cuál es la novedad? Mapas actualizados de la velocidad básica del viento
Las velocidades de los vientos cambian rápidamente y se registran de manera constante en diversos lugares del mundo. La velocidad del viento se registra en millas por hora (mph) en intervalos de 3 segundos y se recopila durante el transcurso de un año. Luego, se registran los valores máximos de los intervalos de 3 segundos y se les realiza seguimiento para evaluar cuándo tienen lugar durante el año. Debido a que el viento es un fenómeno inesperado y las velocidades varían no solo según el día, sino por año, los intervalos de 3 segundos máximos para cada año se comparan durante varios años. En lugar de solo aprovechar las velocidades del viento en el transcurso del tiempo, para analizar las velocidades del viento promedio, se determina el Intervalo de Recurrencia Media (MRI), que significa con qué frecuencia la velocidad del viento se equipara o supera durante un determinado período (en años). Por lo general, las mayores velocidades de los vientos suelen tener un intervalo de recurrencia bajo en el transcurso del tiempo y las velocidades de viento menores tienen una tasa de recurrencia superior con el tiempo. Mediante el análisis de estos datos es como se determinan las velocidades de los vientos para un lugar en particular.
La velocidad del viento (mph) se debe convertir en unidades de fuerza (psf) para los fines de los diseños de acuerdo con ASCE-7. Las fuerzas resultantes son diferentes en diversas zonas del techo.
ASCE 7-16 publicó mapas del contorno de las velocidades de los vientos básicas para cada categoría de riesgo. Los mapas de las velocidades de los vientos tienen líneas de contorno que indican las velocidades de los vientos en todo Estados Unidos, ya que varían según la ubicación geográfica. Se puede interpolar entre las líneas de contorno o se puede usar el valor mayor que figura en la línea del contorno. Además, si se desea conocer la velocidad de los vientos en un lugar específico, una herramienta en línea desarrollada por ASCE es Hazard Tool y te indicará la velocidad exacta de los vientos en función de una dirección o coordenadas de GPS. En la versión 2022, encontrarás las velocidades de los vientos actualizadas, en especial, a lo largo de la costa. Por lo general, las velocidades de los vientos disminuyeron unas millas por hora o se mantuvieron sin modificaciones con respecto a ASCE 7-16, a excepción de algunas ciudades de la costa del Golfo de México en las que aumentaron debido a los huracanes recientes que azotaron la zona.
A continuación, se muestran velocidades de vientos básicas de ciertos lugares costeros en regiones con tendencia a huracanes a 33 pies para la categoría de exposición C. Se muestran datos de las velocidades de los vientos tanto de ASCE 7-16 como de ASCE 7-22 para poder comparar.
¿Cuál es la novedad? El factor de la direccionalidad del viento, Kd se desplazó
El factor de direccionalidad de los vientos, Kd, se eliminó del coeficiente de presión de velocidad y se introdujo en la ecuación de presiones de viento de diseño de los componentes y revestimientos.
El factor de direccionalidad (Kd) es un factor de reducción de carga que tiene como fin considerar la probabilidad reducida de que la velocidad máxima de los vientos coincidirá de manera exacta con la dirección más débil de un edificio. De acuerdo con ASCE 7, se tiene en cuenta la probabilidad de que la velocidad del viento provenga de cualquier dirección determinada de un lugar, y la velocidad máxima de los vientos tendrá lugar desde la dirección que produce la presión máxima de los vientos sobre el edificio o sus componentes. El factor de direccionalidad presenta factores constantes que se usarán en los sistemas principales de resistencia de fuerzas o componentes y revestimiento, pero también se tienen en cuenta diversas formas de las estructuras, como techos arqueados, domos circulares y chimeneas o tanques.
En ASCE 7-16, se tuvo en cuenta Kd en la ecuación de presión de la velocidad (ec. 26.10-1) en la que se evaluó la presión de la velocidad qh, en la altura media del techo, h. Donde qh= qz.
qh=0.00256KhKztKdKeV2 Que proporciona una presión de velocidad en libras por pie cuadrado (psf).
El valor resultante de qh luego se multiplica por los coeficientes de presión externa (GCp) y después se usa para determinar los coeficientes de presión de los vientos para cada zona del techo (perímetro, esquina, campo, etc.)
p = qh [(Gcp) - (GCpi)] (lb/ft2)
En ASCE 7-22, se evalúa la presión de la velocidad, qh, como la altura media del techo, h. Donde qh= qz mediante la siguiente ecuación (ec. 26.10-1):
qh=0.00256KhKztKeV2 Que proporciona una presión de velocidad en libras por pie cuadrado (psf).
Como puedes observar, el factor de direccionalidad, Kd, se eliminó de la ecuación. En los cálculos tanto del Sistema de resistencia de la fuerza principal del viento, como los componentes y el revestimiento, se introdujo Kd en las ecuaciones. No obstante, como nos estamos concentrando en el techo, esto forma parte de los cálculos de los componentes y el revestimiento (C y R) del capítulo 30. Las presiones del viento de diseño de C y R se calculan mediante las siguientes ecuaciones:
Para los edificios de poca altura con h≤ 60 ft: (ec. 30.3-1)
p = qh Kd[(Gcp) - (GCpi)] (lb/ft2)
Para los edificios de poca altura con h＞60 ft: (eq. 30.4-1)
p = q Kd[(Gcp) - qi Kd(GCpi)] (lb/ft2)
¿Cuál es la novedad? Se actualizaron los coeficientes de presión de velocidad Kz y Kh
Se actualizaron los coeficientes de presión de velocidad, Kz y Kh, para las exposiciones B y C. Kz es el coeficiente de presión de velocidad evaluado en la altura z y Kh es el coeficiente de presión de velocidad evaluado a la altura z = h. La presión de la velocidad a la altura media del techo h utiliza Kz. Las variables se introducen en la ecuación 26.10 para determinar la presión de la velocidad qz (consulta las ecuaciones anteriores).
¿Cuál es la novedad? Se eliminaron los métodos simplificados para calcular C y R
Se eliminaron los dos métodos simplificados, Parte 2 y Parte 4 del capítulo 30: Cargas de vientos, componentes y revestimiento.
En la versión 2016, había dos métodos simplificados que permitían los cálculos reducidos:
La parte 1 incluía cálculos para edificios de poca altura
La parte 2 era para edificios de poca altura (simplificado)
La parte 3 incluía cálculos para edificios con h> 60 ft
La parte 4 era para edificios de 60 ft<><160ft>
La parte 5 es para edificios abiertos
La parte 6 incluía anexos, estructuras de techos y equipos para edificios.
La versión 2022 se eliminó de los dos métodos simplificados:
La parte 1 para edificios de poca altura
La parte 2 es para edificios de h> 60ft
La parte 3 es para edificios abiertos
La parte 4 incluía anexos, estructuras de techos y equipos para edificios.
¿Cuál es la novedad? Se agregó la sección 30.12 para abordar los adoquines para techos
Los adoquines se usaron en sistemas de conjunto de membrana de techo invertida (IRMA) e instalación de membranas de techo con protección (PMRA) en los que los componentes para techos se instalaron a nivel de la cubierta de techo estructural y los adoquines se instalaron a modo de lastre por encima de la instalación de techo. Los adoquines para techos varían en tamaño, grosor, material y espaciado, además del método de instalación y el tamaño del pedestal. Los adoquines se consideraron permeables al aire debido a que las brechas entre los adoquines y el espacio debajo del pedestal ofrecen una ecualización parcial de la presión del aire entre las superficies. Los adoquines para techos solo se abordaron en la sección de comentarios C30.1 de la versión 2016 y se consideraron como revestimientos permeables al aire. Sin embargo, el recubrimiento, las paredes de pantalla para lluvia con ecualización de presión, las tejas y las superficies de techos con agregado se incluyeron en esta categoría. En ASCE 7-16, debido a la ecualización parcial de la presión de aire que proporcionaban los revestimientos permeables al aire, los servicios de presión de C y R del capítulo 30 pueden sobreestimar la carga en los elementos de revestimiento. El diseñador puede optar por usar las cargas resultantes del capítulo 30 o las que derivaban de un método alternativo". Si bien las ecuaciones y los métodos no se incluyen en esta edición, sí se mencionan algunas referencias donde se pueden encontrar los métodos para el cálculo.
En el comentario de ASCE 7-22, el revestimiento permeable al aire se sigue definiendo como revestimiento para techo o pared que permite la ecualización parcial de la presión del aire entre las superficies exteriores e interiores, con el mismo listado de revestimientos que incluye recubrimientos, adoquines para techos y bandejas modulares vegetales. El diseñador puede preferir calcular las presiones de vientos fuertes netas de los adoquines con la ayuda de literatura reconocida, como se observó en ASCE 7016 o en la sección 30.12. Se agregó la sección 30.12 para incluir adoquines para techos para edificios de todas las alturas con pendientes de techo menores o iguales a 7°. La sección incluye una ecuación (ec. 30.12-1) para calcular las presiones de vientos fuertes netas de diseño:
p = qhKdCLnet (lb/ft2)
¿Cuál es la novedad? Se analizaron las zonas de techos para los techos a dos y cuatro aguas
Cuando sopla viento sobre las superficies de los techos, crea succión o vientos fuertes en las instalaciones de los techos. La cantidad de vientos fuertes varía según la altura del edificio, la ubicación (relacionada con la velocidad del viento) y otros factores particulares de cada edificio. El viento fuerte que se genera en el edificio no se distribuye de manera pareja y variará según ciertos factores, como la forma del techo. Los vientos fuertes serán más altos en las esquinas, luego en los perímetros y, por último, en el campo o en el centro del techo, estos lugares en los que varía se denominan "zonas del techo".
Los techos a cuatro aguas son aquellos cuyos cuatro lados de la pendiente del techo descienden para conectarse con las paredes exteriores en los aleros. Los techos a dos aguas tienen dos lados inclinados que forman un caballete. Este se conecta con las paredes verticales que se extienden al caballete. En el capítulo 30 de ASCE 7-16 y 7-22, se incluyen diagramas y gráficos de las zonas del techo que se pueden usar para determinar los coeficientes de presión externa (GCp).
Imagen 1: techo a cuatro aguas
Imagen 2: techo a dos aguas
Las imágenes 1 y 2: techo a dos y a cuatro aguas, cortesía de roofingcalc.com
En ASCE 7-22, se actualizaron tanto los diagramas como los gráficos de la zona del techo para determinar GCp. Las zonas del techo se simplificaron para que existan tres zonas: 1, 2 y 3 (en lugar de 1, 2r, 2e y 3) y el diseño de las zonas adjunto se modificó para incluir los cambios de zonas. Los coeficientes de presión externa se determinan mediante gráficos, los cuales también se actualizaron y simplificaron.
Componentes y revestimiento, h ≤ 60 ft, pendientes de techos a dos aguas, 7°≤Θ≤ 20° y 20°≤Θ≤ 27°
Componentes y revestimiento, h ≤ 60 ft, pendientes de techos a dos aguas, 27°≤Θ≤ 45°
Los techos a cuatro aguas tienen un plan de diseño de zonas de techo para todas las pendientes de techos, no obstante, se actualizaron los gráficos de los coeficientes de presión externa para cada uno.
¿Cuál es la novedad? Se analizaron las zonas de techos para los techos escalonados
No son comunes los techos escalonados cuando los edificios tienen varios niveles de techo plano, que se suelen observar en edificios de hospitales grandes, oficinas y escuelas. Si bien los techos escalonados tienen presiones de vientos fuertes y zonas del techo correspondientes, cabe destacar que las secciones más altas del techo aledañas afectan el viento en el techo más bajo. En la intersección de la sección más alta del techo con la sección más baja, las presiones de los vientos fuertes son menores.
Se introdujeron nuevos diagramas en el capítulo 30 de la versión ASCE 7-22. El cambio principal que se observa es que las zonas de las esquinas, la zona 3, se modificó, pasó de una forma cuadrada a una forma en L. Esto es un reflejo de las zonas de techo estándar, que se actualizaron de las esquinas cuadradas a las en forma de L en versiones más recientes de ASCE también.
ASCE 7-16, figura 30.3-3 componentes y revestimiento, h ≤ 60 ft
ASCE 7-22, figura 30.3-3 componentes y revestimiento, h ≤ 60 ft
¿Cuáles serán los próximos pasos?
Se anticipa que ASCE 7-22 se adoptará en la versión 2024 de IBC, de manera que hay tiempo de sobra para adaptarse a estas novedades. Y, como siempre, no dudes en consultar al equipo de Ciencias de la Construcción y Techado al buildingscience@gaf.com si tienes alguna pregunta.
