Luchando contra los mapas de viento españoles

Por azares del destino me he visto abocado al cálculo de una chimenea industrial metálica de 22 metros de altura. Quizá algún día os hablaré de cómo he salido de ésta, pero hoy os quería comentar sólo el primer obstáculo con el que me he encontrado: la velocidad básica del viento a emplear.

La carga de viento a considerar en las chimeneas, en nuestro país, se encuentra en un limbo normativo: estas construcciones quedan fuera del ámbito de aplicación del CTE (no son edificios), y, que yo sepa, no hay ningúna normativa española que especifique las acciones de viento a considerar. Por fortuna o por desgracia, en este caso, tenemos las manos libres y no estamos encorsetados por ninguna normativa “de obligado cumplimiento”. ¡Olé!

Así las cosas, podemos recurrir (¡cómo no!) a los Eurocódigos. Allí la cosa está muy clara: la norma EN-1991-1-4 tiene unos apartados específicos para cilindros bajo acciones eólicas que se aplican perfectamente a las chimeneas, y contiene además directrices para estudiar los efectos dinámicos que les son propios. El único punto oscuro de esta norma es que proporciona una fuerza global del viento, de carácter puntual, que no indica cómo distribuirla a lo largo del elemento estructural (cuando habla de marquesinas, por ejemplo, sí especifica que se ha de aplicar a la cuarta parte del faldón, pero no da pistas de qué carga asignar a los elementos secundarios — aprovecho para hacer un llamamiento “internacional” por si alguien tiene alguna idea de qué estaban pensando los ponentes de la norma al redactar estos apartados).

Toda la formulación del Eurocódigo parte de un dato básico, el valor fundamental de la velocidad básica del viento, que hay que consultar el mapa de viento correspondiente. Los mapas de viento para los diferentes países los deben suministrar las autoridades correspondientes dentro del anexo nacional. El problema es que a las autoridades españolas no les da la gana de publicar el anexo, así que, con la ley en la mano, quien quiera calcular una chimenea en España se encuentra con el culo al aire.

La excusa que nos dan es que no es necesario publicar ningún anexo nacional a los Eurocódigos porque la normativa española ya se ha adaptado a ellos y es del todo coherente. Tanto es así que el mismo CTE admite la utilización directa de los coeficientes de fuerza del Eurocódigo en el cálculo de las cargas de viento. La excusa ya se ve que es una chuminada, pero es que la supuesta coherencia del CTE con el Eurocódigo es, como mínimo a efectos de la carga del viento, únicamente aparente. Veámoslo.

El Eurocódigo define el valor fundamental de la velocidad básica del viento vb,0 como la velocidad media durante un periodo de 10 minutos, a una altura de 10 metros sobre el suelo, en un terreno abierto con vegetación baja y obstáculos aislados. Este tipo de terreno es el que clasifica como categoría II dentro de su tabla 4.1:

Categories del terreny a la EN 1991-1-4
Como veis, es un dato objetivo que no debería dar lugar a dudas. Por su parte, el CTE emplea la misma formulación para el cálculo de la carga de viento (por eso dicen que es coherente) y define exactamente de la misma manera el valor fundamental de la velocidad básica del viento. Si se hubieran limitado a copiar literalmente el Eurocódigo no hubiera habido ningún problema, pero resulta que reescribieron las categorías de terreno de la siguiente forma:


Como podéis observar (sobre todo fijándoos en los parámetros L y Z, llamados z0 y zmin en el Eurocódigo) el terreno tipo II del CTE es lo que se denomina tipo I en el Eurocódigo. Si queremos usar el mapa de viento del CTE para aplicarlo al Eurocódigo, pues, tendremos que aplicar un factor corrector.

En mi caso particular, la chimenea se encuentra en la provincia de Huesca, lugar donde el mapa de viento del CTE asigna una velocidad básica (para terreno de tipo II según CTE y de tipo I según el Eurocódigo) de 29 m/s:

Para hacer la conversión y obtener la velocidad básica en terreno de tipo II según el Eurocódigo podemos utilizar la misma formulación que esta norma proporciona para cambiar de tipo de terreno (mediante el coeficiente de aspereza cr):

El valor de 24,7 m/s, pues, es el dato que necesitamos para utilizar la formulación en el Eurocódigo: el valor fundamental de la velocidad básica del viento.

Esta conversión de velocidades, sin embargo, me la he inventado yo y no la he podido contrastar en ninguna parte. Dado que Huesca limita con Francia parece prudente consultar qué dice el anexo nacional francés al Eurocódigo (nos separan los Pirineos, que ya de por sí es una barrera geográfica importante a efectos de viento, pero no cuesta nada ver qué dicen en la antigua Galia).

Lo primero que nos sorprende del anexo francés es que el aire contenido dentro de sus fronteras pesa menos que en el resto de Europa (1,225 frente 1,250 kg/m3). Las veces que he cruzado la frontera no he notado una súbita descompresión atmosférica, así que lo dejaremos en una excentricidad de nuestros vecinos. Todo el resto del Eurocódigo se respeta bastante, pero se incorporan molestas variaciones como, ay ay ay, la tabla de categorías del terreno:

Bueno, los franceses han sido más cuidadosos que los españoles y como mínimo han respetado los parámetros de la categoría II del terreno. Podremos aplicar pues su mapa de viento con tranquilidad:

Buena noticia: los departamentos que limitan con Huesca, Haute-Pyrénées y Haute-Garonne, tienen una velocidad básica de 22 m/s, bastante por debajo de nuestro 24,7 que queremos validar. Nos separan los Pirineos, pero los factores que tienen en cuenta la orografía especial de las montañas están desligados de la velocidad básica del viento, por lo que es lógico que al cruzar la línea administrativa dentro de la misma cadena montañosa no haya un cambio demasiado repentino de velocidad.

Podríamos quedarnos aquí y tomar ya el valor convertido del CTE para calcular la chimenea, pero yo, que soy un perapuñetas, recuerdo que en la versión experimental del Eurocódigo de viento, en 1995, aparecía un mapa de viento de toda Europa. Aquí os lo pongo:

Vaya, la velocidad básica para la zona de Huesca era de 27 m/s, bastante superior a los 24,7 que acabamos de justificar. Si tenemos en cuenta que las velocidades están elevadas al cuadrado en la formulación para obtener la presión del viento, resulta que la diferencia es de un 19%, lo que no es nada tranquilizador. Sin embargo, se ve que el anexo nacional francés ha reducido sus valores respecto de la ENV, en los departamentos limítrofes con Huesca, de 26 a 22 m/s, lo que parece justificar una reducción de los valores de la ENV también en España …

Llegados a este punto podemos llegar a un acuerdo: tomamos una velocidad básica de 27 m/s y garantizamos que nos quedamos con un valor conservador, no le hará mucha gracia al constructor (que nos dirá que estamos locos, porque no entenderá el zapatón que saldrá ) ni a la propiedad (que deberá pagar los platos rotos), pero como mínimo la dirección facultativa se quedará tranquila.

¿Todos contentos, pues? Pues no, porque resulta que a un servidor le encanta chafardear en toda la documentación disponible y decide consultar, por primera vez en su carrera profesional, el apartado de viento de la IAP-11. Esta es la norma de acciones para puentes de carretera, y por lo tanto yo, que me dedico a la edificación, sólo la había consultado para obtener los trenes de carga de alguna plaza pública. Al consultarla constato con sorpresa y emoción que la formulación de la carga de viento es totalmente coherente con el Eurocódigo. Es tan coherente, que ni siquiera han modificado la tabla de categorías del terreno. ¡Aquí encontraremos, pues, el verdadero valor fundamental de la velocidad básica del viento!

Desgraciadamente, el consultor de estructuras está condenado a vivir en perenne frustración en el fondo de un valle de lágrimas. Porque resulta que el mapa de viento de la IAP-11 es el mismo, exactamente (y así lo reconoce la instrucción) que el del CTE.

Ante esto, obviamente, sólo hay tres posibilidades:

  1. El CTE está mal: el valor fundamental de la velocidad básica del viento es de 29 m/s en Huesca, pero metieron la pata al modificar la tabla de categorías del terreno.
  2. La IAP-11 es la que está mal: no se han dado cuenta que el mapa de viento del CTE no es coherente con la definición del valor fundamental de la velocidad básica del viento en el Eurocódigo y la han insertado directamente, haciendo que los puentes españoles sean los más seguros (y caros) de Europa.
  3. Tanto el CTE como la IAP-11 están mal, y fueron redactados por Pepe Gotera y Otilio, chapuzas a domicilio.

Como veis, la posibilidad de que ambas normas sean correctas a la vez no es posible. El siguiente paso sería investigar cuáles son los datos de origen que dan lugar a los valores recogidos en estas normativas, pero justificar las instrucciones no es costumbre en nuestros Ministerios, y toda la potencia de Google se ve insuficiente para encontrar pistas de dónde demonios se basaron para crear los mapas de viento. Acudir directamente a los meteorólogos no parece tampoco muy provechoso: los datos que dan las estaciones meteorológicas son las rachas máximas de viento a la altura concreta de su anemómetro (nada de velocidades medias durante 10 minutos), y los compendios de velocidades recogen sólo las velocidades medias a lo largo de todo el año, que es lo que necesitan los instaladores de los parques eólicos. Además, el cliente ya reclama su chimenea y yo todavía estoy en calzoncillos. Se me están acabando los recursos, los conocimientos y, sobre todo, la paciencia.

Con la mente en blanco y un incipiente ictus en el ojo izquierdo, me llega un nuevo post de GeoJuanjo. Jopé qué pesado que es, no para el tío, ¡es una máquina! Su post esta vez no es tan divertido, pero me irá de perlas: ha salido la IAPF, la norma de acciones en los puentes de ferrocarril, y amablemente nos pone el enlace. Le doy un vistazo por encima: parece ser que el viento sopla diferente en función de si es un puente de carretera o de ferrocarril (¡qué cosas se aprenden!) y la IAPF vuelve a definir otra vez toda la formulación del viento, aparentemente de forma idéntica a la IAP-11… pero con otro mapa de viento, también coherente con el Eurocódigo, pero genuino y diferente!

Ahora resulta que la velocidad media en Huesca es … 28 m/s. Un pensamiento ahogado toma forma en el estómago y va subiendo, lento pero imparable, hasta que se convierte en un grito que se escapa por la garganta: VÁYANSE TODOS A TOMAR POR EL (piiiiiiiiiiiiiiiii)!

En fin, tranquilicémonos y hagamos un resumen:

Velocidad básica (m/s)Presión básica (kN/m2)Incremento
Anexo francés al Eurocódigo220,296
Valor CTE convertido a Eurocódigo24,70,381+ 29 %
Valor ENV270,456+ 54 %
Valor IAPF280,490+ 66 %
Valor IAP / CTE sin conversión290,526+ 78 %
Al cruzar la linea administrativa de Francia con Huesca, pues, la carga de viento sobre las construcciones, en función de la norma española que tomemos, se puede incrementar un 80%. ¡No está nada mal!

Edición del 3/5/2012:

Me acaba de llegar el documento para exposición pública de la modificación del CTE. Entre mil cosas, se modifica la definición del valor básico de la velocidad del viento: ahora estará referida a un terreno tipo III y se restablece, por tanto, la debida coherencia con el CTE. Tendré que escribir más entradas de estas, la rapidez de respuesta de las autoridades ha sido impresionante 😉 Lástima que el mapa de viento no cambie ni se justifique de ninguna forma. ¿Pa qué?

10 pensamientos en “Luchando contra los mapas de viento españoles

  1. Bon dia Laurea,
    Felicitats per l’article, l’he trobat molt interesant el post.
    Ultimament he estat estudiant estructures de suport per a plaques solars… i hem trobo amb el mateix problema que voste. Segons la normativa, estudi, article o comentari nou que trobes, la dispersió de valors es més diferent sense parlar de les dispersions entre els coeficients de pressió i succió per zones. A més moltes vegades el cas estudiat pot interpretar-se de varies maneres diferents (com una coberta, marquesina…) amb lo que lo que la dispersió encara pot creixer més.
    Felicitats de nou i anims per seguir endavant.

    Salutacions

  2. ERES UN MONSTRUO!!!!!
    lo que he aprendido de vientos y normativas, supongo que muchas de las normativas ,CTE, etc, las sometieramos al escrutinio que tu has hecho, nos llevariamos mas sorpresas.
    Espero que hayas podido entregar a tiempo el proyecto. No comentas cual elegiste al final.

  3. Hola José,

    Finalmente lo entregué todo a tiempo, por suerte tengo clientes amables y comprensivos 😉

    Para el cálculo de la chimenea tomé la velocidad de 28 m/s, de común acuerdo con la dirección de obra, pero proporcioné al proyectista de la cimentación (que no fui yo) todos los datos para que eligiera conscientemente.

    Saludos,

    Laureà

  4. Las “Regles definissant les effets de la neige et du vent sur les constructions” NV.65 (sí, del 65) ya traía todos los apartados del EC sobre cálculo de cilindros casi tal cual los vemos en el siglo XXI, y un mapa de viento fe-no-me-nal sin ficticias distinciones entre departamentos ni generalidades a lo bruto tipo de-despeñaperros-p’abajo-pon-veintitantos. Si lo ves entiendes lo que te digo.
    Con este norma se han debido calcular toooodas las chimeneas de industrias del norte de españa desde que salio el primer seiscientos hasta Naranjito, porque hasta donde sé no se modificó hasta el 83 (y eso que en el 65 en españa casi andaban viendo si había que separar el peso propio de la sobrecarga; la MV101 dedica 5 pags al viento, la NV65 tiene 336 -sobre eso, todas las normas estructurales italianas hace 10 años ocupaban menos que la NBE-AE-88-).
    De hecho la NV65 incluye hasta un ejemplo desarrollado de la determinacion de acciones de viento en una chimenea de acero de 68,3m.
    En tu caso oscense, de guara para arriba la NV65 asimilaria a una region II (velocidad normal 33.8m/s, velocidad extrema 44.7m/s), de guara para abajo, region I (28.6 y 37.8m/s).
    Parecerán valores exagerados, pero cuando terminas el cálculo una vez aplicados todos los coeficientes, la diferencia de acciones con respecto al EC es de menos del 10%.

    Se terminaron los edificios, pasamos a las fisuras, luego solo rehabilitamos, ahora parece que solo encargan viento…

    Suerte con lo siguiente.

    • Hola Pablo, cuánto tiempo!

      Muchas gracias por tu comentario, interesantísimo. Si tuvieras a mano la NV65 con los mapas y ejemplos te agraderería que me la pasaras y la colgaría aquí.

      He visto tu web: veo que sigues dando guerra!

      Un abrazo,

      Laureà

      • buenas Laure
        tenia pendiente pasarte algo de la norma vieja.
        va el mapa y una hoja con las velocidades que supone cada region, mas el tratamiento de puntos singulares con modificacion de la sobrecarga (espero que se vean).
        http://img59.imageshack.us/img59/9326/viento0001.jpg
        http://img513.imageshack.us/img513/7151/viento0002.jpg
        veras que el mapa frances tiene en cuenta efectos regionales (mira la tramontana) e incluso locales (¿que pasaba en Le Mans? ¿el rebufo de Nigel Mansell?), no como el nuestro p’a-todos-café.

        y un apunte, que me acordé de este tema el otro día por cuestiones de molinos…¿porque hacemos el tonto si tenemos perfectamente cartografiado el viento peninsular en cuadriculas de 1.5×1.5km?. te remito al Mapa Eolico Nacional [ http://www.cener.com/es/energia-eolica/mapas-viento.asp ] donde los modelos matematicos han sido confirmados por los datos de 50 estaciones metereologicas. ¿tanto cuesta convertir ese mapa de potencial eolico en uno que delimite 3 ó 4 zonas de viento?. si es por los recortes y me aseguran que no lo tiran a la basura seguro que nos juntamos unos pocos y nos queda uno chulísimo, ¿no?

        PD: los ejemplos de chimeneas para otro dia

        • Hola Pablo,

          Muchas gracias por los mapas, son muy interesantes. Sobre lo de crear un mapa de viento en base a la cartografía del Cener, por supuesto que se tendría que hacer. Pero es que de hecho ya está hecho y se llama CTE. Lo que pasa es que como en este país todo es secreto hasta que un juez levanta el ídem de sumario, pues nadie ha explicado de donde diantres han sacado el mapa y así estamos todos, con cara de tontitos!

          Saludos!

          • Pues algo les ha salido rana… mira, según AEMET, las rachas maximas de viento en Huesca, Zaragoza y Calamocha han sido (al menos desde 1954, periodo de muestra suficiente) de 136, 135 y 133kmh respectivamente.
            Asi que si me fio de la experiencia, debo contar vientos cuasiidenticos.
            Pero segun CTE: Huesca es zona C, Zaragoza zona B, Calamocha zona A.
            La SCuso en viviendas ¿cuantas veces la alcanzamos? En mi casa nunca y eso que eramos 11 y montaba mi madre alguna comunión ahí. Bueno pues los 26m/s de la zona A se superaron en Andorra (Teruel, 8.000 hab) en Abril, Mayo, Junio…
            Así que creo que el mapa CTE viene de una apuesta en la cena anual del colegio de arquitectos (o el de abogados).
            Es lo que nos ha tocao ¡¡

  5. Acabo de descubrir tu blog desde el Master de Rehabilitación de Zigurat.
    Promerto serle fiel.
    En cuanto al mapa del viento del CTE, en las Baleares lo tenemos peor: ¡no sabemos en qué zona estamos!
    Claro que ante la duda… ¡la C!

    Enhorabuena por el blog.

  6. Hola Santiago,

    Gracias por tus comentarios.

    Ahora está en exposición pública la modificación del CTE, y corrigen el mapa de viento para especificar la zona en Baleares, Ceuta y Melilla. Si no recuedo mal, estáis en zona C: ¡qué mala suerte!

    Un saludo,

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