Impacto del viento en un edificio alto
Impacto del viento en un edificio alto
Año
2026
Cliente
LA CAENNAISE
Ubicación
Caen, Francia
Tipología
Aire y viento
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Impacto del viento en un edificio alto: Torre CASCADES en Caen
CFD: Una herramienta para resolver los problemas de dimensionamiento del viento
En el marco de la construcción de un nuevo bloque de torres en Caen, EOLIOS ha realizado un estudio CFD completo para analizar los efectos del viento en un entorno urbano denso, en términos de velocidades y presiones. El planteamiento combina el análisis meteorológico del Eurocódigo, los datos de ASHRAE y simulaciones numéricas multidireccionales para garantizar la seguridad y el confort de los futuros usuarios.
EOLIOS es líder en simulación CFD externa de problemas eólicos. Nuestros estudios se basan en la información obtenida en campañas de medición en condiciones reales y en un centenar de emplazamientos simulados de todo el mundo.
Estudio de las cargas del viento: marco y herramientas de simulación
Contexto y objetivo de un estudio numérico de los vientos extremos
La torre CASCADES es un edificio de gran altura situado en Caen (departamento de Calvados). Como parte de su construcción, era esencial realizar un análisis detallado de la influencia del viento en la estructura y su entorno inmediato. Los resultados de este estudio son un paso clave para garantizar el rendimiento, la seguridad y la durabilidad de la estructura frente al viento.
Los principales objetivos de la misión eran los siguientes:
- Identificar las condiciones de viento más desfavorables a las que puede estar sometido el emplazamiento
- Caracteriza los efectos del emplazamiento generados por la forma del edificio y las estructuras vecinas;
- Cartografía de las velocidades del aire alrededor de la torre para ocho direcciones principales
- Determina las presiones ejer cidas sobre todas las paredes de la torre (fachadas, ventanas, mosaicos, mástiles)
- Identificar las zonas de riesgo y las presiones máximas alcanzadas
- Evaluación del confort aerodinámico en terrazas en condiciones de viento medio
¿Por qué utilizar CFD para estudiar el impacto del viento en una torre?
La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) resuelve numéricamente las ecuaciones diferenciales parciales que rigen los flujos de fluidos. Aplicada a los edificios, proporciona información precisa sobre las velocidades del aire, las presiones y los fenómenos aerodinámicos que se producen alrededor y dentro de las estructuras, incluso en estructuras complejas y teniendo en cuenta el entorno.
Se elaboró un modelo 3D adaptado específicamente a la resolución digital utilizando planos suministrados por el cliente e imágenes de satélite. La geometría incorpora la torre CASCADES, así como todos los edificios circundantes susceptibles de generar máscaras aerodinámicas significativas. Los detalles geométricos con escaso impacto aerodinámico se simplifican deliberadamente para concentrar la potencia de cálculo en las zonas de interés.
Origen y caracterización de los vientos in situ
Perfil del viento utilizado para las simulaciones
El viento observado a nivel del suelo está muy influido por la estructura vertical de la capa límite atmosférica, que se divide en tres subcapas distintas: la subcapa rugosa (unos pocos metros), la capa límite superficial (de 10 a 100 m), donde hay fuertes gradientes de velocidad, y la capa exterior o subcapa inercial (hasta ~1 km), poco afectada por la topografía. La velocidad del viento aumenta con la altitud según un perfil logarítmico -fenómeno conocido como cizalladura vertical- que está en el centro de toda modelización CFD de emplazamientos urbanos.
Cálculo de las velocidades extremas del viento durante un periodo de 50 años utilizando la norma EUROCODE
Las velocidades extremas del viento en un periodo de retorno de 50 años se determinaron de acuerdo con la norma Eurocódigo NF EN 1991-1-4, referencia reglamentaria para calcular las acciones del viento sobre las estructuras. Este enfoque se basa en la utilización de velocidades del viento de referencia definidas a escala nacional, corregidas en función de las características locales del emplazamiento: rugosidad del terreno, topografía, altitud y categoría del terreno circundante. Los cálculos permiten obtener las velocidades del viento de diseño asociadas a un suceso meteorológico poco frecuente pero estadísticamente representativo de la vida útil de la estructura. Estas velocidades extremas constituyen los datos de entrada para las simulaciones CFD y se utilizan para diseñar las fachadas expuestas, los elementos de la cubierta y los equipos, a fin de garantizar la estabilidad y la seguridad de la torre frente a los esfuerzos aerodinámicos más severos.
Resultados de estudios numéricos de vientos extremos: Presión y velocidades
Velocidades del viento, rachas y efectos en el emplazamiento
El análisis multidireccional puso de manifiesto varios fenómenos aerodinámicos significativos alrededor de la torre:
- Aceleración de los bordes:los bordes verticales de la torre generan sobrevelocidades localizadas y vórtices turbulentos en todas las direcciones del viento.
- Efecto Venturi:al oeste, un corredor formado por edificios situados aguas arriba canaliza el flujo, amplificando considerablemente las velocidades y generando la presión máxima que se observa en los mosaicos de la fachada.
- Exposición directa:al este, la ausencia de edificios aguas arriba expone directamente la torre al viento incidente, lo que provoca las mayores presiones sobre los mástiles.
- Zonas de refugio: para determinadas orientaciones, la presencia de edificios circundantes genera zonas de recirculación que protegen parcialmente a la torre de los esfuerzos máximos.
La parte inferior de la torre se beneficia del abrigo que le proporcionan los edificios circundantes; por el contrario, los niveles superiores -que se extienden más allá del tejido urbano- están directamente expuestos al viento incidente, generando las máximas tensiones en las fachadas y los elementos de la cubierta.
Estudio de presiones sobre muros y zonas sensibles
Se utilizaron simulaciones CFD para determinar los campos de presión ejercidos por el viento sobre todas las superficies de la torre para las distintas direcciones estudiadas. Para cada elemento de la fachada, se calcularon las presiones mínimas y máximas con el fin de identificar las cargas extremas que probablemente se produzcan durante la fase de funcionamiento o durante eventos de viento severo. Este enfoque proporciona una envolvente completa de las cargas aerodinámicas aplicadas a la estructura y a los elementos adosados.
Los resultados ponen de manifiesto la coexistencia de presiones positivas y negativas según la orientación de las fachadas y la dinámica local del flujo. Las presiones positivas corresponden a zonas de impacto directo del viento sobre la fachada: el flujo comprime las superficies y aplica una fuerza dirigida hacia el interior del edificio. Por el contrario, las presiones negativas reflejan un fenómeno de succión generado por las separaciones de flujo y las zonas de recirculación; las fuerzas se dirigen entonces hacia el exterior de la estructura. Esta distinción es especialmente importante a la hora de dimensionar los elementos de fachada y los sistemas de fijación, ya que algunos componentes son más sensibles a los fenómenos de arrancamiento que a las fuerzas de compresión.
Por tanto, se realizó un zoom local sobre las zonas consideradas sensibles en el proyecto para obtener una lectura detallada de las tensiones aerodinámicas. Se realizaron análisis específicos en mástiles de luz, mosaicos de fachada, ventanas y barandillas, para caracterizar con precisión los niveles de presión alcanzados y orientar el diseño de los elementos expuestos.
Comparación de los resultados numéricos con los valores de referencia
La comparación entre los resultados CFD y los valores analíticos de la norma Eurocódigo (NF EN 1991-1-4) en un caso simplificado (sin edificios circundantes, viento en contra) confirma una buena coherencia entre los dos enfoques. Las presiones obtenidas por simulación numérica están contenidas dentro del intervalo de presiones calculado según la norma, siendo esta última más conservadora, lo que valida la pertinencia del dimensionamiento normativo para la resistencia a las cargas de viento en los elementos de fachada.
Análisis CFD del viento en altura: resumen de resultados y aportaciones
Garantizar el confort de los ocupantes en altura
La comparación entre los resultados CFD y los valores analíticos de la norma Eurocódigo (NF EN 1991-1-4) en un caso simplificado (sin edificios circundantes, viento en contra) confirma una buena coherencia entre los dos enfoques. Las presiones obtenidas por simulación numérica están contenidas dentro del intervalo de presiones calculado según la norma, siendo esta última más conservadora, lo que valida la pertinencia del dimensionamiento normativo para la resistencia a las cargas de viento en los elementos de fachada.
El estudio de confort se realiza para la velocidad media anual del viento predominante, que es el escenario más representativo de las condiciones de uso de las terrazas (verano, entretiempo). Los campos de velocidad para cada nivel de terraza permiten identificar :
- Zonas de confort óptimo, protegidas por elementos arquitectónicos
- Zonas de aceleración local que deben tratarse en el diseño (barandillas, cortavientos)
- Terrazas expuestas que requieren recomendaciones específicas
Interpretación del confort del viento según la escala de Beaufort (edificios altos y terrazas)
El análisis de las velocidades del viento en las distintas terrazas se interpreta utilizando la escala de Beaufort, una referencia internacional para relacionar las velocidades del flujo con los efectos que sienten los usuarios. Esta escala, que va de 0 a 12 niveles, proporciona una evaluación cualitativa y cuantitativa de la intensidad del viento, desde condiciones de calma total hasta vientos fuertes que pueden limitar o incluso prohibir determinadas actividades al aire libre.
En el contexto de un edificio de gran altura, esta lectura es especialmente relevante porque permite traducir los resultados del CFD en criterios de confort que pueden utilizar directamente los equipos de diseño y arquitectura. Las zonas identificadas por debajo de los umbrales de incomodidad corresponden generalmente a espacios de fácil manejo para los usuarios, mientras que los niveles más altos de la escala (Beaufort 5 y superiores) reflejan condiciones potencialmente incómodas que requieren dispositivos de protección o una reconfiguración de los usos.
Optimización del confort aeráulico y recomendaciones de diseño para las terrazas IGH
Además de identificar simplemente las zonas de confort, el estudio CFD proporciona orientación sobre los principios de diseño y mitigación destinados a mejorar el comportamiento aeráulico de las terrazas. El análisis de los campos de velocidad pone de manifiesto las zonas de aceleración asociadas a los voladizos del tejado, las esquinas de las torres y las discontinuidades geométricas.
Para mejorar la comodidad de los usuarios, se pueden considerar varias palancas de diseño: instalar barandillas sólidas o semipermeables, añadir cortavientos arquitectónicos, crear volúmenes amortiguadores u optimizar la disposición del mobiliario y los caminos. Estas medidas reducen localmente la velocidad del viento y limitan las turbulencias, mejorando significativamente la comodidad de uso de las terrazas en condiciones de viento medio anual. Este enfoque integrado entre simulación numérica y recomendaciones arquitectónicas garantiza un equilibrio entre el rendimiento aerodinámico, la seguridad de los usuarios y la calidad de los usos exteriores en altura.
Análisis CFD del viento en altura: resumen de resultados y aportaciones
Utilización del CFD para comprender los efectos del viento en un edificio de gran altura
El estudio CFD realizado en la torre CASCADES puso de manifiesto los principales comportamientos aerodinámicos del emplazamiento, en particular las aceleraciones locales, los efectos de canalización, las zonas de recirculación y la elevada exposición en la parte superior de la estructura. Este enfoque numérico proporciona un análisis detallado, espacializado y multidireccional de las velocidades y presiones, mucho más detallado que un enfoque puramente analítico.
A diferencia de los métodos del Eurocódigo, que son deliberadamente envolventes y simplificados, el CFD tiene en cuenta la geometría real del proyecto y su entorno construido, ofreciendo una mejor representación de los efectos del emplazamiento y las concentraciones locales de esfuerzos. Por tanto, es una herramienta complementaria esencial, que proporciona una comprensión más realista y operativa de las acciones del viento sobre los edificios de gran altura.
Reducir las molestias del viento en los edificios: ventajas del CFD y aplicaciones
Los estudios CFD de este tipo forman parte de la práctica actual aplicada a edificios altos y entornos urbanos complejos, donde se utilizan para el dimensionado de fachadas, la optimización de elementos expuestos y el análisis del confort exterior. Son especialmente relevantes cuando los enfoques analíticos alcanzan sus límites debido a la complejidad geométrica y las interacciones urbanas, ofreciendo una representación tridimensional más fiel de los flujos. Estas herramientas pueden ampliarse a otras cuestiones como el confort térmico exterior, la dispersión de contaminantes y la optimización energética a escala urbana, lo que confirma su creciente papel en el diseño integrado de proyectos arquitectónicos y urbanos.
Vídeo resumen del estudio
Resumen del estudio
En el marco de la construcción de un nuevo bloque de torres en Caen, EOLIOS ha realizado un estudio CFD completo para analizar los efectos del viento en un entorno urbano denso, en términos de velocidades y presiones. El planteamiento combina el análisis meteorológico del Eurocódigo, los datos de ASHRAE y simulaciones numéricas multidireccionales para garantizar la seguridad y el confort de los futuros usuarios.
Vídeo resumen de la misión
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