El peso del viento – Cómo los postes de señalización resisten las cargas aerodinámicas

El viento puede ser invisible, pero ejerce una fuerza formidable sobre un poste de señalización. Los ingenieros tratan cada conjunto de señalización como una estructura que debe soportar cargas aerodinámicas sin fallar ni fatigarse a lo largo de décadas. La ecuación fundamental comienza con la presión de velocidad: q=0.613KzKztKdKeV² (en pascales, según ASCE 7-16), donde V es la velocidad básica del viento en metros por segundo y Ke tiene en cuenta la menor densidad del aire en altitudes mayores. Esta presión, multiplicada por el área de la señal’y por un coeficiente de arrastre, determina la fuerza lateral que actúa sobre el poste.

 

Incluso una señal modesta de 1.2 metros por 0.9 metros sobre un solo poste puede experimentar más de 1,500 Newtons de fuerza con un viento de 160 km/h—, equivalente a más de 150 kilograms de peso lateral. En las peores condiciones, incluidos los efectos de las ráfagas y un montaje sin protección, esta fuerza puede acercarse a 1,850 Newtons. El coeficiente de arrastre de una placa rectangular plana perpendicular al flujo es de aproximadamente 1.2, pero aumenta si la señal tiene elementos añadidos como soportes o permanece sin protección.

 

Más allá de la presión estática, el comportamiento dinámico del poste es fundamental. Un poste cilíndrico o de canal en U expuesto a un viento constante puede experimentar vibración inducida por vórtices. A medida que el viento fluye alrededor del poste, se desprenden vórtices alternos de baja presión desde lados opuestos, creando una fuerza fluctuante transversal al viento. Si la frecuencia de desprendimiento coincide con la frecuencia natural del poste’, se produce resonancia. Esto puede provocar rápidamente grietas por fatiga en la base o en los orificios de los pernos. Los ingenieros lo mitigan seleccionando formas de poste con distintos números de Strouhal, añadiendo aletas helicoidales (aletas Scruton) para alterar la formación de vórtices o instalando amortiguadores de masa sintonizados.

 

La cimentación debe resistir el momento flector transmitido por el poste. En un poste de señalización en voladizo típico, el momento flector máximo se produce al nivel del suelo y es igual a la fuerza del viento multiplicada por la distancia desde el centro de presión de la señal’ hasta la base. Los tipos de suelo y los diseños de anclaje se especifican en las normas AASHTO para garantizar que la resistencia al vuelco de la cimentación’ supere el momento aplicado con un coeficiente de seguridad de al menos 1.5.

 

Así, un poste de señalización que se mantiene rígido junto a la carretera no está simplemente clavado en el suelo; es un sistema aerodinámico finamente ajustado, diseñado para soportar el peso del viento, temporada de tormentas tras temporada de tormentas.