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Acoplamiento 3D de sistemas resistentes a carga lateral para mejorar el comportamiento sísmico de edificios de madera de múltiples pisos

Nombre: 3D Coupling of lateral force resisting systems for enhancing the seismic performance of timber multy-story buildings
Fecha Inicio: 2020-11-02
Fecha Término: 2022-03-31
Jefe de Proyecto: Diego Valdivieso
Mandante: FINANCIADO POR CAPITAL SEMILLA PARA EL DOCTORADO DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA 2020, TECNO FAST Y SIMPSON STRONG-TIE CHILE.
Contacto: contactocim@uc.cl

  portadilla acoplamiento 3d mejoramiento sismico

 

La forma de diseñar y posteriormente construir los edificios de entramado ligero de madera al no considerar el aporte de los muros fuera del plano (i.e. caso de muros no-planares tipo T, L y U tipicamente encontrados en edificios), ha llevado a diseños estructurales poco eficientes, requiriendo excesivos anclajes para poder erigir una edificación e impactando directamente el budget del proyecto debido a la deficiente optimización de la distribución de anclajes en muros no-planares.  

A esto se suma las falencias que se han vuelto visibles en los actuales modelos mecánicos para este tipo de muros de entramado ligero, modelos que actualmente están fallando en la predicción de desplazamientos laterales en una aproximación de 30%, y también en la estimación de las fuerzas inducidas por sismos. 

Estas problemáticas son las que el proyecto “Acoplamiento 3D de sistemas resistentes a carga lateral para mejorar el comportamiento sísmico de edificios de madera de múltiples pisos” apunta a responder.

Con el objetivo de lograr eficiencia técnico-económica en el diseño estructural, esta investigación propone acoplar diversos muros de corte entre sí (i.e. muros no planares en L, T o U), y acoplar estos a su vez a las losas de piso o techo. El argumento detrás de esta idea es permitir que los anclajes deban resistir fuerzas menores sobre ellos, y a la vez, reducir el número de estos en la construcción al llevar desde 2 hasta 4 muros a compartir sus anclajes. 

Estos cambios ayudarían a reducir los costos de construcción, y supondrían un gran avance al entendimiento del comportamiento de los edificios de entramado ligero, ayudando con información y soluciones a la masificación de la construcción con madera. 

Actualmente, este proyecto se encuentra pronto a su finalización, tras haber realizado de manera exitosa su base experimental, terminada en marzo del 2022. 

En la base experimental, se llevó a cabo una campaña con el fin de obtener la histéresis y modos de falla de una probeta a escala real, representativa de un edificio de 6 a 7 pisos de entramado ligero de madera diseñado con base a los requerimientos sísmicos normativos chilenos. Esta involucró la evaluación de un muro no planar en T y un muro plano 2D conectados por medio de un diafragma de piso.

acoplamiento 3d mejoramiento sismico 1

 

Una caracterización apropiada de la histéresis en muros no planares requiere aplicar un protocolo de carga bidireccional, según lo dispuesto por FEMA 461 y la ASTM E2126. Dicho protocolo es controlado por desplazamiento, con una amplitud máxima de 152 [mm] y 50 [mm] en la dirección longitudinal (en verde) y transversal (en azul) de la probeta, respectivamente.

Finalmente, con el fin de evaluar el efecto de la carga axial en la respuesta lateral de muros no planares y planos, en una de las etapas del ensayo se consideró la aplicación de carga axial (en naranjo) sobre los muros, cuya magnitud se estimó para ser representativa de muros ubicados en un primer piso de un edificio de 6 a 7 pisos. Esto implicó la realización de ensayos 3D, donde actuadores en 3 direcciones debieron ser coordinados para lograr el éxito del ensayo.

A modo de resultados preliminares, se observó un incremento de un 20% y 98% en la rigidez inicial y capacidad última del muro en T respecto del muro plano, al comparar una respuesta lateral, no teniendo en cuenta el efecto del diafragma y carga axial. 

En este momento, el equipo liderado por Diego Valdivieso está trabajando en el procesamiento de datos de las etapas siguientes al ensayo. La conclusión preliminar de estudio es que la consideración de los muros no planares tendrá una influencia estructural significativa en la respuesta lateral de edificios construidos con entramado ligero de madera.

 

 

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