Investigación analiza el comportamiento estructural de diafragmas de piso entramado ligero de madera en edificios de mediana altura

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13 de Diciembre, 2021

Con una metodología basada en la normativa norteamericana y aplicando tres condiciones de rigidez de muros en una construcción de cuatro pisos, se estudiaron las reacciones ante cargas laterales y gravitacionales. Los resultados dan cuenta de su efectividad en caso de sismos y sitúan al material como una gran opción para utilizarlo en edificaciones de varios niveles en Chile.

Alfonso Cádiz y Javiera Llantén, ambos de la carrera de ingeniería en obras civiles de la Universidad de Santiago de Chile (USACH), son los realizadores de esta investigación que, al mismo tiempo, fue su memoria de título. Su profesor guía fue Diego Valdivieso y su nombre, “Modelamiento de diafragmas de piso de entramado ligero de madera para representar su comportamiento estructural”, fueron los ganadores del tercer lugar del concurso de Ingeniería y Construcción en madera en la Semana de la Madera 2021.

Cádiz señala que “somos conscientes del bajo porcentaje de edificaciones que se desarrollan en madera. Principalmente se aplica en la construcción de casas, pero no avanza hacia una mayor envergadura como edificios de mediana altura. Y creemos que un factor que influye directamente en esta situación es la norma chilena NCh 1198, la cual no entrega disposiciones o métodos de diseño que permitan el cálculo del sistema resistente a la carga lateral, lo cual es sumamente importante al ser Chile un país sísmico. Por otro lado, consideramos que existe una desinformación por parte de la ciudadanía respecto a las características y cualidades que tiene la madera, produciendo que la población se incline por otros materiales de construcción”. 

Es así como este proyecto analizó el comportamiento estructural de un diafragma de piso de entramado ligero de madera dentro y fuera de su plano—, ante cargas laterales y gravitacionales. El objetivo era ver su reacción en un edificio de mediana altura, en este caso, compuesto por cuatro plantas. 

Metodología

Se analizaron las normativas SDPWS (Estados Unidos) y la NCh 1198 (Chile) / A.C

Antes de poner manos a la obra, hubo que realizar un importante trabajo de recopilación y estudio, lo que implicó bastante tiempo de labor teórica para no dejar escapar detalles. Sobre todo, teniendo en cuenta los diversos aspectos técnicos a considerar y evaluar durante el proceso. 

Según dice Cádiz, comenzaron estudiando información de diversas fuentes, como la normativa norteamericana Special Design Provisions for Wind and Seismic SDPWS (SDPWS) – de donde se obtuvo la mayor parte de la metodología, la tesis doctoral de Daniel Moroder la cual abarca en mayor profundidad los diafragmas de piso de madera y, también, la norma chilena NCh 1198, particularmente, para conocer si entregaba alguna disposición a considerar.

“Continuamos desarrollando una metodología que nos permitiera, a partir de ciertas variables, representar los dos comportamientos del diafragma”, dice Cádiz. “Por un lado, para el efecto dentro del plano del diafragma, obtuvimos rigideces equivalentes a partir de las ecuaciones de deflexión entregadas por la SDPWS y APA, mientras que para el comportamiento fuera del plano utilizamos el método gamma, pero realizando modificaciones y agregando parámetros que permitieran lograr nuestro objetivo. Estas metodologías se ejecutaron por separado desarrollando modelos de prueba en SAP2000 para así, posteriormente, compatibilizar ambos efectos determinando los parámetros necesarios del macroelemento que logró representar al diafragma de piso en modelación”. 

Para contextualizar, en la investigación se aplicaron tres condiciones de dureza de muros: rígidos, flexibles y el de condiciones normales. ¿La razón? Para analizar cómo el diafragma de piso entramado ligero distribuía las cargas a los elementos verticales. Así, por ejemplo, en el caso de considerar al diafragma como rígido, éste distribuiría las cargas por rigidez de los elementos verticales. En tanto, en el caso de diafragma flexible, la distribución se lleva a cabo según área tributaria. Lo expuesto, vale aclarar, se encuentra indicado en la norma norteamericana SDPWS.

Conclusiones del proyecto

Se analizó el comportamiento estructural de un diafragma de piso de entramado ligero de madera ante cargas laterales y gravitacionales / A.C.

Al momento de obtener respuestas, surgen interesantes apreciaciones acerca de cómo se comporta el piso entramado ligero de madera ante estos estímulos. En palabras de Cádiz, se pudo observar que “para una condición normal de rigidez de los muros, el diafragma se categorizaba como rígido, pero éste no logró distribuir las cargas según la rigidez de los elementos verticales como indica la SDPWS, sino más bien como una situación intermedia, presentando porcentaje de diferencia similar tanto para una distribución por rigidez como por área tributaria. Sólo en casos donde los muros eran muy flexibles o muy rígidos, la distribución de carga coincidía con la categorización correspondiente, entregando bajos porcentajes de diferencia. Respecto a las deformaciones tanto dentro como fuera del plano del diafragma de piso, el macroelemento representó de manera óptima el comportamiento del diafragma, arrojando bajos porcentajes de diferencia respecto a los valores calculados a partir de las ecuaciones entregadas por la SDPWS y APA”, explica.       

Por todo lo anterior, se concluye que el citado macroelemento, con las metodologías y consideraciones aplicadas en su desarrollo, representa correctamente las deformaciones sufridas por el diafragma de piso de entramado ligero. También, la incompatibilidad existente entre la categorización del diafragma y la forma en que éste distribuía la carga, llevan al cuestionamiento sobre la posible falta de criterios adicionales para clasificarlo como rígido o flexible y/o tener en consideración que es posible que el mismo no pueda ser capaz de comportarse completamente como rígido, sino que predomine una semirrigidez.    

Respecto a las ventajas que entrega la madera al realizar una investigación de estas características, Cádiz considera que “la ligereza de la madera permite a la edificación presentar un mejor comportamiento sísmico y, por otro lado, el sistema constructivo estudiado, desarrollado en madera, permite un muy alto nivel de prefabricación, generando menor tiempo de construcción, además de la disminución de costos. Ventajas como éstas indican el gran potencial que tiene la madera en la construcción y esperamos que estudios como el que llevamos a cabo, junto a futuras validaciones experimentales de la metodología, sean un aporte al desarrollo del diseño en madera y una contribución en el camino hacia mayores edificaciones con este material”, finaliza. 


Escrito por Felipe De la Cerda E.
Fotografía principal cortesía Alfonso Cádiz

 

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