Modelación de Muros de Madera en Entramado Ligero mediante Elementos Link y Frame implementado en Software ETABS
El creciente interés por sistemas estructurales de madera, debido a sus propiedades relacionadas con la sostenibilidad, eficiencia energética, industrialización y buen desempeño sísmico, requiere comprender su comportamiento mediante una correcta modelación. Si bien existen diversas normas y guías de diseño, no se cuenta con un modelo de muros de corte que represente de forma adecuada los métodos analíticos y estudios vigentes. Existen modelos simplificados, pero no incorporan los efectos acumulados ni tridimensionales y algunos no admiten levantamiento. Y los modelos detallados requieren un gran costo computacional debido a su no linealidad. Hay softwares especializados como TimberTech, S-Timber, SapWood, entre otros, pero no están familiarizados en Chile.
El diseño de estructuras de madera presenta algunos problemas, como el fundamento del diseño sísmico basado en premisas simples, la incertidumbre en la modelación de muros y losas y que los softwares específicos no son utilizados mayormente en Chile. En este contexto, se propone un modelo simple de muros en entramado ligero implementado en ETABS, según normas y estudios vigentes. Se tiene como referencia la norma estadounidense Special Design Provisions for Wind and Seismic, donde el desplazamiento viene dado por la flexión de los pies derechos de borde, corte del tablero y patrón de clavado y volcamiento producto del sistema de anclaje.
El modelo consiste en un marco compuesto por elementos frame rígidos que representan las soleras, elementos link verticales con la rigidez del anclaje en tracción y muy rígidos en compresión, y elementos link diagonales con la rigidez de flexión y corte en compresión y muy flexibles en tracción. El modelo se aplicó en muros y fue comparado con la ecuación del SDPWS, incluyendo el volcamiento acumulado propuesto en el código Canadian Standard Association O86-14 y validado por Bagheri. El modelo 2D permitió evaluar desplazamientos y esfuerzos de corte y tracción, cuyos resultados son iguales a los analíticos, lo que permite concluir una correcta implementación.
Se modeló un edificio de 4 pisos diseñado bajo metodologías analíticas sin considerar giro acumulado. El período obtenido es igual al calculado analíticamente considerando anclajes inactivos. La distribución de corte cambió levemente con respecto al método analítico, las tracciones se redujeron hasta en un 80% y el drift disminuyó en promedio un 20%. Las diferencias se atribuyen a las condiciones de borde de muros perpendiculares y diafragma de piso. También se observaron tracciones en los muros perpendiculares y momentos y cortes sísmicos en las vigas de entrepiso.
El modelo propuesto representa de mejor manera al edificio que el método analítico, ya que incorpora el acoplamiento debido al diafragma y a muros perpendiculares. Estos efectos tienen importantes implicancias en el diseño del sistema de anclaje y no son considerados en la metodología tradicional. El Modelo Link-Frame se presenta como una herramienta de modelación y diseño de muros de corte para edificios de madera, aplicable en softwares de elementos finitos como ETABS o SAP2000. En los futuros trabajos se destaca incluir otras fuentes de rigidez, modelar la losa, evaluar el diseño en términos de desempeño y estudiar de forma experimental el acoplamiento tridimensional.
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Lámina N°1
