Desempeño vibratorio de losas CLT sometidas a caminatas en un edificio de 5 pisos.

Descripción general de la propuesta

Este proyecto evalúa múltiples caminatas individuales en una losa de CLT existente en un edificio completamente construido en madera contralaminada. Se emplean herramientas como análisis modal operacional (OMA) para realizar la caracterización dinámica de la losa. En una segunda etapa se consideró la elaboración de un modelo numérico detallado a través de un software de elementos finitos, el cual permite la evaluación de indicadores de desempeño relevantes. Finalmente, se realizó calibración del modelo numérico mediante un proceso iterativo basado en Análisis de Sensibilidad Regional (RSA) y muestreos aleatorios mediante Latin Hypercube Sampling (LHS).

Generación Conceptual

El proyecto lleva a cabo una campaña de mediciones experimentales para múltiples caminatas individuales de 5 caminantes y 5 frecuencias de paso distintas, lo que permite caracterizar el comportamiento dinámico de la losa en estudio. A partir de la información recopilada se realiza la modelación numérica y calibración de un modelo de elementos finitos para obtener parámetros de relevancia ajustados. Este estudio se fundamenta en el aumento del uso de madera contralaminada como solución estructural, acompañada de la falta de información y aspectos normativos frente al comportamiento vibratorio bajo excitación por caminatas. Lo anterior representa un aspecto crítico en el diseño y confort de sus ocupantes.

Solución técnica y creación de valor a través del material

La solución propuesta permite definir propiedades mecánicas clave para la modelación de losas de CLT, como los módulos de elasticidad y densidad de la madera. Así mismo, se obtienen recomendaciones referentes a las condiciones de borde reales existentes en edificios de madera contralaminada, las cuales se ven fuertemente influenciadas por el peso de pisos superiores y la rigidez de conectores. Lo anterior se traduce en losas cuyas condiciones de borde se aproximan a empotramientos, diferenciándose de los casos frecuentemente recomendados en donde la losa es modelada como un elemento simplemente apoyado.

Solución formal y de Producción

Los datos recopilados de la etapa experimental fueron analizados mediante métodos de análisis modal operacional, obteniendo los tres modos de vibrar verticales principales de la losa con sus respectivas frecuencias y amortiguamientos. En base a la información recopilada se obtuvieron propiedades mecánicas y condiciones de borde calibradas para un modelo numérico, el cual permite realizar simulaciones y evaluar de forma simplificada el comportamiento vibratorio esperado para la losa. Las variables calibradas corresponden  a la densidad y módulo de elasticidad de la madera, la rigidez rotacional de las conexiones losa-losa y de conexiones muro-losa.

Cualidad Funcional

El modelo calibrado alcanza un error promedio de un 1.1% para un Modal Assurance Criterion (MAC) del 99.6% con respecto a los modos verticales experimentales correspondientes. Por otra parte, si bien el VDV numérico sobreestima en un 21.05% lo obtenido para un evento similar observado en terreno, el modelo representa una aproximación válida y simplificada del comportamiento vibratorio esperado. Lo anterior confirma que las propiedades mecánicas y condiciones de borde obtenidas son aplicables a la modelación numérica de losas CLT y representan un enfoque conservador con respecto al comportamiento real esperado.

Impacto y Potencialidad de la innovación

El principal impacto del proyecto se enfoca en el sector de la Ingeniería, Construcción y Arquitectura. Esta investigación representa un aporte fundamental al conocimiento científico y práctico, permitiendo entregar recomendaciones para una modelación más realista de las condiciones de borde en losas de CLT, como también de sus propiedades mecánicas. Específicamente en este caso, la rigidez rotacional alcanza valores relativos entre 0.77 y 0.82 respecto a un empotramiento perfecto, lo cual difiere en gran medida de un apoyo simple y es una consideración importante para evaluar en futuras modelaciones. Las próximas etapas de este proyecto consideran la evaluación numérica de la totalidad de caminatas registradas, lo cual podría traducirse en un aporte fundamental en criterios y recomendaciones de diseño, en complemento al marco normativo que actualmente se encuentra en desarrollo en Chile.