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Comportamiento bidireccional de módulo de vivienda de entramado ligero en guadua laminada a escala real

Detalles del Proyecto

  • Autor

    Leonardo García Bottia

Director 

Juan Francisco Correal. Phd. 

 

Descripción

En Colombia, la evaluación de capacidad de carga para puentes existentes se realiza, en algunos casos, con los camiones legales propuestos para Estados Unidos, los cuales están consignados en The Manual For Bridge Evaluation (MBE). Estos camiones no buscan representar ningún fabricante o alguna referencia específicamente sino son resultado de estudios que contemplan la configuración vehicular y transporte de carga del país. Por este motivo, es inadecuado evaluar los puentes en Colombia con vehículos desarrollados en otros contextos muy alejados de la realidad de Colombia. Dado que, hasta la fecha, no se tiene ninguna investigación local en este tema, el objetivo de este estudio es proponer un conjunto de camiones legales para la evaluación de capacidad de carga de puentes existentes en Colombia. La metodología consiste en tres módulos. En el primero, se estima la capacidad de los puentes arquetipos; en el segundo, se obtienen los efectos máximos diarios (cortante y momento) sobre los puentes por carga viva “real” proyectados a cinco años. Finalmente, en el tercer módulo se realiza un análisis de confiabilidad para verificar que el índice de confiabilidad promedio del conjunto de puentes sea superior a 2.5. Se seleccionaron tres tipologías de puentes arquetipo: concreto reforzado con vigas rectangulares (CRVR), concreto presforzado con vigas en I (CPVI) y concreto reforzado de losa maciza (CRLM). La capacidad se calculó suponiendo que el puente tiene un rating factor igual a 1.0. El modelo de carga viva contempló registros de pesos de camiones en las vías colombianas. Se modelaron cuatro departamentos del país: Atlántico, Boyacá, Cauca y Valle del Cauca. Se consideraron dos TPD 1000 y 5000. Del análisis de confiabilidad, se concluyó que los camiones legales propuestos para Colombia son C3 y C3S3 los cuales condujeron a diseños con índices de confiabilidad mayores al límite establecido

El desarrollo de sistemas constructivos sostenibles es crucial para abordar el déficit de vivienda de interés social. En este contexto, los sistemas modulares de Guadua laminada surgen como una alternativa viable, económica y sostenible. La investigación ha abordado la caracterización físico-mecánica de la Guadua y la capacidad estructural de sus paneles en muros, validando experimentalmente su comportamiento estructural mediante la construcción de un prototipo a escala real.
El sistema estructural analizado sigue el concepto de entramado ligero, compuesto por muros y pisos que trabajan en conjunto para resistir cargas gravitacionales y sísmicas. Se evaluaron los elementos clave, como viguetas, diafragmas, muros modulares y conexiones, para garantizar su desempeño estructural.

El proyecto se desarrolló en cuatro fases principales:
1.Caracterización de las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua laminada.
2.Evaluación de la capacidad estructural de los paneles en muros.
3.Estudio de viabilidad técnica y económica.
4.Validación experimental del sistema.

Inicialmente, se planeó una edificación completamente en Guadua laminada, pero por restricciones económicas y técnicas, se optó por un sistema híbrido con entramado de pino y paneles de Guadua. Para evaluar su comportamiento, se realizaron ensayos experimentales y modelaciones con software especializado.
En 2010, se probó un módulo en mesa vibratoria en CIMOC (Uniandes), pero el ensayo no alcanzó niveles de daño estructural significativos. Ahora, se propone un ensayo cíclico bidireccional controlado por desplazamientos, buscando evaluar la resistencia y puntos críticos del sistema. Se definió el protocolo de ensayo, la instrumentación y la metodología para capturar datos precisos sobre su comportamiento estructural.
Finalmente, los resultados preliminares y estudios previos sugieren ajustes en los modelos estructurales para describir con mayor precisión el comportamiento real del sistema, consolidando la viabilidad del uso de Guadua laminada en la construcción de viviendas sostenibles en Colombia.

Objetivos

La investigación desarrollada tiene como objetivo principal validar experimentalmente, en un prototipo a escala real, que el sistema modular de Guadua laminada propuesto tenga adecuado comportamiento y capacidad estructural, así como estudiar su viabilidad constructiva. Los objetivos específicos del proyecto son los siguientes:
1. Definir, diseñar, construir y ensayar el prototipo, aplicando un protocolo representativo de la respuesta sísmica del módulo. Establecer el comportamiento y valores de resistencia esperados, basado en estudios previos y ensayos de conexiones y muros.
2. Establecer el comportamiento y aporte a la rigidez y resistencia de los muros en T, muros en L y muros de pisos superiores del sistema modular en Guadua laminada, considerando que en la fase de diseño se asumen como elementos independientes y que en realidad son diafragmas que interactúan entre ellos.
3. Evaluar si el comportamiento global del módulo es adecuado y coherente con el modo esperado de falla y el mecanismo de disipación supuesto. Calcular el periodo experimental de la estructura.
4. Generar recomendaciones y correcciones a las ecuaciones y modelos idealizados para que representen de forma más adecuada el comportamiento de una estructura real fabricada con un sistema modular de Guadua laminada.

El Problema

Las condiciones de vida en viviendas de interés social han ido en constante detrimento durante las últimas décadas. El acelerado incremento en la demanda éstas viviendas, evidente tras la comparación de los censos de 1993 y 2005 (1) (2), y la consecuente necesidad de formular proyectos de gran envergadura con viabilidad económica y atractivos para las partes involucradas, han sido las principales causas de la primacía de la funcionalidad sobre la calidad de vida de sus habitantes. Dado este contexto, la búsqueda de alternativas de construcción financieramente viables y que procuren la mejora de las condiciones actuales se presenta como una necesidad primordial para el desarrollo sostenible de viviendas de interés social. En respuesta a esto, el Centro de Investigación en Materiales y Obras Civiles CIMOC radicó en 2012 ante Colciencias un proyecto para la posible implementación de muros de Guadua laminada como alternativa sostenible de construcción para viviendas de interés social; dado el excelente comportamiento estructural, mostrado en investigaciones previas, de este material.
Para lograr el objetivo planteado en el proyecto, la investigación se ha estructurado en distintas fases que, de acuerdo a los lineamientos prescritos en la Norma Sismo Resistente Colombiana NSR-10, han contemplado desde la caracterización mecánica del material hasta el diseño de prototipos de viviendas modulares. El presente documento, como parte del desarrollo del proyecto, tiene como objeto la validación experimental del comportamiento y capacidad estructural del sistema modular de Guadua laminada. Un prototipo a escala real de un módulo de vivienda con paneles de Guadua laminada fue ensayado bajo un protocolo de carga cíclico-bidireccional. Los resultados del experimento muestran el adecuado comportamiento del sistema modular de paneles de guadua, evidencian los puntos débiles de la estructura y diferencian el comportamiento de la misma con respecto al de muros individuales de guadua.

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