Investigación propone mejoras a la resistencia sísmica en edificios de madera de mediana altura

Nicool Astroza ganó la votación online del público en el Concurso de Ingeniería de Madera21. La estudiante de ingeniería civil de la UBB de Concepción se presentó al certamen con su proyecto de tesis, donde analizó la vulnerabilidad sísmica de edificios de mediana altura de madera con el fin de “romper la brecha de seguridad” y proponer una solución constructiva que integre estas mejoras.

12/12/2019

El ingeniero civil Franco Benedetti fue el profesor guía con el que Nicool Astroza Méndez se presentó al Concurso de Ingeniería de Madera21 enmarcado en la Semana de la Madera 2019. El docente de la Universidad del Bío-Bío de Concepción también supervisó y evaluó el proyecto de tesis de Astroza, así como lo ha hecho con otros estudiantes que han pasado por el proceso de titulación. Antes que ella, otro alumno había basado su tesis en el estudio de un edificio de madera de tres pisos, sujeto a un modo de falla frágil, es decir, con un alto grado de vulnerabilidad sísmica. Se determinó dicho comportamiento por la razón de margen de colapso que se obtuvo en base a la curvas de fragilidad. A partir de eso, lo que hizo Astroza fue proponer y proporcionar "un sistema que disminuyera esta vulnerabilidad e inseguridad, pasando de un modo de falla frágil a un modelo más dúctil".

Ese fue el planteamiento central de su proyecto de tesis, el cual estuvo investigando por un año y realizando la ejecución de los modelos computacionales por tres meses. Este estudio se titula "Análisis de vulnerabilidad sísmica de una estructura de mediana altura en base a marcos livianos de madera" y fue el mismo con el que se presentó a la convocatoria en la SDLM 2019. Astroza se enteró del certamen por el boletín interno que envía su universidad y quiso participar porque sintió que su proyecto "apuntaba directamente a lo que buscaba el concurso, que era promover el uso de la madera y otorgar una solución constructiva para que se incorporen mejoras". Con 778 votos, la estudiante penquista ganó su categoría en la votación online del público.

Del modelo de falla frágil al modelo dúctil

Astroza utilizó la metodología de "análisis dinámico incremental", con la que experimentó someter un edificio de mediana altura construido con madera a una serie de registros sísmicos para así obtener una respuesta sobre cómo se comporta la seguridad. En su modelo, la estudiante recreó el contacto de la unión muro-diafragma, lo que corresponde "a la simulación del roce que se generaría en esa estructura, es decir, el movimiento sísmico".

Para romper la brecha de la seguridad sísmica en edificaciones que incluyan la madera en un mayor porcentaje dentro de sus materialidades, Astroza plantea que "se debe aplicar el modelo dúctil, donde el tipo de comportamiento se asocia a los niveles de seguridad que presenta la estructura para resistir a los movimientos sísmicos. La estructura en sí se mueve, pero la idea es que resista y no colapse".

En la imagen del proyecto se puede observar un plano donde hay unos puntos rojos. Estos corresponden a los conectores Angle Brackets, "los que se instalan en la estructura para soportar el corte que se genera, producido por las fuerzas de viento y sísmicas que afectan a la estructura". La función de estos conectores es "evitar que el muro con respecto al diafragma deslice al verse sometido a una fuerza de esas características. O sea, lo que hacen es evitar que el edificio colapse".

Otro aspecto que señala Astroza es que por piso debe haber cierta cantidad de Angle Brackets cuya capacidad sea el doble de la proveniente de los muros de corte. En este caso, dicha proporcionalidad estuvo determinada por 78 Angle Brackets en dirección X y 140 en dirección Y.

La innovación y gran elemento diferenciador de este proyecto, según Astroza, es que el estudio ha incorporado registros sísmicos chilenos reales de tres terremotos: el Punitaqui (Región de Coquimbo, 1997), Tocopilla (2007) y el 27F en el Maule (2010). "Este modelo interpretó completamente esos registros y en base a su respuesta dinámica, se obtuvo que la vulnerabilidad sísmica disminuye cuando se le aplica este sistema dúctil", agrega.

Este proyecto requirió una alta demanda computacional al momento de simular los sismos. Astroza realizó 80 análisis. Para estos resultados, de haber ocupado solo un computador, hubiese tardado 315 días. Pero como utilizaron tres computadores simultáneamente, el trabajo se pudo reducir a 105 días. Y eso solo para analizar tres eventos sísmicos.

La gran conclusión que obtuvo Astroza en su investigación fue que la vulnerabilidad sísmica disminuyó en promedio de en un 28 % en dirección X y un 45 % dirección Y. "Se logró determinar que este es el camino para ser más competitivas las estructuras en madera", señala.

Potenciar el uso de la madera desde las universidades

Al igual que muchas casas de estudio, la Universidad del Bío-Bío tiene claro que la academia cumple un rol fundamental en la promoción del uso de la madera en Chile. En los últimos años, la UBB ha levantado importantes proyectos realizados por docentes y estudiantes. Además de contar con postgrados para que profesionales de la arquitectura, ingeniería y construcción se especialicen en este material.

Nicool Astroza ha sido parte de ese relato, valora el apoyo que ha recibido de sus profesores y califica la madera como "un excelente material de construcción", del cual destaca su comportamiento sísmico, térmico y acústico, además de las ventajas medioambientales que tiene sobre las materialidades más tradicionales. Actualmente está trabajando junto a su profesor guía para generar un paper y publicar la investigación.

Escrito por Diego Zúñiga
Fotografías cortesía de Nicool Astroza para Madera21