comportamiento de estructuras compuestas por … · 2017-10-09 · comportamiento sísmico de...

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

COMPORTAMIENTO DE ESTRUCTURAS COMPUESTAS POR MUROS ESTRUCTURALES

PREFABRICADOS CON BAMBÚ

Mathieu Queiros1, Verónica María Correa Giraldo2

RESUMEN

Se propone realizar una investigación experimental para evaluar las características dinámicas, estáticas y el

comportamiento sísmico de estructuras compuestas por muros estructurales prefabricados con bambú (muros

de corte de madera y bambú) ante vibraciones y cargas laterales representativas de las condiciones más severas

por sismo y viento que pueden presentarse en las zonas de México donde se planea construir con este sistema

constructivo. Para tal fin, un modelo tridimensional modular de una casa de dos pisos, de dimensiones reales,

compuestos por paneles prefabricados de bambú, fue sometido a pruebas de vibraciones libre y ambiental y una

prueba cíclica cuasi-estática controlada por deformación. El sistema de piso empleado fue conformado por

viguetas presforzadas de bambú estructural soportando una cubierta tipo sándwich de madera.

ABSTRACT

The experimental investigation proposes to evaluate the dynamic and static characteristics and the seismic

behavior of structures composed by prefabricated bamboo shearwalls facing vibrations and lateral loads

representative of most severe wind and earthquakes conditions that could show up in Mexican zones where it

is planned to build with this type of constructive system. For that purpose, a two story tridimensional model

of rea dimensions composed by prefabricated bamboo shearwall was subjected at free and environmental

vibrations tests and at a deformation controlled quasi-static test. The slab system was constructed of

prestressed structural bamboo beam supporting a wood stressed skin panel cover.

INTRODUCCIÓN

Todos somos conscientes del alto impacto que genera el sector de la construcción en el medio ambiente,

derivado del predominio del uso estandarizado de sólo algunos materiales comerciales (cemento, acero,

cerámicos, polímeros, etc.). Es común, encontrar que en Latinoamérica se descalifique el uso de materiales de

uso tradicional (madera, tierra, bambú, etc.), a diferencia de culturas como la Estadounidense y Europea, en

dónde se encuentran integradas prácticas constructivas con altos estándares de calidad, así como

especificaciones técnicas para el diseño y construcción con dichos materiales. Por otro lado, en México se

conoce que el 56.35% de la población vive en un alto nivel de marginación de acuerdo con el Consejo Nacional

de Población (CONAPO), especialmente en los estados de Guerrero, Chiapas y Oaxaca. Aunado a eso, en los

estados de Chiapas, Guerrero, Puebla y Oaxaca el porcentaje de población en situación de pobreza es del orden

de 74.4%, 69.7%, 64.5% y 61.9%, respectivamente, de acuerdo con el informe de pobreza en México de la

Comisión Nacional de Evaluación de la Política de Desarrollo Social (CONEVAL).

Adicionalmente, el 65% de las viviendas en México son producidas por autoconstrucción, lo cual genera

soluciones de baja calidad y alta vulnerabilidad. En el aspecto socioeconómico de la vivienda, la Comisión

1 Coordinador técnico de proyectos de innovación y desarrollo tecnológico, Kaltia Consultoría y Proyectos

S.A. de C.V., Hortensia No. 90, Col. Santa María la Ribera, C.P. 06400, Ciudad de México, Teléfono, (55)

5615-9617; [email protected] 2 Directora de Innovación Tecnológica, Bambuterra S.A.P.I. de C.V., Hortensia No. 90, Col. Santa María la

Ribera, C.P. 06400, Ciudad de México, Teléfono, (55) 5615-9617; [email protected].

XX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Mérida, Yucatán 2016.

2

Nacional de Vivienda (CONAVI) indica que un 51% de la población total en el país vive en estado de

pobreza de patrimonio, es decir, sufre de insuficiencia del ingreso disponible para adquirir la canasta

alimentaria, así como para realizar los gastos necesarios en salud, vestido, vivienda, transporte y educación;

aunque la totalidad del ingreso del hogar fuera utilizado exclusivamente para la adquisición de estos bienes y

servicios.

El Banco Interamericano de Desarrollo (BID) ha estimado que el déficit de vivienda afecta a 35% de hogares

en México, estimado en 9 millones de hogares de acuerdo con el Sistema Hipotecario Federal. Debido a este

problema, es necesario encontrar nuevos sistemas constructivos con materiales alternativos que muestren

ventajas económicas sobre los materiales convencionales usados en la construcción de vivienda, tales como

mampostería y concreto, con mayor importancia en las áreas donde esos materiales convencionales son

difíciles de adquirir. Por otra parte, es importante tener en cuenta que México es un país que tiene un alto

nivel de riesgo sísmico y eólico, por lo que es primordial contar con soluciones de vivienda de ágil

implementación, que permita atender emergencias derivadas de estos fenómenos naturales.

Actualmente se ha incrementado el uso del bambú en la construcción aunque no es algo nuevo, en efecto el

bambú se ha utilizado para el diseño y construcción de inmuebles en Asia y América Latina desde el neolítico

particularmente en India, China, Colombia y Perú, donde alcanzó tal desarrollo esta práctica que se volvió

parte de la tradición de estos pueblos (Flores et al., 2014). El Bambú resulta ser un material con buen

desempeño estructural, además de presentar ventajas ambientales por su rápido crecimiento (4-6 años hasta la

madurez), es la planta que más CO2 captura durante su crecimiento, con un índice de 14 ton/ha/año y retiene el

agua en el subsuelo gracias a su sistema de raíces. Por otro lado, en México se ha identificado la necesidad

de buscar alternativas más amigables con el medio ambiente en el sector de la construcción, dicha necesidad

se evidencia con la Norma Mexicana NMX-AA-164-SCFI-2013 “Edificación Sustentable, criterios y

requerimientos ambientales mínimos”.

Como una respuesta al panorama anterior, en este trabajo se presentan los resultados de la primera etapa de la

creación de una solución estructural integral para edificación, a partir de la combinación de un sistema de muros

de corte y un sistema de entrepiso, ambos integran el uso de materiales renovables de origen natural, como el

bambú y la madera, en combinación con una pequeña proporción de mortero de cemento y elementos de acero.

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS DEL MODELO

Los dos principales componentes del edificio consisten en un sistema de entrepiso y techo a base de vigas

presforzadas de bambú (Bambulosa®), y un sistema de muros estructurales a base de paneles modulares

(Biopanel®), ambos dirigidos al sector de la construcción , y cuya materia prima principal es el Bambú

(Guadua angustifolia en el caso de Bambulosa® y Bambusa oldhamii para Biopanel). Es de destacar que la

producción de estos sistemas estructurales, incentivaría el cultivo, tratamiento y comercialización de bambú

mexicano. México cuenta con 38 especies de bambú, 14 de las cuales son endémicas, y su aprovechamiento

extensivo generará un impacto económico en los principales estados productores, como son Veracruz, Puebla,

Chiapas, Oaxaca, Guerrero y Tabasco, algunos de los cuales, como se mencionó anteriormente, se encuentran en

situación de marginación y pobreza.

El sistema para entrepisos y techos (Bambulosa®), consiste en un arreglo en paralelo de viguetas compuestas

presforzadas de bambú y elementos de acero (ver Figura 1), el cual sirve como sistema de soporte a una

cubierta conformada por un sistema tipo “sándwich” conformado por una cara inferior de Triplay de 5/8 y

una cara superior de Triplay de 3/4", teniendo en medio hileras de barrotes distribuidos adecuadamente para

soportar y distribuir la carga a los elementos estructurales. Es una alternativa sustentable para la construcción

3


de losas y cubiertas, con costo competitivo en el mercado, óptimo desempeño estructural, térmico y

acústico, alta durabilidad y bajo impacto ambiental.

Figura 1 Vista longitudinal de una vigueta compuesta presforzada del sistema Bambulosa®

El sistema de muros estructurales (Biopanel®), se compone de elementos modulares prefabricados con bambú,

diseñado para resistir cargas verticales y acciones horizontales dinámicas (originadas por sismo o viento), de

acuerdo con reglamentos de diseño y construcción vigentes (NSR10 Título G y E, Norma Sismo Resistente

Colombiana) como se puede ver en la Figura 2.

Figura 2 Dibujo esquemático de prototipos de Biopanel


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METODOLOGÍA

OBJETIVO

El objetivo de esta investigación experimental es evaluar las principales propiedades dinámicas, estáticas y el

comportamiento sísmico de una estructura de dos pisos compuesta por muros de Biopanel®, de dimensiones

reales, y sometida a vibraciones y fuerzas laterales representativas de sismo y/o viento, que permitirá conocer

el comportamiento de este tipo de solución estructural ante demandas típicas.

PROGRAMA DE PRUEBA

Prueba dinámica de vibración ambiental

A partir de esta prueba se estiman las principales propiedades dinámicas de la estructura, como los períodos

naturales, formas modales y coeficiente de amortiguamiento viscoso.

Consiste en medir las vibraciones en la estructura, producidas por excitaciones relacionadas con el ambiente

que las rodea (Murià Vila y Gonzáles, 1995). Dichas excitaciones pueden ser el tránsito de vehículos, el

viento, pasos de personas, etc. Por lo que es un método que se puede considerar simple y rápido en la

obtención de datos. Los programas de medición de las características dinámicas del sistema se realizaron en 4

etapas: antes de la colocación de la carga viva, después de la colocación de la carga viva, después de la fase 4 de la

historia de carga de la prueba cíclica reversible y finalmente después de la última fase de la historia de carga de la

prueba cíclica reversible.

Figura 3 Instrumentación para las pruebas de vibración ambiental

Prueba de vibración libre

Estas pruebas permiten determinar la frecuencia fundamental de vibración de la estructura, bajo la

suposición de que el primer modo de vibrar es el que mayor contribución tiene en la respuesta global de la

estructura.

Esta prueba consiste en inducir al edificio un desplazamiento inicial para luego liberarlo y dejarlo oscilando en

vibración libre amortiguada. Estos ensayos se realizaron sólo en la dirección de estudio. El desplazamiento

5


inicial se aplica mediante tensores y una especie de fusible, el cual, al ser cortado, libera a la estructura

produciéndose así una vibración libre amortiguada.

Figura 4 Esquema del montaje para la prueba de vibración libre

Figura 5 Ensayo de prueba de vibración libre

Prueba cíclica cuasi-estática controlada por deformación

Esta prueba permite proporcionar características sobre el comportamiento cíclico, las cuales son útiles para la

calibración de modelos analíticos y el desarrollo de ecuaciones de diseño. También permite la obtención de

datos para el análisis a diferentes niveles de desempeño.

Para empujar y jalar la estructura se utilizaron dos gatos hidráulicos con una capacidad de 100 toneladas y un

recorrido del émbolo de 350 mm, los que aplicaron cargas similares en los niveles 1 y 2 del edificio. Los

gatos se apoyan en un perfil de acero fijado al sistema espacial de reacción (S.E.R.). La fuerza se aplica

gradualmente a nivel de cada diafragma horizontal en la estructura.


6

Figura 6 Fotografía de la configuración para la prueba cíclica

Se colocaron 23 medidores de deformación en el prototipo de estudio de dos niveles, los cuales tienen una

precisión de por lo menos 0.1mm, y están conectados electrónicamente al sistema de adquisición de datos y

tienen recorridos de 200, 100, 50 y 25 mm.

Figura 7 Diagrama de instrumentación para la prueba cíclica

7


Figura 8 Instrumentación lateral para la prueba cíclica

El programa de carga se definió de acuerdo con variaciones en amplitudes de desplazamientos, usando un

desplazamiento de referencia Δ. Dicho programa se compone de ciclos iniciales, ciclos primarios y ciclos

de declinación (Ver figura 9). Los ciclos iniciales se ejecutan al inicio de la prueba y sirven para revisar el

equipo de aplicación de carga y de medición de desplazamiento, así como la respuesta fuerza-desplazamiento

ante pequeñas amplitudes. Un ciclo primario es un ciclo de mayor amplitud respecto a los ciclos iniciales, al

cual le siguen ciclos de declinación de menor amplitud. Todos los ciclos de declinación tienen una amplitud

igual al 75% de la amplitud del ciclo primario anterior.

Figura 9 Secuencia de ciclos del programa de carga

El desplazamiento de referencia Δ es el desplazamiento máximo que se espera obtener en la prueba. Por la tanto es

necesario determinar este desplazamiento de manera preliminar. El desplazamiento se determinó a partir de una seria

de ensayos a paneles individuales realizados previamente en el Laboratorio de Investigación y Certificación de

productos Forestales (LINCE) del Instituto de Ecología (INECOL), sede Xalapa, y se obtuvo un desplazamiento

esperado de 17.5 cm, por lo que la historia de carga presentado en la tabla 1.


8

Tabla 1 Historia de carga para el programa de ensayos

Historia de carga

Fase Porcentaje de Δ Número de ciclos Amplitud

Fase 1 0.05Δ 6 ciclos 0.875 cm

Fase 2 0.075Δ 1 ciclo 1.313 cm

0.75 x 0.075Δ 6 ciclos 0.984 cm


0.75 x 0.1Δ 6 ciclos 1.313 cm


0.75 x 0.2Δ 3 ciclos 2.625 cm


0.75 x 0.3Δ 2 ciclos 3.938 cm


0.75 x 0.4Δ 2 ciclos 5.250 cm


0.75 x 0.7Δ 2 ciclos 9.188 cm

Fase 8 1Δ 1 ciclo 17.500 cm

0.75 x 1Δ 2 ciclos 13.125 cm

RESULTADOS

REGISTRO FOTOGRÁFICO DE LA PRUEBA

Figura 10 Desfase de las hojas de Triplay

9


Figura 11 Pandeo de las diagonales de acero en los muros

Figura 12 Pandeo y desprendimiento de una hoja de Triplay

.

CURVA DE HISTÉRESIS CON RESULTADOS DE CARGA vs DESPLAZAMIENTO

Para la gráfica Carga vs Desplazamiento generalmente denominada como curva de histéresis, se tomaron los

desplazamientos del LVTD “D2” dado que este equipo fue tomado como de referencia para el control de los

desplazamientos en el ensayo, de acuerdo con el programa presentado en en la tabla 1. Este desplazamiento se

gráfica en función del cortante basal producido por la sumatoria de la caga aplicada por los gatos 1 y 2.


10

Figura 13 Gráfica de comportamiento histerético de la estructura

HISTORIAL DE DISTORSIONES

Para el valor más alto de desplazamiento en azotea, que fue de 9 cm, se obtiene una distorsión global de

0.01688 con un desplazamiento relativo de 2.7 cm y una distorsión de entrepiso de 0.0243 en planta alta y 6.2

cm de desplazamiento y 0.014 de distorsión de entrepiso en planta baja.

En México no se tienen especificaciones precisas en cuanto a las distorsiones permisibles sobre edificaciones

con madera, lo más cercano es considerar a la estructura compuesta por muros diafragma. De acuerdo con las

NTCS-RCDF-04, se especifican dos niveles de distorsiones relacionados con la conexión de elementos no

estructurales al sistema resistente a sismo, de tal manera que los elementos no estructurales se encuentran

ligados del sistema estructural la distorsión de entrepiso máxima permisible es de 𝛾𝑃 = 0.006.

Colombia es un país en donde el uso de materiales como Bambú y Madera se ha ido extendiendo, la Norma

De Diseño Sismo Resistente para Colombia (NSR-10), en el Capítulo A.6 del título A - Requisitos Generales

de Diseño y Construcción Sismo Resistente, menciona a la deriva máxima (distorsión de entrepiso), como un

porcentaje de la altura de entrepiso la cual se calcula como:

1.0% (∆𝑚á𝑥𝑖 ≤ 0.010 𝐻𝑖)

Dónde Hi es la altura del nivel correspondiente.

En la Figura 14 se presenta el historial de distorsiones obtenido en la prueba. En esta se observa que las

distorsiones en entrepiso medidas en Planta Baja (PB) son mayores que las distorsiones medidas en Planta

Alta (PA), así mismo, se calcula la distorsión global calculada con el desplazamiento total del edifico entre la

altura total del mismo. Así mismo, se presentan los límites de distorsión permisible más bajos para el RCDF y

las NSR-10.

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-100 -50 0 50 100

Co

rtan

te b

asal

(To

n)

Desplazamiento (mm)

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

11


Figura 14- Historial de distorsiones globales y locales

De acuerdo con los límites de distorsión más bajos del RCDF y las NSR-10, y los resultados obtenidos del

experimento, se determinó la carga asociada, considerando las alturas de entrepiso de cada uno de los niveles,

así:

HPA= 2550 mm HPB= 2578 mm Htotal= 5128 mm Distorsión permisible = 0.006 RCDF

Distorsión permisible = 0.01 NSR-10

En la tabla 2, se presenta el registro de carga y los datos asociados a las envolventes de distorsiones de cada

entrepiso y la distorsión global del edificio. En color azul, se resaltan los valores de distorsión para los tres

casos calculados, asociados al límite más conservador del RCDF. En color rosa, se resaltan los datos

asociados al límite propuesto por las NSR-10.

Se puede observar que las distorsiones en planta baja presentan los mayores valores para el mismo nivel de

carga, con respecto al comportamiento de la planta alta.

-3.0E-02

-2.0E-02

-1.0E-02

0.0E+00

1.0E-02

2.0E-02

3.0E-02

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Distorsion PB Distorsión PADistorsión Permisible RCDF Distorsión Permisible NSR-10Distorsión GLobal


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Tabla 2 Distorsiones de entrepiso y distorsiones

globales del edificio asociadas a la carga medida en la prueba cíclica.

Carga Distorsión

Global Distorsión Planta Alta

Distorsión Planta Baja

Pe (T)

0.15 3.90E-05 3.14E-05 4.65E-05

1.65 9.73E-04 7.02E-04 1.24E-03

2.3 1.36E-03 9.76E-04 1.74E-03

2.4 1.39E-03 9.96E-04 1.78E-03

2.9 1.76E-03 1.31E-03 2.21E-03

3.1 1.77E-03 1.29E-03 2.24E-03

4.1 2.38E-03 1.82E-03 2.94E-03

4.4 2.74E-03 2.11E-03 3.36E-03

4.65 2.97E-03 2.26E-03 3.67E-03

5.15 3.51E-03 2.68E-03 4.33E-03

5.55 3.92E-03 2.97E-03 4.86E-03

6.5 4.88E-03 3.73E-03 6.03E-03

7.35 5.87E-03 4.51E-03 7.22E-03

8.05 6.82E-03 5.21E-03 8.42E-03

8.75 7.82E-03 5.82E-03 9.80E-03

10 9.75E-03 7.21E-03 1.23E-02

10.25 1.03E-02 7.62E-03 1.30E-02

11.1 1.17E-02 8.40E-03 1.50E-02

11.5 1.22E-02 8.78E-03 1.57E-02

11.85 1.27E-02 9.11E-03 1.63E-02

12.1 1.36E-02 9.68E-03 1.76E-02

12.85 1.56E-02 1.06E-02 2.06E-02

13.85 1.66E-02 1.08E-02 2.23E-02

14.45 1.76E-02 1.06E-02 2.45E-02

Figura 15 Carga equivalente para distorsión permisible

ANÁLISIS DE LAS ENVOLVENTES

Para definir la envolvente de los diagramas de histéresis, se analizó el primer cuadrante y se separaron las

gráficas para los casos de ciclos primarios (Envolvente A) y ciclos de declinación (Envolvente B).

La separación de los ciclos primarios de los ciclos de declinación se hizo con la intención de estudiar el

comportamiento del edificio al aplicarle una carga mayor una vez que es sometido a ciclos repetitivos de

carga menores. La curva de ciclos de declinación permite identificar el patrón de degradación de resistencia

del modelo ante cargas cíclicas reversibles.

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Figura 16 Envolventes de los ciclos primarios y de los ciclos de declinación

En la tabla 3 se presenta el cálculo de la degradación de la resistencia para algunos niveles de desplazamiento.

Tabla 3 Cálculo de la degradación de la resistencia


14

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CAPACIDAD SÍSMICA DE LA ESTRUCTURA

Para asociar la capacidad sísmica de la estructura, con la zona sísmica reglamentaria, de acuerdo con la carga

relacionada con la envolvente de los ciclos primarios (Envolvente A) y los ciclos de declinación (envolvente

B) y el desplazamiento obtenido, se obtuvo un cociente entre el peso de la estructura y la fuerza lateral

resistida para cada nivel (en ciclos primarios), y se comparó de con los coeficientes dados por el RCDF y el

manual de CFE-93.

Se considera que esta comparación es un indicador de factibilidad estructural para la edificación con el

sistema constructivo propuesto, para diferentes zonas sísmicas de la Ciudad de México y el país. El peso de la

estructura se estimó de 10.5 t.

De acuerdo con las tablas 4 y 5, y relacionando el cociente Pe/Wo con los valores de coeficientes sísmicos,

puede intuirse que el sistema constructivo es viable, para zonas sísmicas intermedias y bajas. Un análisis

detallado de los resultados obtenidos, se complementará en etapas futuras con la interpretación de los

resultados de las pruebas de vibración ambiental realizadas al prototipo experimental.

Tabla 4 Comparación de resultados para la envolvente A (ciclos primarios)

Carga

0.15 4.65E-05 0.014

1.65 1.24E-03 0.157

2.3 1.74E-03 0.219

2.4 1.78E-03 0.229

2.9 2.21E-03 0.276

3.1 2.28E-03 0.296

4.1 2.94E-03 0.391

4.4 3.36E-03 0.419

4.65 3.67E-03 0.443

5.15 4.33E-03 0.491

5.55 4.86E-03 0.529

6.5 6.03E-03 0.620

7.35 7.22E-03 0.701

8.05 8.42E-03 0.767

8.75 9.80E-03 0.834

10 1.23E-02 0.953

Pe (T)

Distorsión

Planta Baja

Cociente

Pe/Wo

15


Tabla 5 Comparación de resultados para la envolvente B (ciclos de declinación)

VELOCIDAD REGIONAL ASOCIADA

Para el análisis de la capacidad de la estructura considerando los efectos del Viento de acuerdo a CFE-08, se

considera a la estructura de acuerdo a su importancia dentro del Grupo B y de acuerdo a la respuesta ante la

acción del viento como Tipo 1.

Para Asociar la carga y el desplazamiento obtenido a una región eólica, se suponen las condiciones más

desfavorables y se obtiene una Fuerza Sísmica Estática la cual se comprara con la Fuerza Real obtenida en

laboratorio.

La Fuerza Estática Equivalente se calcula como la Presión de diseño por el Área Expuesta, así,

𝐹𝑒𝑠 = 𝐴𝑧𝑃𝑧 Dónde

𝐴𝑍 = Á𝑟𝑒𝑎 𝐸𝑥𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 (28.18 𝑚2), 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑒𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑟á 𝑒𝑥𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜. 𝑃𝑧 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 (𝑃𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 − 𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟)

Las presiones de diseño dependen de varios factores de acuerdo a la región eólica. Como se menciona atrás,

se toman los factores más desfavorables para el cálculo de la fuerza estática.

Entre esos factores y para todos los casos se toman los siguientes valores:

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑇𝑜𝑝𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓í𝑎 (𝐹𝑇) = 1

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐸𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛(𝐹𝑟𝑧) = 1.137

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖ó𝑛 𝐸𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎(𝐶𝑝𝑒) = 0.8

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖ó𝑛 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎(𝐶𝑝𝑖) = −0.5

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 Presión Local (𝐾𝐿) = 1

Carga

0 7.76E-06 -

1.9 1.36E-03 0.181

3.1 2.24E-03 0.296

3.15 2.55E-03 0.300

3.2 2.55E-03 0.305

3.9 3.51E-03 0.372

5.4 6.88E-03 0.515

5.45 6.88E-03 0.520

6.25 1.05E-02 0.596

6.35 1.05E-02 0.605

6.8 1.42E-02 0.648

6.85 1.42E-02 0.653

6.8 1.96E-02 0.648

Pe (T)

Distorsión

Planta Baja

Cociente

Pe/Wo


16

El factor de reducción de presión (KA), la velocidad regional, temperatura y presión barométrica dependen de

la región de análisis. Con estos parámetros se realiza el cálculo de la fuerza estática actuante en el edificio.

En la tabla 6 se presentan algunas ciudades y la fuerza estática equivalente de diseño para el edificio ubicado

en cada lugar. Se observa que la fuerza estática equivalente de diseño para las ciudades presentadas en las

tabla 6 es menor a 5.5 toneladas.

Tabla 6 Fuerza estática equivalente en algunas ciudades de la república mexicana

Este valor de fuerza estática equivalente, se compara con la carga Pe, obtenida de los ensayos experimentales

al prototipo de estudio, para las envolventes de los ciclos primarios (envolvente A) y ciclos de declinación

(envolvente B). Se considera que por efectos de viento la distorsión permisible es 0.005, de acuerdo con el

RCDF.

En las tablas 7 y 8, observamos que las fuerzas que generan una distorsión que no rebasa la distorsión

permisible para el caso de la envolvente A son fuerzas menores a 5.5 toneladas, mientras que para el caso de

la envolvente B son Fuerzas menores a 5 toneladas.

Dado lo anterior, se puede concluir, que el prototipo estudiado en laboratorio, podría resistir las demandas por

viento para todas las ciudades presentadas en la tabla 6.

No. VR Ciudad VD Fes

1 132 Toluca, Edo. Méx. 125.07 1928.22

2 129 Chimalhuacán, Edo. Méx. 125.07 2012.52

3 128 Tlaxcala, Tlax. 125.07 2017.80

4 126 México, Central 125.07 2023.70

5 125 Naucalpan de Juárez, Edo. Méx. 128.48 2028.58

6 122 Cd. Nezahualcóyotl, Edo. Méx. 126.21 2039.11

7 116 Ixtapaluca, Edo. Méx. 126.21 2062.87

8 115 Chalco de Díaz Covarrubias, Edo. Méx. 126.21 2064.96

9 111 Puebla, Pue. 127.34 2114.28

10 110 Buenavista, Edo. Méx. 126.21 2139.11

11 107 Mexicali, B. C. 114.84 2163.29

12 104 San Luis Río Colorado, Son. 118.25 2286.78

13 90 Tuxtla Gutiérrez, Chis. 136.44 2857.23

14 89 Celaya, Gto. 145.54 2860.10

15 80 Saltillo, Coah. 147.81 3015.01

16 79 Tijuana, B. C. 135.30 3041.34

17 51 Los Mochis, Sin. 155.77 3948.65

18 50 Salina Cruz, Oax. 156.91 3971.60

19 39 Torreón, Coah. 170.55 4190.47

20 38 Cd. General Escobedo, N. L. 163.73 4199.17

21 30 León de los Aldama, Gto. 180.78 4374.06

22 29 Colima, Col. 170.55 4527.09

23 28 Coatzacoalcos, Ver. 168.28 4579.05

24 26 Acapulco, Gro. 170.55 4688.53

25 25 Nuevo Laredo, Tamps. 171.69 4781.94

26 23 Chetumal, Q. Roo 173.96 4891.51

27 22 Tampico, Tamps. 173.96 4922.93

28 15 Guaymas, Son. 180.78 5298.61

29 14 Manzanillo, Col. 186.47 5456.83

30 13 Heroica Matamoros, Tamps. 186.47 5687.18

31 12 La Paz, B. C. S. 186.47 5693.66

32 10 Cd. Acuña, Coah. 193.29 5990.09

33 9 Veracruz, Ver. 193.29 6076.12

34 8 Mérida, Yuc. 195.56 6192.36

35 7 Mazatlán, Sin. 203.52 6709.84

36 6 Piedras Negras, Coah. 204.66 6760.71

37 4 Playa del Carmen, Q. Roo 214.89 7526.96

38 3 Cancún, Q. Roo 222.85 8040.33

39 2 Cozumel, Q. Roo 227.40 8402.42

40 1 Isla Socorro, Col. 252.41 10350.39

Fuerza Estatica en Ciudades de la Republica

17


Tabla 7 Asociación de carga por viento para la envolvente A

Tabla 8 Asociación de carga por viento para la envolvente B

Carga

0.15 0.2 0.12 0.08 3.90016E-05 3.13725E-05 4.65477E-05

1.65 4.99 3.2 1.79 0.000973089 0.000701961 0.001241272

2.3 6.98 4.49 2.49 0.001361154 0.000976471 0.00174166

2.4 7.13 4.59 2.54 0.001390406 0.000996078 0.00178045

2.9 9.02 5.69 3.33 0.00175897 0.001305882 0.002207137

3.1 9.12 5.88 3.24 0.001778471 0.001270588 0.002280838

4.1 12.22 7.57 4.65 0.002382995 0.001823529 0.002936385

4.4 14.05 8.67 5.38 0.00273986 0.002109804 0.003363072

4.65 15.22 9.46 5.76 0.002968019 0.002258824 0.003669511

5.15 17.99 11.16 6.83 0.00350819 0.002678431 0.004328937

5.55 20.11 12.54 7.57 0.003921607 0.002968627 0.004864236

6.5 25.05 15.54 9.51 0.004884945 0.003729412 0.006027929

7.35 30.11 18.62 11.49 0.005871685 0.004505882 0.007222653

8.05 34.99 21.71 13.28 0.006823323 0.005207843 0.008421257

8.75 40.09 25.26 14.83 0.007817863 0.005815686 0.009798293

10 50.02 31.63 18.39 0.00975429 0.007211765 0.012269201

10.25 52.97 33.53 19.44 0.010329563 0.007623529 0.013006206

11.1 60.13 38.71 21.42 0.011725819 0.0084 0.015015516

11.5 62.79 40.41 22.38 0.01224454 0.008776471 0.015674942

11.85 65.24 42.01 23.23 0.012722309 0.009109804 0.016295578

12.1 69.99 45.31 24.68 0.013648596 0.009678431 0.01757564

12.85 80.17 53.23 26.94 0.015633775 0.010564706 0.020647789

13.85 85.21 57.55 27.66 0.016616615 0.010847059 0.022323507

14.45 90.03 63.1 26.93 0.017556552 0.010560784 0.024476338

Pe (T)D2 (mm)

(Desplazamient

o Total)

D4 (mm)

(DPB)

DPA (mm)

(D2-D4)

DezplazamientoDistorsión

Global

Distorsión

Planta Alta

Distorsión

Planta Baja

Estructura= Tipo B

HPA= 2550 mm

HPB= 2578 mm

Htotal= 5128.00 mm

0.005

Carga

0 0 0.02 -0.02 0.00E+00 -7.8431E-06 7.758E-06

1.9 5.08 3.5 1.58 0.00099064 0.00061961 0.00135764

3.1 9.06 5.78 3.28 0.00176677 0.00128627 0.00224205

3.15 10.04 6.58 3.46 0.00195788 0.00135686 0.00255237

3.2 10.08 6.58 3.5 0.00196568 0.00137255 0.00255237

3.9 14.02 9.06 4.96 0.00273401 0.0019451 0.00351435

5.4 26.99 17.73 9.26 0.00526326 0.00363137 0.00687742

5.45 26.99 17.73 9.26 0.00526326 0.00363137 0.00687742

6.25 40.03 27.06 12.97 0.00780616 0.00508627 0.01049651

6.35 40.13 27.1 13.03 0.00782566 0.0051098 0.01051202

6.8 53 36.52 16.48 0.01033541 0.00646275 0.01416602

6.85 53 36.52 16.48 0.01033541 0.00646275 0.01416602

6.8 70.08 50.41 19.67 0.01366615 0.00771373 0.01955392

D2 (mm)

(Desplazamient

o Total)

D4 (mm)

(DPB)

DPA (mm)

(D2-D4)

DezplazamientoDistorsión

Global

Distorsión

Planta Alta

Distorsión

Planta BajaPe (T)

Distorsión Permisible=


18

CONCLUSIONES

El modelo ha demostrado una alta capacidad de disipación de energía, de acuerdo a las observaciones

realizadas se pudo ver que un alto porcentaje de la disipación de energía se debe a los elementos conectores

(clavos) del recubrimiento de Triplay con los bastidores.

Una de las cualidades importantes del sistema en estudio es su capacidad auto-centrante, es decir, se requiere

un bajo nivel de fuerza para que la estructura regrese a su posición original (desplazamiento nulo), después de

un ciclo de carga.

El modelo ensayado alcanzó una resistencia y una rigidez que permiten demostrar la factibilidad de construir

edificaciones con los sistemas constructivos Biopanel® y Bambulosa®, en casi todo el país, considerando los

efectos de sismo y viento de diseño.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al equipo técnico del Laboratorio de Estructuras Grandes del Centro Nacional de

Prevención de Desastres (CENAPRED), por la cooperación en el desarrollo de esta investigación, y en

especial al Dr. Oscar López Batis y al M.I. Moisés Contreras, por su apoyo técnico, logístico y humano.

También agradecen al M.I. Erney Díaz Méndez, por el procesamiento de la información y análisis de parte de

los resultados presentados en este trabajo.

Este trabajo fue parcialmente financiado por el Programa de Estímulos a la Innovación del CONACyT.

19


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