Simulación numérica y experimental de estructuras de acero rolado en frio por hundimientos diferenciales asociados al fenómeno de subsidencia

Abstract

RESUMEN Históricamente el agrietamiento del suelo se ha presentado en la región centro del país desde hace más de 30 años. El aumento en la ocurrencia y en la magnitud de dicho fenómeno es atribuido a la explotación de los mantos acuíferos. El fracturamiento de los terrenos se presenta como un área de oportunidades para buscar una metodología de construcción que permita el aprovechamiento habitacional de los terrenos afectados por fracturas, aprovechando además la depreciación en el valor comercial de los mismos. Por tanto se pretende conocer el comportamiento de las estructuras de acero rolado en frio ante el fenómeno de subsidencia a fin de prolongar la vida útil de viviendas de interés social construidas con este sistema sobre zonas de fracturamiento. En este trabajo se realizaron múltiples ensayes y simulaciones mediante software de elementos finitos en probetas de acero, paneles de muro y un prototipo de vivienda, aplicando desplazamientos controlados con el propósito de medir su comportamiento estructural. Para las probetas se hicieron pruebas en función de la velocidad de aplicación de la carga; en los paneles de muro, se probaron distintos tipos de recubrimientos: placas de yeso, silicato de calcio, OSB (Oriented strand board) y poliestireno. Se concluyó que la diferencia de los esfuerzos y deformaciones al final de la prueba en probetas de acero no varía significativamente en función de la velocidad de aplicación de las cargas, puesto que se trata de periodos prolongados de aplicación de las mismas, presentándose las principales diferencias a edades tempranas que finalmente conducen a resultados muy parecidos de los esfuerzos y deformaciones al final del evento. Para los ensayes y simulaciones realizados a paneles de muro, mediante las gráficas carga-desplazamiento y momento-rotación obtenidas, se concluye que el sistema constructivo con perfiles de acero rolado en frio combinados con placas de poliestireno es el que produce la estructura más dúctil estructuralmente hablando en relación a los otros tipos de recubrimiento probados, ya que permite a la estructura adaptarse fácilmente a las 14 condiciones de hundimientos diferenciales en su cimentación, sin comprometer de manera significativa el grado de seguridad estructural del sistema. En cuanto al prototipo de vivienda propuesto a utilizarse en zonas de fracturamiento, se demostró que es necesario reconsiderar las conexiones de los perfiles estructurales con su cimentación para que trabajen de manera conjunta y no ocurran desprendimientos inesperados, lo que permitiría aprovechar la ductilidad demostrada del resto de la estructura formada por paneles de perfiles de acero rolado en frio con placas de poliestireno.

ABSTRACT Historically soil cracking has occurred in the central region of the country for more than 30 years. The increase in the occurrence and magnitude of this phenomenon is attributed to the exploitation of the aquifers. The fracturing of the land appears as an area of opportunity to find a methodology for building housing that allows the use of the land affected by fractures, using also the depreciation in the market value of the same. Therefore intends to know the behavior of cold-formed steel structures before the phenomenon of subsidence in order to extend the life of social interest housing built with this system of zones of cracking. In this work there were multiple test and simulations using software of finite element in specimens of steel, panels of wall and a prototype of housing, applying displacement controlled in order to measure their structural behavior. For the specimens were tests depending on the speed of the load application; wall panels, different types of coatings were tested: plasterboards, silicate of calcium, OSB (Oriented strand board) and polystyrene. It was concluded that the difference of the stress and deformations at the end of the test specimens of steel not varies significantly depending on the speed of application of loads, since it's long periods of application of the same, presenting the main differences at an early age that finally lead to very similar results of stress and deformations at the end of the event. For the test and simulations performed to panels of wall, through the graphical load-displacement and bending-rotation obtained, we concluded that the constructive system with cold-formed steel combined with polystyrene plates is which produces the structure more ductile structurally speaking in relation to the other tested coating types, since it allows the structure to easily adapt to the differential in its foundation subsidence conditions without compromising significantly the degree of structural security system. 16 As for the prototype of housing proposed to be used in zones of cracking, showed that it is necessary to reconsider the connections of your Foundation with structural shapes so that they work together and not occur unexpected failures, which would take advantage of the proven ductility of the rest of the structure formed by cold-formed steel panels with polystyrene plates.