https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i1.5591
pISSN 2588-0829
© 2021 Universidad Central del Ecuador
eISSN 2697-3243
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) fing.revista.ingenio@uce.edu.ec
FACULTAD DE INgENIERíA y CIENCIAS ApLICADAS INGENIO
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR 2024, VOL.7 (1), ENERO-JUNIO, pp. 72-83
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y
Mochetas de Madera en la Región Andina Central del Ecuador
Structural Model Evaluation of Houses Built with Straw Bales and Wooden Piers in
the Central Andean Region of Ecuador
Pablo Enrique Caiza Sánchez 1 | ID Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Salgolqui (Ecuador)
Luisa Paulina Viera Arroba 2 | ID Universidad Central del Ecuador, Quito (Ecuador)
Marcos Andrés García Peñaloza 3 | ID Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Salgolqui (Ecuador)
HISTORIA DE ARTÍCULO
Recepción: 28/09/2023
Recepción tras revisión: 23/10/2023
Aprobación: 20/11/2023
Publicación: 31/01/2024
PALABRAS CLAVE
evaluación de modelos estructurales,
materiales no convencionales, tableros
de virutas orientadas, fardos de paja
ARTICLE HISTORY
Received: 28/09/2023
Received after revision: 23/10/2023
Approved: 20/11/2023
Accepted: 31/01/2024
KEY WORDS
Evaluation of structural models,
unconventional materials, oriented
strand boards, straw bales
RESUMEN
En este artículo se presenta una metodología para la evaluación de los modelos estructurales de
residencias construidas usando fardos de paja, pero reforzadas con mochetas de madera. Se usa como
ejemplo una casa construida en la ciudad de Sangolquí, en la región andina central del Ecuador. Este
tipo de edificación tiene una serie de características únicas debido a los materiales empleados, a las
virtudes y defectos de la mano de obra y a las limitaciones impuestas por presupuestos restringidos.
Los resultados obtenidos en los modelos analíticos se validaron al compararlos con los determinados
experimentalmente usando sensores y dispositivos de adquisición de datos. Se obtuvo una diferencia
máxima del 6.4% en los periodos de vibración estructural.
ABSTRACT
This paper presents a methodology for the evaluation of the structural models of residences built using
straw bales but reinforced with wooden piers. A house built in the city of Sangolquí, in the central
Andean region of Ecuador, is used as an example. This type of building has a series of unique
characteristics due to the materials used, the strengths and weaknesses of the workmanship, and the
limitations imposed by restricted budgets. The results obtained in the analytical models were validated
by comparing them with those determined experimentally using sensors and data acquisition devices.
A maximum difference of 6.4% was obtained in the structural vibration periods.
1.
INTRODUCCIÓN
En Ecuador la agricultura es una de las principales fuentes
de ingresos para la población rural, donde la cosecha y
siembra de trigo es una de las actividades de explotación
de recursos naturales que más se practica, sobre todo en la
región Sierra [1]. Según [2], las provincias con mayor
producción de trigo en el país son Pichincha e Imbabura
con 9140 ha y 8980 ha, respectivamente. El residuo de esta
actividad es propiamente la paja, la cual representa cerca
del 50% de todo el material que se cultiva. Por lo general,
con una mínima parte de este material se realizan fardos
prismáticos, que facilitan su acopio y que posteriormente
serán destinados para alimentación de ganado. La mayor
parte, sin embargo, simplemente se quema.
En [3], se indica que todo este material puede ser
reutilizado para la construcción de viviendas con bajo
impacto ambiental ya que de cada 4 toneladas de fardos de
paja se pueden construir cerca de 100 viviendas artesanales.
Al combinar el uso de fardos de paja con materiales de bajo
costo e impacto ambiental como la madera, barro, arcilla,
cal, se pueden obtener viviendas funcionales y
técnicamente desarrolladas [4].
La síntesis de estos materiales se ve reflejada en casas con
un sistema constructivo de fardos de paja recubiertos con
barro y estructura en base a mochetas de madera [5]. Las
construcciones con fardos de paja y madera, como
elemento resistente, son una buena alternativa de bio-
REVISTA INGENIO
Caiza P., et al.
73
construcción sostenible, e incluso se conoce de algunas
estructuras construidas hace más de un siglo que aún se
mantienen en pie; países como Francia, Canadá,
Inglaterra, Austria, Dinamarca, Australia, han llevado a
cabo este tipo de estructuras y su impacto ambiental cada
vez es más bajo [6].
Dentro de estas estructuras, los fardos de paja cumplen la
función de aislamiento acústico y térmico, pero, con la
ayuda del revoque de barro, son capaces de resistir cargas
verticales, mientras que el sistema resistente para cargas
sísmicas lo componen las mochetas y otros elementos
como las cerchas de madera [7].
Existe un diverso número de materiales alrededor del
mundo, pero materiales tradicionales como el hormigón y
acero, que además generan un alto impacto ambiental
desde su elaboración hasta la puesta en obra, no se pueden
implementar en todos los lugares, fundamentalmente por
motivos económicos. Es por eso por lo que, para
aprovechar las plantaciones circundantes de la parte rural
de la Sierra ecuatoriana, se propone analizar estructuras
realizadas con materiales no convencionales como la paja
y la madera [8].
Actualmente, en Ecuador se encuentran diversas
estructuras de este tipo, pero la que se usa como ejemplo
en el presente estudio se encuentra implantada en la
provincia de Pichincha, sector Sangolquí. Esta
investigación consiste en la validación analítica en base a
programas especializados de modelación de los resultados
de vibración ambiental realizada in situ. Todo esto con la
finalidad de establecer un tipo de modelación que permita
mejorar el diseño al momento de realizar nuevas viviendas
de este tipo.
En un primer paso, se ha caracterizado el material de
recubrimiento de las mochetas de madera para determinar
sus características físico-mecánicas e ingresar esos valores
en la modelación. Esto ha sido necesario por la falta de
información como elemento estructural de las propiedades
de los tableros de virutas orientadas, también conocidos
como tableros OSB por su nombre en inglés (Oriented
Strand Board). Luego, se ha creado el modelo estructural
en base a la estructura aporticada, pero incluyendo los
paneles OSB modelados con elementos finitos y el material
de relleno que es la paja. De igual manera que para los
paneles OSB, las características de los fardos de paja se
alcanzan de los resultados experimentales, en este caso del
estudio realizado por [9], para obtener resultados lo más
cercanos a la realidad. Debe notarse que se desarrollaron
varios modelos analíticos, con los que se concluyó que, la
opción relativamente más precisa y con menor tiempo de
ejecución en el software, es la aporticada con secciones
equivalentes. Esta conclusión se obtuvo al comparar los
resultados analíticos con los experimentales.
2.
MÉTODO
En este estudio se investigaron, en un primer paso, las
propiedades de los tableros OSB mediante los ensayos a
tracción flexión, compresión, contenido de humedad y peso
específico, para cada ensayo se realizaron probetas con
dimensiones expuestas en la norma American Standard
Test Method (ASTM) para materiales a base de madera. En
el ensayo de flexión se usaron 14 muestras de dimensiones
500x50x9.5mm; para el de tracción, 14 de 410x25x9.5, con
disminución de sección de acuerdo a la norma; para el de
compresión, 16 de 60x25x9.5mm. Se utilizó una máquina
de ensayos universales AGS-X Shimadzu (UTM) de 50
KN, ver Fig. 1.
Figura 1
(a) Máquina Universal de ensayos AGS-X Shimadzu, (b) ensayo a flexión y (c) ensayo a compresión
(a) (b) (c)
En un segundo paso, se estudiaron las propiedades de pandeo de los tableros de dimensiones comerciales de
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y Mochetas de Madera en la Región Andina
Central del Ecuador
74
1220x2440 mm, mediante el uso de un software comercial
con la capacidad de realizar un modelo de elementos
finitos (FEM), de elementos tipo placa rectangulares de 8
nudos, de comportamiento elástico lineal. Se asignaron
apoyos fijos en la parte inferior y/o corta del tablero y se
restringió el desplazamiento en sentido paralelo al espesor
del tablero. De los ensayos se usaron los siguientes
valores: para el módulo de elasticidad a compresión,
1499,8 Mpa (valor promedio), para el coeficiente de
poisson 0,3 y, para el peso específico 60 N/m3. La carga
fue de compresión, aplicada como puntual en cada nudo
del borde corto en la parte superior del modelo del panel,
representando por tanto una carga distribuida. En el
modelo, el análisis incluía la formación de una curva de
pandeo con valor máximo al centro de la altura del panel.
Para la modelación numérica se escogió un mallado de
dimensiones entre 500x500mm y 50x50mm. En efecto, se
apreció que, a partir de un mallado de 200x200mm, se
obtienen resultados similares por lo que se optó por
trabajar con un mallado de 100x100mm, porque genera
resultados confiables y el tiempo de procesamiento es
relativamente bajo (ver Tabla 1 y Figura 2).
Tabla 1
Comportamiento de elementos finitos
Dimensión
de elementos
(mm)
Número
de
elementos
(u)
Desplazamiento
(mm)
500x500
15
44
300x300
45
60
200x200
91
60.5
150x150
153
60.5
100x100
325
60.5
75x75
561
60.5
50x50
1225
60.5
Figura 2
Curva de convergencia de elementos finitos
En un tercer paso, esencial, se buscó determinar el
comportamiento modal de una estructura construida a base
de fardos de paja y mochetas compuestas de tableros OSB
y madera sólida. La geometría de la estructura es la
indicada en [10], cuenta con una sola planta de forma
rectangular con 5.85m de ancho y 17.85m de largo, y la
cubierta es a dos aguas con una altura máxima de 5.00m.
Esta edificación será destinada a vivienda, (ver Figura 3).
Debe notarse que el lado corto se identifica con el eje de
referencia “Y”.
Figura 3
Dimensiones en planta de la estructura para el modelo de análisis modal
Esta estructura está compuesta por muros de fardos de paja de 35x48x150cm, columnas de 15x15cm de madera sólida
40
45
50
55
60
65
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Desplazamiento (mm)
Número de elementos (u)
Valores FEA
Caiza P., et al.
75
y tipo mochetas, cubierta conformadas de vigas de
70x150mm, 70x140mm y puntales de 70x110mm.
Las cargas que considerar son las expuestas en la norma
Ecuatoriana de la Construcción 2015 [11] y [12].
Se considera que el sistema resistente es mixto debido a la
presencia de pórticos de madera y de muros de paja, se
espera, por tanto, modos de vibración experimental
diferentes al medirlos sobre las columnas y los muros. Las
masas que se usaron en el análisis vibracional provenían
de la masa propia de los elementos considerados en el
modelo (pórticos, muros y cubierta), pero también se
incluyó, con fines de comparación, la sobrecarga aplicada
sobre la cubierta.
3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Inicialmente, se presentan los resultados de los diferentes
ensayos para caracterizar los tableros OSB
Figura4
Curva Fuerza vs Desplazamiento a Flexión
Figura 5
Curva Fuerza vs Desplazamiento a Tracción
Modo mecánico de flexión
En la Figura 4 se presentan las curvas Fuerza versus
Desplazamiento de cada muestra en línea punteada,
mientras que en línea continua de color rojo la curva
promedio, de donde se tiene una fuerza a flexión promedio
de 222.55 N.
Modo mecánico a tracción
En la Figura 5 se presentan las curvas fuerza versus
desplazamiento para cada muestra en línea punteada,
mientras que en una línea continua de color rojo la curva
promedio, de donde se tiene una fuerza promedio de
511.30N y un desplazamiento de 0.63mm.
Modo mecánico a compresión
En el modo mecánico a compresión se identificó que para
las 16 muestras ensayadas la fuerza mínima de falla es de
2663.86N mientras que la máxima fuerza es de 4700.11N,
se grafica la curva fuerza versus desplazamiento de cada
muestra en línea punteada y la curva promedio en línea
continua de color rojo, además se tiene una fuerza
promedio a compresión de 4117.05N. Anexo Fig. 6 y Fig.
7.
Se presenta la curva esfuerzo versus deformación unitaria
para determinar el módulo de elasticidad a compresión
(MOEC) del material (ver Figura 7).
En la Figura 7 se aprecia un esfuerzo a compresión de 16.67
N/mm² y una deformación unitaria de 0.013mm/mm y un
MOEC promedio de 1499.8Mpa o 15297.70kg/cm².
Modo mecánico de corte
En la Figura 8 se presentan las curvas fuerza
desplazamiento para cada muestra donde se aprecia un
rango de fuerza a corte entre 8167.75N y 13630.90N.
Anexo Fig. 8.
Carga crítica a pandeo
Para determinar la carga crítica a pandeo en los tableros
OSB, se procedió a ingresar los valores de peso específico,
el módulo de elasticidad a compresión (MOEC) y el
coeficiente de poisson obtenidos de los ensayos de
laboratorio y ya indicados previamente. También, se
configuró la geometría del modelo para el análisis de un
tablero comercial. Anexo Fig. 9.
En la Figura 9 se indica el modelo con un mallado de
100x100mm y al que se asignó una carga distribuida de 250
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20
Fuerza(N)
Desplazamiento (mm)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Fuerza(N)
Desplazamiento (mm)
Fuerza Promedio: 511.30 N
Desplazamiento Promedio: 0.63mm
Fuerza Promedio: 222.55 N
Desplazamiento Promedio: 15.73mm
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y Mochetas de Madera en la Región Andina
Central del Ecuador
76
kg/m, Con estos datos se tiene un desplazamiento en
sentido paralelo al espesor del material máximo de
60.5mm en el centro del tablero y un factor de 1.00514
para calcular la carga critica a pandeo, con estos resultados
se calcula la carga crítica a pandeo.
𝑄𝑐𝑟 = 17.86 ∗14 ∗ 1.00514 (1)
𝑄𝑐𝑟 = 251.3 𝑘𝑔/𝑚 (2)
Una vez realizada las operaciones se determinó que el
tablero OSB de dimensiones 1220x2440x9.5mm tiene la
capacidad de resistir una carga crítica a pandeo de
251.3kg/m.
Análisis modal de una estructura con fardos de paja y
mochetas con tablero OSB
En este análisis se busca encontrar los modos de vibrar
representativos del comportamiento estructural de la
edificación, a partir del porcentaje de masa que interviene
en ellos. Se encuentra que hay modos que por sí solos
contribuyen con más del 20% de la masa de la edificación.
Al estudiar sus formas vibratorias se determina que en ellos
intervienen conjuntamente tanto los pórticos como los
muros. Posteriormente, el estudio se concentra en validar
su existencia e importancia al comparar los resultados
analíticos con los experimentales.
Análisis modal mediante el uso del software comercial
Para este modelo, al igual que en el descrito en la Figura 9,
se utilizó las propiedades obtenidas de los ensayos de
laboratorio y valores expuestos en la norma [12], en la
Tabla 2 se presentan los resultados del análisis modal de la
estructura utilizando el software comercial.
Tabla 2
Resultados del análisis modal de la estructura de fardos de paja (Software comercial)
Modo
(u)
Periodo
(s)
UX
(%)
UY
(%)
SumUX
(%)
SumUY
(%)
RZ
(%)
SumRZ
(%)
1
0.188
0.00%
54.30%
0.00%
54.30%
0.14%
0.14%
2
0.149
36.20%
0.00%
36.20%
54.30%
43.20%
43.30%
3
0.133
33.90%
0.41%
70.10%
54.70%
32.50%
75.80%
4
0.128
11.10%
1.30%
81.10%
56.00%
5.10%
80.90%
5
0.115
0.05%
26.20%
81.20%
82.20%
0.09%
81.00%
6
0.114
1.30%
2.30%
82.50%
84.50%
1.10%
82.00%
7
0.108
0.07%
0.07%
82.60%
84.60%
0.79%
82.80%
8
0.107
0.00%
0.05%
82.60%
84.60%
0.00%
82.80%
9
0.107
0.00%
0.03%
82.60%
84.60%
0.00%
82.80%
10
0.106
0.00%
0.00%
82.60%
84.60%
0.00%
82.80%
11
0.099
0.00%
0.00%
82.60%
84.60%
0.00%
82.80%
12
0.099
0.00%
0.00%
82.60%
84.60%
0.00%
82.80%
En la Tabla 2 se identifica que el modo número 1 es el
modo fundamental de la estructura debido a que en este
modo se presenta la mayor participación de masa en el
sentido “Y” (paralelo al lado corto de la planta rectangular
de la edificación) con un 54.30%, y un período
fundamental de 0.188s. El modo número 2 es, en cambio,
el modo fundamental para el sentido “X” con un 36.20 %
y un periodo de 0.149 s.
En la Figura 10 se presenta la vista en planta y una
visualización 3D del comportamiento modal en el sentido
“Y” con un 54.30% de masa participativa. Anexo Fig.
10.
En la Figura 11 se aprecia una vista en planta y una
visualización 3D del comportamiento modal en el sentido
“X”, con un 36.20% de masa participativa. Anexo Fig. 11.
Debe recalcarse que estos modos de vibrar incluían el
movimiento conjunto de pórticos y muros, es decir que no
existió un comportamiento independiente de los pórticos y
muros.
Caiza P., et al.
77
Análisis modal mediante el uso del software SeismoStruct
Para la validación adicional de los resultados obtenidos con el software comercial se presenta las respuestas del
software SeismoStruct (ver Tabla 3).
Tabla 3
Resultados del análisis modal de la estructura de fardos de paja (Software SeismoStruct)
Modo
Período
Ux
Uy
Uz
Rx
Ry
Rz
1
0.177
0.00%
39.82%
0.00%
1.44%
0.00%
0.08%
2
0.148
56.93%
39.82%
0.00%
1.45%
2.18%
24.56%
3
0.129
80.11%
39.85%
0.00%
1.45%
3.97%
86.57%
4
0.124
80.98%
43.66%
0.00%
1.45%
3.98%
86.62%
5
0.116
83.35%
44.66%
0.00%
1.48%
4.04%
87.72%
6
0.113
84.37%
47.85%
0.00%
1.49%
4.46%
88.04%
7
0.104
84.39%
84.26%
0.00%
1.56%
4.52%
89.58%
8
0.092
84.40%
90.74%
0.00%
1.57%
4.53%
90.01%
9
0.082
84.40%
90.74%
0.00%
1.57%
4.53%
90.83%
10
0.072
85.00%
91.30%
0.01%
1.72%
5.45%
91.20%
Análisis modal experimental
En el estudio realizado por [10], se determina la
vibración ambiental mediante la utilización de un
dispositivo de adquisición de datos (DAQ) y 4 sensores
A, B, C y D, los mismos que se ubican en distintos
lugares como se aprecia en la Figura 12. Anexo Fig. 12.
Los sensores A y C se ubicaron en columnas de madera
sólida mientras que los sensores B y D se ubicaron en
mochetas. La ubicación de estos sensores está pensada
para obtener no sólo datos traslacionales sino también
datos de desplazamientos rotacionales de la estructura. Se
puede apreciar también el dispositivo de adquisición de
datos, DAQ, donde se registran las aceleraciones de la
estructura.
Se realiza el procesamiento de los datos registrados y se
determinan 3 modos de vibración, cada uno con su
respectivo período y frecuencia. En la Tabla 4 se aprecian
estos valores.
Tabla 4
Periodos y frecuencias de vibración
Modo 1
Modo 2
Modo 3
Frecuencia
5.698
6.785
7.942
Periodo
0.176
0.147
0.126
En la Tabla 4 se indica que el modo 1 es el modo
fundamental de la estructura con un periodo de T=0.176 s.
Al comparar el período obtenido en campo con el periodo
de la modelación se tiene un 1.70% de diferencia entre
estos dos resultados, con lo que se concluye que el periodo
reportado en la modelación está dentro de un rango
aceptable.
Con los resultados del análisis de la vivienda elaborada con
fardos de paja y columnas tipo mochetas se determinó lo
siguiente:
Influencia de los paneles OSB en el comportamiento de
la estructura
Se presentan los resultados tomando en cuenta las
propiedades propias de los paneles OSB y los resultados del
modelo donde se asumen propiedades nulas. Anexo Fig. 12.
En la Figura 13, se identifica que los paneles OSB proveen
una mayor rigidez a la estructura, con un 17% de diferencia
entre los períodos de cada modelo. Se concluye que los
tableros OSB sí aportan rigidez a los fardos de paja. Anexo
Fig. 13.
Análisis del comportamiento de las secciones
equivalentes utilizadas un software adicional:
SeismoStruct
Las columnas tipo mochetas se conforman por dos tipos de
secciones y de dos materiales por lo que para el software
SeismoStruct, ocupado para la validación de los resultados
del software comercial, se trabajó con dos secciones
equivalentes, en la Figura 14 se presentan las dos secciones
utilizadas. Anexo Fig. 14.
La sección equivalente “a”, es una sección rectangular
hueca de 150x350x18.5mm y el material utilizado es el
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y Mochetas de Madera en la Región Andina
Central del Ecuador
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OSB, el cual tiene las propiedades más desfavorables de
los dos materiales. A su vez, la sección equivalente “b” es
una sección compuesta por dos secciones: un canal tipo C
y una placa adicional. En esta se utilizaron los dos tipos de
materiales. En la Tabla 6 se presentan los resultados del
análisis de las dos secciones.
Tabla 5
Resultados del análisis modal de la sección equivalente 1 y 2
Sección Equivalente 1
Sección Equivalente 2
Modo
Período
Ux
Uy
Rz
Período
Ux
Uy
Rz
1
0.177
0.00%
39.82%
0.08%
0.163
0.00%
24.95%
0.01%
2
0.148
56.93%
39.82%
24.56%
0.122
0.01%
26.03%
0.06%
3
0.129
80.11%
39.85%
86.57%
0.104
56.87%
26.03%
3.45%
4
0.124
80.98%
43.66%
86.62%
0.091
57.00%
40.64%
3.52%
5
0.116
83.35%
44.66%
87.72%
0.090
57.83%
42.39%
63.99%
En la Tabla 5 se aprecia que la estructura es mucho más
rígida al utilizar la sección equivalente 2, pero en cambio
se tiene un menor porcentaje de participación modal en las
tres direcciones; Por otro lado, el periodo de la sección
equivalente 1 es mucho mayor que el de la sección 2, pero,
tiene un mayor porcentaje de masa participativa.
Al analizar las dos secciones equivalentes, tanto en
período como en masas participativas, se optó por trabajar
con la sección equivalente 1 porque cuenta con un
comportamiento estructural acorde con los resultados
experimentales.
Análisis modal de los modelos creados
En la Figura 15 se presentan los 3 primeros períodos de
cada modelo, y a la vez, los períodos del análisis
experimental. Anexo Fig. 15.
Al analizar el comportamiento de cada modelo se nota
que, en éstos, cuando se asigna una carga temporal se tiene
una diferencia del 7.9% entre cada período fundamental.
A su vez, para los modelos donde se toma en cuenta solo
carga permanente, se tiene una diferencia del 5.03%. Se
puede concluir que el modelo numérico realizado es válido
debido a que no existe una variación significativa en los
resultados que reporta cada software.
Una vez validada la modelación numérica, se puede
identificar en la Figura 15 que los modelos que tienen una
mayor similitud con el análisis experimental son los que
toman en cuenta únicamente la carga permanente de la
estructura.
Una vez validada la modelación computacional, en la
Figura 16 se presenta el comportamiento de los modelos
que sólo consideran el peso propio y el análisis
experimental. Anexo Fig. 16.
De la Figura 16 se puede concluir que, en efecto, el
análisis de vibración ambiental experimental genera
resultados a partir de las cargas actuantes en el momento
del estudio, por lo que el análisis se debe realizar usando
la carga permanente de la estructura. Por esta razón, se
procede a realizar la comparación únicamente con los
resultados de los modelos donde se toma en cuenta el peso
propio de los elementos estructurales.
Obsérvese que el periodo fundamental que reporta el
software SeismoStruct tiene un porcentaje de 0.10% de
diferencia con el periodo del análisis experimental,
mientras que la diferencia con el software comercial es del
6.38%.
Si bien el software SeismoStruct tiene un periodo similar al
determinado en el análisis experimental, el
comportamiento en periodos que reporta el software
comercial tiene una mayor similitud con el comportamiento
reportado en el análisis experimental.
Finalmente, es importante resaltar que las diferencias entre
los resultados en los modelos analíticos y los
experimentales están dentro de un rango que se considera
aceptable en la práctica diaria de la ingeniería civil. Por
tanto, el diseño a partir de los modelos desarrollados
asegura resultados confiables en términos de seguridad
estructural.
4.
CONCLUSIONES
La carga crítica a pandeo determinada mediante la
modelación computacional tiene una diferencia del 59%
con respecto a la carga a compresión promedio determinada
de los ensayos de laboratorio, esta variación se da en razón
de que el programa permite realizar un modelo ideal
mientras que en el laboratorio se puede tener muestras
Caiza P., et al.
79
irregulares lo que no permite realizar una compresión
pura, o a su vez generar desplazamiento lateral, lo que
provoca variación en los resultados.
Los modelos computacionales de la estructura tomando en
cuenta solo pesos propios tienen un 6.81% de diferencia
en periodos con respecto al análisis experimental, mientras
que los modelos donde se asigna una sobre carga en la
cubierta tienen una diferencia del 186%, con lo que se
concluye que los modelos computacionales donde se
considera solo pesos propios tienen una mayor similitud
con respecto al análisis experimental realizada in situ.
La modelación realizada en el software comercial genera
periodos similares tanto en valor como en comportamiento
a los determinados a través de un análisis experimental
realiza in situ con respecto a periodos.
Al realizar el modelamiento de la estructura sin tomar en
cuenta la participación de los paneles OSB, se concluye
que la influencia de estos tableros es la de proveer de una
mayor rigidez a la estructura lo que se traduce en un aporte
significativo a la rigidez de los fardos de paja.
Las casas elaboradas con fardos de paja y columnas tipo
mochetas pueden ser una alternativa confiable de
construcción para viviendas unifamiliares además que
permiten generan un ahorro significativo al utilizar
materiales propios de las zonas andinas.
Se ha desarrollado un proceso de validación de los
resultados experimentales que incluyen la incorporación
como elementos estructurales de los fardos de paja y los
tableros OSB. Para las secciones de las mochetas se
recomienda usar una sección hueca equivalente. Las
cargas deben estudiarse inicialmente sólo considerando el
peso propio, con el fin de facilitar su comparación con
resultados experimentales de vibración.
Se usan dos programas de análisis estructural que
muestran que, si bien los primeros modos son similares,
los superiores no. Se puede recomendar, por tanto, crear
configuraciones regulares tanto en planta como en
elevación que disminuyan la importancia de estos modos
superiores de vibración.
REFERENCIAS
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S. Caguana, «Análisis de la transformación del
sistema agrario en el territorio del Hatun Cañar,
Ecuador,» Universitat Jaume, Valencia, 2018.
[2]
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agropecuaria. Boletín Situacional. Trigo, Ecuador,»
Ministerio de Agricultura y Ganadería, Quito,
2017.
[3]
V. Ponce, «Análisis de eficiencia energética de
muro con fardo de paja y revoque de tierra cruda,»
Universidad Técnica Federico Santa María, Chile,
2017.
[4]
Viera, «Factibilidad de construcción de viviendas
sismo resistente en la zona andina del Ecuador
utilizando fardos de paja,» vol. 1, nº 269, 2020.
[5]
J. Mardones y I. Jofré, «Construcción con fardos de
paja: Una solución sustentable para la Finca
Ecológica Prema Mandal,» Universidad Técnica
Federico Santa María, Concepción, 2018.
[6]
Viera, Paulina; Aguirre, Dario; Monzo, J,
«Determinación de las Caracteristicas del fardo de
paja de trigo como desecho agroindustrial para su
aprovechamiento como material de construcción,»
2020.
[7]
C. Martínez, «Estudio y aplicaciones de las
construcciones con fardos de paja beneficios de los
materiales naturales,» Universidad de Valladolid,
Valladolid, 2019.
[8]
J. Reyes, «Dieseño arquitectónico de un conjunto
residencial sustentable en la ciudad de loja,»
Universidd Internacional del Ecuador Loja, Loja,
2017.
[9]
J. Pachala y H. Rosero, «Sistema constructivo de
casas unifamiliares con muros de paja portantes,»
Universidad Central del Ecuador, Quito, 2016.
[10]
P. Viera, «Estudio de vibración ambiental de una
casa hecha con fardos de paja en la región Andina
de Ecuador,» Quito, 2022.
[11]
NEC Cargas no Sismicas, «Cargas no Sísmicas,»
Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda,
Quito, 2015.
[12]
NEC Estructuras de Madera, «Estructuras de
Madera,» Ministerio de Desarrollo Urbano y
Vivienda, Quito, 2015.
Anexos
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y Mochetas de Madera en la Región Andina
Central del Ecuador
80
Figura 6
Curva Fuerza-Desplazamiento a Compresión
Figura 7
Curva Esfuerzo-Deformación unitaria
Figura 8
Curva Fuerza vs Desplazamiento a Corte
Caiza P., et al.
81
Figura 9
Comportamiento a pandeo debido a una carga distribuida
Figura 10
Vista en planta y visualización 3D del modo 1
Figura 11
Vista en planta y visualización 3D del modo 2
Figura 12
Evaluación del Modelo Estructural de Casas Construidas con Fardos de Paja y Mochetas de Madera en la Región Andina
Central del Ecuador
82
Ubicación de los instrumentos para el estudio de vibración ambiental
Figura 13
Influencia de los paneles OSB- Comportamiento del período
Figura 14
Secciones equivalentes utilizados en el software SeismoStruct
“a”
“b”
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
1 2 3 4 5
Período (s)
Número de modo (u)
Con Paneles OSB
Sin Paneles OSB
Caiza P., et al.
83
Figura 15
Periodos de los modelos creados y del análisis experimental
Figura 16
Comportamiento del análisis numérico y el análisis experimental
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
1 2 3
Período (s)
Número de modo (u)
Software Comercial-CT
SeismoStruct-CP
Software Comercial-CP
Análisis Experiemental
Software SeismoStruct-CT
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,20
1 2 3
Período (s)
Número de Modo (u)
Análisis Experimental
SeismoStruct-CP
Software Comercial-CP