IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS
IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS
INTRODUCCIION Las
estructuras irregulares
tienen discontinuidades físicas consideradas en su
configuración o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales. La forma del edificio, tamaño, naturaleza y localización de los elementos resistentes, es decir: muros, columnas, pisos, núcleos de servicio, escaleras; y elementos no estructurales como: cantidad y tipo de divisiones interiores, la forma en que los muros exteriores disponen solidos o con aberturas para iluminación natural y ventilación. El inicio de esquema en un proyecto de edificación entre Arquitecto e Ingeniero, entendiendo de qué manera las decisiones puede afectar el comportamiento sismo resistente de esta, escogiendo apropiadamente los materiales básicos a utilizarse, la configuración y la estructuración del edificio. El ingeniero estructural no tendrá que pasar por la desagradable situación de escoger entre proponer revisiones que pueden llevar hasta la reformulación del proyecto inicial, o tratar de usar soluciones estructurales muy complicadas para resolver
el problema producido, a causa de concepciones
arquitectónicas inadecuadas. 1. OBJETIVOS
Tener una mayor noción sobre las configuraciones sísmicas para las edificaciones.
Plantear soluciones acorde al problema.
Obtener un mayor criterio sobre las diferentes configuraciones para edificaciones.
DISEÑO SISMICO
Analizar la norma peruana E- 0.30 “DISEÑO SISMO RESISTENTE”
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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS 2. DEFINICION
Al margen de las debilidades de la estructura, imperfecciones en los códigos o errores en el análisis y diseño, la configuración estructural juega un rol vital en la dimensión de una catástrofe. La configuración de la edificación puede ser descrita como regular o irregular en términos del tamaño y forma de la misma, el arreglo de los elementos estructurales y de la masa.
CONFIGURACION REGULARES
Son las que no tienen discontinuidades significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas laterales, respetan la simetría ( en planta y elevación), y tienen una distribución uniforme.
CONFIGURACIONES IRREGULARES
Se definen como aquellas estructuras que presentan una o más de las características indicadas en las tablas 4 o 5 de las nomas E
– 30,
carecen de
simetría, y presentan discontinuidades en geometría, masa, o elementos resistentes de carga. Pueden causar interrupción del flujo de fuerzas y concentración de esfuerzos. Las irregularidades de masa y rigideces de elementos, también pueden causar grandes fuerzas de torsión.
3. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA
IRREGULARIDADES DE RIGIDEZ (PISO BLANDO)
En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85% de las correspondientes sumas para el entrepiso superior, o es menor que 90% del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en sótanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores por anteriores por ( ) donde es la altura diferente de piso y es la altura típica de piso.
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Figura 1
Ejemplo de irregularidad vertical por carga
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PISO BLANDO
El nombre de piso blando se aplica por lo general a edificios cuya planta baja es menos rígida que las plantas superiores. Sin embargo, un piso blando en cualquier nivel crea problemas, pero como las fuerzas son mayores en la base del edificio, una discontinuidad de rigidez entre el primer y segundo piso tiende a provocar la condición más grave.
Distribución del desplazamiento total generado por un sismo: a) un edificio regular y (b) Un edificio planta baja libre
El piso blando se genera cuando hay una discontinuidad significativa de resistencia y rigidez entre la estructura vertical de un piso y el resto de la estructura. Esta discontinuidad se puede presentar debido a que un piso, por lo general el primero, es significativamente mas alto que el resto, produciéndose asi una disminución de rigidez.
También puede haber discontinuidad debido a un concepto de diseño muy común, en el cual no todos los elementos verticales se proyectan hacia la cimentación, sino que algunos terminan en el segundo piso para aumentar las luces de la planta baja. Esta condición crea una trayectoria de carga discontinua que produce una variación de resistencia y rigidez en el punto de cambio.
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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS Finalmente, el piso blando se puede producir por un piso abierto que soporta muros superiores estructurales o no estructurales pesados. Esta situación es más grave cuando el muro superior es un muro de corte y actúa como elemento principal resistente de la fuerza lateral.
El problema principal del piso blando es que la mayor parte de las fuerzas sísmicas de un edificio y cualquier deformación estructural consecuente, tenderán a concentrase en el piso menos rígido o en el punto de discontinuidad, en lugar de distribuirse de manera mas uniforme entre todos los pisos.
En la condición de piso blando, las deflexiones en este serán mucho mayores que las de otros pisos y por tanto, este piso experimentara esfuerzos y daños mayores. En la condición de piso blando, las deflexiones en este serán mucho mayores que las de otros pisos, y por tanto, este piso experimental esfuerzos y daños mayores.
Figura 2
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Figura 3
IRREGULARIDAD DE MASA
Se considera que existe irregularidad de masa cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas.
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IRREGULARIDAD GEOMETRICA VERTICAL
La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos.
Este tipo de irregularidad se conoce también con el nombre de escalonamiento por diversas razones, las tres más comunes son: -
Los requisitos de zonificación en que los pisos superiores se zonificación en que los pisos superiores se escalonan hacia atrás para conservar la luz y el aire en los lugares adyacentes, los requisitos de programa cuando se necesitan pisos más pequeños a niveles más altos, a los requisitos de estilo relacionados con la forma del edificio. Actualmente los requisitos de volumen predominan sobre los requisitos de zonificación.
-
En formas escalonadas, es más probable que el cambio abrupto de resistencia y rigidez ocurra en el punto de escalonamiento o de cambio de sección. Cuanto más grandes sean los escalones o cambios de sección en un escalonamiento normal o invertido, mayor será el problema. Es preferible emplear un acartelamiento suave para evitar el problema del cambio de sección. Simulando el edificio como una viga en voladizo se puede decir que una viga acartelada no sufre concentraciones de esfuerzos, mientras que una viga escalonada sí. Los problemas de escalonamiento son mayores si los elementos verticales que se encuentran
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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS en la zona del cambio de sección no se prolongan hasta los niveles inferiores o cuando se tiene el escalonamiento invertido.
DISCONTINUIDAD EN LOS SISTEMAS RESISTENTES
Desalineamiento
de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación,
como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.
Es importante que las fuerzas sigan trayectorias regulares y directas a través de líneas de resistencia continuas hasta alcanzar la cimentación del edificio. Estas líneas de resistencia las proporcionan los elementos verticales sismo resistentes. En esta sección se puede incluir la irregularidad impuesta por los muros de corte discontinuos, lo cual requiere suficiente rigidez de la losa para transmitir los esfuerzos de corte del muro hacia los elementos verticales del nivel inferior.
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Figura 5
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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS 4. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA
Es importante la simplicidad para un mejor comportamiento sísmico de conjunto de una estructura y resulta más sencillo proyectar, dibujar, entender y construir detalles estructurales. Otro factor importante es la simetría respecto a sus dos ejes en planta, es decir su geometría es la idéntica en ambos lados de cualquiera de los ejes que se esté considerando. La falta de regularidad por simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, que no es fácil de evaluar con precisión. Es necesario mencionar que a pesar de tener una planta simétrica, puede haber irregularidades debido a una distribución excéntrica de rigideces o masas ocasionando también torsión.
IRREGULARIDAD TORSINAL
Se considerara solo en edificios con diafragmas rígidos, en cualquiera de las direcciones de análisis el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1.3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto.
Esta verificación no puede efectuarse sin antes haber llevado a cabo el análisis sísmico. Se ha observado que la torsión en planta constituye una de las causas comunes de colapsos, principalmente en edificaciones de planta rectangular con muros en tres de los lados del perímetro.
Ya que la torsión en planta se presenta cuando el centro de masa no coincide con el centro de rigidez es conveniente buscar la ubicación simétrica de elementos sismo rresistentes y una adecuada distribución de la masa no solo en elevación sino también en la planta de la estructura.
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Figura 6
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ESQUINAS ENTRANTES
La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura tienen esquinas entrantes cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20% de la correspondiente dimensión total en planta.
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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS Las configuraciones con esquinas entrantes plantean dos problemas. El primero es que tienden a producir variaciones de rigidez y, por tanto, movimientos diferenciales entre diversas partes del edificio, provocando una concentración local de esfuerzos en la esquina entrante.
El segundo problema es la torsión. Esta se produce porque el centro de masa y el centro de rigidez de esta forma no pueden coincidir geométricamente para todas las posibles direcciones de un sismo. Esto provoca rotación, que tendera a distorsionar la forma.
Figura 8
DISCONTINUIDAD DEL DIFRAGMA
Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo mayores a 50% del área bruta del diafragma.
La rigidez de un diafragma con discontinuidades abruptas o aberturas significativas puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal durante un sismo, de elementos portantes más débiles o dañadas del edificio hacia los elementos más fuertes o hacia aquellos que sufren menor daño.
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5. SOLUCIONES PARA LOS PROBLEMAS DE CONFIGURACION Ciertos tipos obvios de soluciones están disponibles para el diseñador con la finalidad de atenuar los problemas de configuración estructural:
Eliminar el problema, evitando o alterando la configuración global.
Separar los elementos que causan la discontinuidad.
Reforzar los elementos débiles.
Proporcionar adecuada transición entre elementos.
Minimizar la respuesta sísmica por medio de un sistema de aislamiento en la base.
6. CARACTERISTICAS
RELEVANTES
DEL
EDIFICIO
PARA
EL
COMPORTAMIENTO SISMICO
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7. CONCLUSIONES
Además de la simetría es conveniente que la estructuración posea una elevada rigidez torsional para hacer frente a posibles torsiones accidentales
El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que le confiera resistencia y rigidez a carga laterales en cualquier dirección.
Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producirse por la distribución irregular de masa o rigideces en planta o elevación. Para esto la estructura debe ser sencilla, regular, simétrica, continúa.
Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad de deformaciones inelástica que les permitan disipar la energía introducida por sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento inelástico y sin la presencia de fallas frágiles locales y globales.
Un tipo de solución es colocar muros de contra viento en la dirección transversal o formar marcos también en dicha dirección.
Es importante que la cimentación pueda transmitir las cortantes basales al terreno.
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