irregularidades significativas en configuraciones sencillas

8/11/2019 Irregularidades Significativas en Configuraciones Sencillas

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IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES SENCILLAS

DISEO SISMICO Pgina 1

IRREGULARIDADES SIGNIFICATIVAS EN CONFIGURACIONES

SENCILLAS

INTRODUCCIION

Las estructuras irregulares tienen discontinuidades fsicas consideradas en su

configuracin o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales.

La forma del edificio, tamao, naturaleza y localizacin de los elementos resistentes, es

decir: muros, columnas, pisos, ncleos 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 iluminacin natural y ventilacin.

El inicio de esquema en un proyecto de edificacin entre Arquitecto e Ingeniero,

entendiendo de qu manera las decisiones puede afectar el comportamiento sismo

resistente de esta, escogiendo apropiadamente los materiales bsicos a utilizarse, la

configuracin y la estructuracin del edificio. El ingeniero estructural no tendr que pasar

por la desagradable situacin de escoger entre proponer revisiones que pueden llevar

hasta la reformulacin del proyecto inicial, o tratar de usar soluciones estructurales muy

complicadas para resolver el problema producido, a causa de concepciones

arquitectnicas inadecuadas.

1. OBJETIVOS

Tener una mayor nocin sobre las configuraciones ssmicas para las

edificaciones.

Plantear soluciones acorde al problema.

Obtener un mayor criterio sobre las diferentes configuraciones para

edificaciones.

Analizar la norma peruana E-0.30 DISEO SISMO RESISTENTE


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2. DEFINICION

Al margen de las debilidades de la estructura, imperfecciones en los cdigos o

errores en el anlisis y diseo, la configuracin estructural juega un rol vital en la

dimensin de una catstrofe. La configuracin de la edificacin puede ser descrita

como regular o irregular en trminos del tamao 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 configuracin resistente a cargas laterales, respetan la simetra ( en planta y

elevacin), y tienen una distribucin uniforme.

CONFIGURACIONES IRREGULARES

Se definen como aquellas estructuras que presentan una o ms de las

caractersticas indicadas en las tablas 4 o 5 de las nomas E 30, carecen de

simetra, y presentan discontinuidades en geometra, masa, o elementos

resistentes de carga. Pueden causar interrupcin del flujo de fuerzas y

concentracin de esfuerzos. Las irregularidades de masa y rigideces deelementos, tambin pueden causar grandes fuerzas de torsin.

3. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

IRREGULARIDADES DE RIGIDEZ (PISO BLANDO)

En cada direccin la suma de las reas de las secciones transversales de los

elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, esmenor 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

stanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores por anteriores por (

) donde es la altura diferente de piso y es la altura tpica 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 rgida 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

condicin ms grave.

Distribucin 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, producindose asi

una disminucin de rigidez.

Tambin puede haber discontinuidad debido a un concepto de diseo muy comn,

en el cual no todos los elementos verticales se proyectan hacia la cimentacin,sino que algunos terminan en el segundo piso para aumentar las luces de la planta

baja. Esta condicin crea una trayectoria de carga discontinua que produce una

variacin de resistencia y rigidez en el punto de cambio.
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Finalmente, el piso blando se puede producir por un piso abierto que soporta

muros superiores estructurales o no estructurales pesados. Esta situacin es ms

grave cuando el muro superior es un muro de corte y acta como elemento

principal resistente de la fuerza lateral.

El problema principal del piso blando es que la mayor parte de las fuerzas

ssmicas de un edificio y cualquier deformacin estructural consecuente, tendern

a concentrase en el piso menos rgido o en el punto de discontinuidad, en lugar de

distribuirse de manera mas uniforme entre todos los pisos.

En la condicin de piso blando, las deflexiones en este sern mucho mayores que

las de otros pisos y por tanto, este piso experimentara esfuerzos y daos mayores.

En la condicin de piso blando, las deflexiones en este sern mucho mayores que

las de otros pisos, y por tanto, este piso experimental esfuerzos y daos 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 esmayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas.


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IRREGULARIDAD GEOMETRICA VERTICAL

La dimensin en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que

130% de la correspondiente dimensin en un piso adyacente. No es aplicable en

azoteas ni en stanos.

Este tipo de irregularidad se conoce tambin con el nombre de escalonamiento por

diversas razones, las tres ms comunes son:

- Los requisitos de zonificacin en que los pisos superiores se zonificacin

en que los pisos superiores se escalonan hacia atrs para conservar la luz

y el aire en los lugares adyacentes, los requisitos de programa cuando se

necesitan pisos ms pequeos a niveles ms altos, a los requisitos de

estilo relacionados con la forma del edificio. Actualmente los requisitos de

volumen predominan sobre los requisitos de zonificacin.

- En formas escalonadas, es ms probable que el cambio abrupto de

resistencia y rigidez ocurra en el punto de escalonamiento o de cambio de

seccin. Cuanto ms grandes sean los escalones o cambios de seccin en

un escalonamiento normal o invertido, mayor ser el problema. Es

preferible emplear un acartelamiento suave para evitar el problema del

cambio de seccin. 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 s. Los problemas de

escalonamiento son mayores si los elementos verticales que se encuentran


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en la zona del cambio de seccin 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 orientacin,

como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensin del elemento.

Es importante que las fuerzas sigan trayectorias regulares y directas a travs de

lneas de resistencia continuas hasta alcanzar la cimentacin del edificio. Estas

lneas de resistencia las proporcionan los elementos verticales sismo resistentes.

En esta seccin 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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4. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Es importante la simplicidad para un mejor comportamiento ssmico de conjunto

de una estructura y resulta ms sencillo proyectar, dibujar, entender y construir

detalles estructurales. Otro factor importante es la simetra respecto a sus dos ejes

en planta, es decir su geometra es la idntica en ambos lados de cualquiera de

los ejes que se est considerando. La falta de regularidad por simetra, masa,

rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsin, que no es

fcil de evaluar con precisin. Es necesario mencionar que a pesar de tener una

planta simtrica, puede haber irregularidades debido a una distribucin excntrica

de rigideces o masas ocasionando tambin torsin.

IRREGULARIDAD TORSINAL

Se considerara solo en edificios con diafragmas rgidos, en cualquiera de las

direcciones de anlisis el desplazamiento relativo mximo entre dos pisos

consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1.3 veces el promedio de

este desplazamiento relativo mximo con el desplazamiento relativo que

simultneamente se obtiene en el extremo opuesto.

Esta verificacin no puede efectuarse sin antes haber llevado a cabo el anlisisssmico. Se ha observado que la torsin en planta constituye una de las causas

comunes de colapsos, principalmente en edificaciones de planta rectangular con

muros en tres de los lados del permetro.

Ya que la torsin en planta se presenta cuando el centro de masa no coincide con

el centro de rigidez es conveniente buscar la ubicacin simtrica de elementos

sismo rresistentes y una adecuada distribucin de la masa no solo en elevacin

sino tambin en la planta de la estructura.


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Figura 6

Figura 7

ESQUINAS ENTRANTES

La configuracin 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 dimensin total en planta.


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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 concentracin local

de esfuerzos en la esquina entrante.

El segundo problema es la torsin. Esta se produce porque el centro de masa y el

centro de rigidez de esta forma no pueden coincidir geomtricamente para todas

las posibles direcciones de un sismo. Esto provoca rotacin, que tendera a

distorsionar la forma.

Figura 8

DISCONTINUIDAD DEL DIFRAGMA

Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo

mayores a 50% del rea bruta del diafragma.

La rigidez de un diafragma con discontinuidades abruptas o aberturassignificativas puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal durante un

sismo, de elementos portantes ms dbiles o daadas del edificio hacia los

elementos ms fuertes o hacia aquellos que sufren menor dao.


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5. SOLUCIONES PARA LOS PROBLEMAS DE CONFIGURACION

Ciertos tipos obvios de soluciones estn disponibles para el diseador con la

finalidad de atenuar los problemas de configuracin estructural:

Eliminar el problema, evitando o alterando la configuracin global.

Separar los elementos que causan la discontinuidad.

Reforzar los elementos dbiles.

Proporcionar adecuada transicin entre elementos.

Minimizar la respuesta ssmica 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

Adems de la simetra es conveniente que la estructuracin posea una elevada

rigidez torsional para hacer frente a posibles torsiones accidentales

El edificio debe poseer una configuracin de elementos estructurales que le

confiera resistencia y rigidez a carga laterales en cualquier direccin.

Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de

solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producirse por la

distribucin irregular de masa o rigideces en planta o elevacin. Para esto la

estructura debe ser sencilla, regular, simtrica, contina.

Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad de

deformaciones inelstica que les permitan disipar la energa introducida por

sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento inelstico y

sin la presencia de fallas frgiles locales y globales.

Un tipo de solucin es colocar muros de contra viento en la direccin transversal o

formar marcos tambin en dicha direccin.

Es importante que la cimentacin pueda transmitir las cortantes basales al terreno.

irregularidades significativas en configuraciones sencillas

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