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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.