TRABAJO 03 - PISO BLANDO

Los pisos blandos o suaves son aquellos que muestran una reducción significativa en la rigidez lateral respecto a los demás pisos de la estructura. Uno de los errores típicos en la estructuras de hoy en dia son los pisos blandos y debiles, el cual son considerados por los ingenieros sismicos como muy perjudiciales en lo que respecta al comportamiento global de la estructura.

Un piso blando o suave es aquel cuya rigidez lateral es menor del 70% de la rigidez del piso superior o menor del 80% de la rigidez promedio de los 3 pisos superiores al piso blando, en tal caso se considera irregular.

El problema de “Piso Suave o Blando” surge en aquellos edificios aporticados (compuestos predominantemente en su estructura por vigas y columnas), donde el piso en mención presenta alta flexibilidad por la escasa densidad de muros que impide controlar los desplazamientos laterales impuestos por los terremotos, en tanto que los pisos adyacentes son relativamente más rígidos por contener una mayor cantidad de muros.

Dentro de las causas principales que generan los pisos blandos en las estructuras podemos citar:

1. Una estructura más alta en el primer piso respecto a los superiores, provocando menos rigidez y más deflexión en el primer piso.2. Un cambio abrupto de la rigidez en un piso con respecto a otro.3. El uso de muro de corte con una discontinuidad, en la cual las fuerzas cortantes son resistidas por muros que no legan hasta la fundación.4. Discontinuidad en la trayectoria de las cargas, creada por un cambio vertical u horizontal en la estructura.

Efectos Sísmicos: La condición de piso blando o débil puede ocurrir en cualquier piso, pero es más crítico cuando ocurre en el primer piso, porque las fuerzas sísmicas son generalmente más grandes en este nivel.

La característica esencial de un piso blando o débil consiste en una discontinuidad de la rigidez o resistencia, la cual ocurre en las conexiones del segundo piso.

COMPORTAMIENTO DEL “PISO SUAVE O BLANDO” ANTE LOS SISMOSDurante los sismos severos, o incluso a veces en los sismos moderados, en el “Piso Blando” se produce un gran desplazamiento lateral, que se traduce en una excentricidad de la carga vertical “P” proveniente de los pisos superiores rigidizados por los tabiques. Esto da lugar a un momento (PxΔ) que debe ser equilibrado por los momentos flectores generados en los extremos de las columnas del “Piso Blando” (m(Δ)).

Muchas veces los ingenieros estructurales diseñan a las columnas del “Piso Blando” como para soportar los momentos flectores generados por la fuerza sísmica (m(F), obviando a los producidos por el desplazamiento lateral m(Δ). Con lo cual, durante el sismo, el momento flector actuante (M = m(F) + m(Δ)) supera a la capacidad resistente (m(F)), dando lugar a la formación de rótulas en los extremos de las columnas del “Piso Blando o suave”, lo que conduce a una mayor flexibilización del piso en mención (incremento de Δ), sobreviniendo finalmente el colapso de la edificación.

El problema del Piso Blando

Este problema surge en edificios aporticados en los cuales se tiene una discontinuidad de la rigidez. Normalmente los pisos con alta densidad de muros tienen alta rigidez, el piso blando se da en el que no existe la misma cantidad de muros que en los demás pisos, por lo que no es capaz de controlar los desplazamientos laterales.

Comportamiento del piso blando ante sismos

Debido a la poca rigidez lateral del piso blando, durante un sismo se producen desplazamientos importantes que generan una excentricidad de la carga vertical. Este fenómeno se acentúa en sismos severos. Esta excentricidad da lugar a momentos flectores en los extremos de las columnas del piso blando.

2. FORMA APROXIMADA DE RESOLVER EL PROBLEMA

Para solucionar el problema de Piso Blando se puede hacer un análisis simple.

Para esto primero se debe hacer dos sistemas que generen los mismos momentos (Mi), en el primero el momento es producido por las fuerzas de gravedad (Pi) y el desplazamiento lateral (δi), mientras que en el segundo solo por fuerzas laterales F´i.

Variables usadas:

i = dígito que identifica al nivel “i”.δi = desplazamiento absoluto del nivel “i”.Δi = desplazamiento lateral relativo.hi = altura del piso “i”.Pi = peso del nivel “i”.ΣPj = peso acumulado en el piso “i”.

Q´i = fuerza cortante en el piso “i”.Por equilibrio se puede obtener: F´i = Q´i – Q´i+1. (Para el último nivel Q´i+1 = 0)

Dónde: Q´i = (ΣPj) Δi /hi

Figura 1: Sistemas equivalentes.

Los desplazamientos relativos “Δi ” y fuerza cortante “Q´i” son los causados por la fuerza sísmica “Fi”. El primero se debe amplificar por 3R/4(R: factor de reducción de las fuerza sísmicas inelásticas) para el cálculo de las fuerzas F´i, esto para que se pueda considerar el problema de piso blando en el régimen inelástica.

Luego se debe aumentar también la fuerza sísmica, esta fuerza aumenta los desplazamientos ya calculados, pero se puede resolver simplemente usando un proceso iterativo para converger δi.

3. CONCEPTOS ESTRUCTURALES ERRÓNEOS

Hasta ahora muchas personas creen que los muros longitudinales proporcionan rigidez al “Piso Blando”, lo cual es falso ya que estos muros al ser muy largos solo proporcionan rigidez y resistencia solo a cargas sobre su plano. También es usual usar tabiques bien arriostrados para evitar el problema P- Δ, pero éstos solo sirven en su estado elástico y no en el inelástico.

Otro error frecuente es modelar y diseñar estructuralmente una edificación solo para fuerzas en estado elástico, ignorando las fuerzas producidas en estado elasto-plástico donde se producen las mayores deformaciones.

Antes se planeaba solucionar el problema de piso blando como si fuera un fusible (como los aisladores) capaz de transmitir fuerzas, pero es ilógico puesto que una columna esbelta y larga no se puede comparar con un aislador de pequeño tamaño.

Imagen 2: Estructura con aislador.

TEMA 04 – TORSION EN EDIFICACIONES