DIFERENCIAS Y COMPORTAMIENTOS DE DIAFRAGMAS RIGIDOS Y FLEXIBLES

DIAFRAGMAS RIGIDOS Y FLEXIBLES

Diafragmas Rígidos Y Flexibles

Realmente me sorprende la forma en que se escriben los libros de texto y las Normas, al menos en el área Estructural. En cuanto a los libros de texto porque a veces debes  tener mucha paciencia para desenmarañar los conceptos que el autor quiere transmitir. En el caso de las Normas, cuando nos vamos al Capítulo 21 del ACI considero muy vaga e insuficiente la explicación sobre el tema de los diafragmas en particular.

También en las Universidades dan por valido que el estudiante sabe cosas que muchas veces no aparecen fácilmente o simplemente no aparecen y se van acumulando creando dudas en el profesional.

Por esa razón vamos a tocar el tema de los diafragmas, losas y placas de cimentación.

Vamos a dividir el tema en 4 partes:  

1.-Que es un diafragma y que es una losa.

2.-Que es un diafragma o losa rígido y  flexible.

3.-Que implicaciones estructurales tiene cada uno.

4.-Como podemos saber cuándo un diafragma o una losa funciona como rígido y cuando funciona como flexible.

Demás está decir que, como en los artículos anteriores que he publicado, expreso en todos ellos mi punto de vista  personal sobre el tema. Es decir que es posible que exprese criterios diferentes a textos o criterios que no aparezcan en textos. Por lo que aceptare cualquier observación contraria, en función de llegar a la verdad. Pero mientras no lleguemos a la verdad estaremos en discusión.

En este primer artículo abordaremos el tema desde el punto de vista cualitativo y

En el segundo, desde el punto de vista del análisis estructural.

Comenzaremos por las definiciones:

Losa es un elemento de geometría tridimensional que recibe las cargas en un plano bidimensional, pero cuyas deformaciones ocurren en el eje de menor dimensión que es la direccion de las cargas . O sea que esta cargada en el plano de menor inercia. La palabra losa la podemos asociar con cargas estaticas.

La losa tiene mayor rigidez con respecto a los ejes de las dimensiones grandes y, viceversa, tiene menor rigidez con respecto al eje de deformación que es el de dimensión menor (Puede parecer capcioso o redundante decirlo, pero es necesario).

Un diafragma es un elemento tridimensional que recibe la solicitación en un “plano” uniaxial que es uno de los de mayor rigidez.

Un diafragma rígido es el que se considera que solo se desplaza en dos direcciónes que son las de sus dimensiones grandes en el caso de diafragmas horizontales y tiene una rotacion sobre la otra direccion. Cuando el diafragma es vertical, como los muros, igualmente tiene dos desplazamientos  pero uno de ellos es en el eje de la dimension menor. La rotacion ocurre sobre uno de los ejes de la dimension mayor. Las  cargas estan en la direccion de una de las dos inercias mayores.

El diafragma flexible en cambio puede curvearse.

En el caso de las losas o placas sobre el terreno por igual.

Las implicaciones estructurales que tienen cada cual son:

-El diafragma rígido y la losa o placa al desplazarse igual puede trasmitir el desplazamiento a otros elementos como muros los cuales lo harán todos a la vez y de igual forma.

-El Diafragma flexible al curvearse tiene diferentes desplazamientos, deformaciones y rotaciones lo cual complica el análisis. También al ser poco rígido no es capaz de transmitir con eficiencia ni totalmente las solicitaciones.

Sin calcularlo sabemos que un techo de láminas como el zinc, madera, etc.   no es rígido, por lo que es necesario conectar los muros a través de vigas (En zonas sísmicas).

Igualmente cuando tenemos losas inclinadas, el plano de la geometria no coincide con el de la accion de la carga. Recuerden que en el caso sismico esa carga es ficticia porque lo que sucede es una aceleracion del terreno que sacude al edificio y usamos el concepto de carga para simplificar y las concentramos en los diafragmas. Pero en articulos nuevos veremos que eso tiene implicaciones, cuando les hable del metodo de desplazamiento directo. Igualmente que en el caso de los diafragmas flexibles en las losas inclinadas deberemos usar vigas perimetrales rigidas que conecten todos los elementos que participen para mantener el criterio de desplazamientos iguales.

En el caso de placas de cimentación, si es flexible posibilitara la ocurrencia de asentamientos diferenciales. O sea, que en las distintas partes de la losa podrá ocurrir asentamientos diferentes, pero también rotaciones en los distintos ejes.

En el caso de placas rígidas todos los desplazamientos serán iguales y solo habrá una rotación. Es decir, que el análisis se simplifica.

En un segundo artículo hablaremos de los métodos para decidir o saber cuándo la

Placa o losa es rígida o flexible y veremos la parte analítica ademas de .que pondremos mas graficas para entender el fenomeno.

Ingeniero Civil con Master en Tecnología y Organización de la Construcción, Master en Control de la Calidad de la Producción Industrial y Master en Ingeniería Estructural Sismo-Resistente. República Dominicana

Comments (32)

  • Reply Yuri Villavicencio-Fdez - 21 agosto, 2011

    Justo eso le iba a decir que los gráficos ayudan mucho a comprender estos temas.
    Para fines del modelo ¿Los distintos tipos de onda producen el mismo efecto sobre las solicitaciones de la estructura?

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    No y de hecho viajan a diferentes velocidades y diferentes magnitudes, pero eso es un tema de la sismologia no nosotros. No se si sabias que cuando se define donde esta ubicado el origen del terremoto o foco (hipocentro) sencillamente es por el tiempo que tardan en llegar la primera que es la que viaja mas rapido pero que no es tan fuerte y la segunda que es mas lenta, pero mas fuerte. Se toman varias lecturas de sismografos y se saca el dato.Cuando los Ingenieros Sismorresistente usamos las aceleraciones ya estas son depuradas por los sismologos y obtenemos una aceleracion y trabajamos con ella.

    • Reply Yuri Villavicencio-Fdez - 21 agosto, 2011

      No, no lo sabía, la verdad empecé a interesarme por el tema sísmico cuando comencé a trabajar fuera. En mí país se estudia poco o no se estudia, dependiendo de quien sirva la clase de concreto, dinámica y análisis estructural, ya que históricamente no hay registros de eventos de magnitud y lo poco que se explica en geología por la misma situación.
      Por eso, el día que tiemble en Tegucigalpa no va a quedar piedra sobre piedra.
      Aun no me queda claro, recuerdo de lo que explicó en el post de Idealizaciónd esde el punto de vista dinámico que el desplazamiento iba en el mismo sentido de la aceleración (horizontal), pero yo he visto modelaciones sobre maquetas a escala en las que también hay desplazamientos verticales:
      ¿En este caso el sistema losa-viga también se comporta como un diafragma rígido ó sólo asumimos la rigidez en orden de simplificar los cálculos?
      Muchas gracias por su aclaración y esperamos a que continue con el tema.

    • Reply Marvin R - 21 agosto, 2011

      Las benditas ondas P y ondas S.

    • Reply oscar vargas - 17 septiembre, 2019

      buenas noches agradezco al ing jose cabrera ….si fuese posible suministrar mas informacion sobre los difragmas rígidos y flexibles …y los metodos existentes para su clasificación.

      mi correo ….ovmingenieria@gmail.com

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    Recuerda lo que te dije anteriormente. Ese primer articulo es la simplificacion mas grande posible para posteriormente por combinacion lineal tomar en cuenta las diferentes acciones. Estamoa aun en la base mas simple. Yo asumi una viga lo suficientemente rigida para que no se curvee. Es una suposicion. En la realidad el modelo debera aproximarse a la realidad y se simplifica cuando no se pierde precision.

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    Lo de los graficos: Quise publicar una parte teorica primero y mas rapido. La otra parte requiere que busque documentacion y dibuje algunas graficas. Esa es la desventaja de la Ingenieria Estructural o Sismorresistente. Todas las publicaciones anteriores de Construccion, Control de Calidad las puedo sacar de mi cabeza y pegarles un grafico de internet y ya. Pero estas son mas complicadas y agotan mas tiempo…

  • Reply CivilGeek - 21 agosto, 2011

    Muy buena la aclaración entre losa y diafragma!!!

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    El Diafragma es la misma losa pero con las cargas laterales.

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    El muro es diafragma cuando los solicitan cargas laterales.

  • Reply Jose Rafael Cabrera Sepulveda - 21 agosto, 2011

    Y ahora estamos ante una comparacion entre Ingenieria Estructural e Ingenieria Sismorresistente. La losa es un concepto estructural igual que el muro. Diafragma es un concepto que compete a la Ingenieria Sismorresistente.

  • Reply Ing. José Cabrera - 21 agosto, 2011

    Estoy preparando las dos que siguen para publicarlas manana ya que hoy no es conveniente para no saturar:

    Diafragmas en Placas de Cimentacion.
    Diafragmas de losas y muros.

  • Reply Ernesto - 22 agosto, 2011

    Es muy cierto, los libros son tortuosos en el sentido de que los autores obvian muchas cosas que los lectores aun no conocemos y necesitamos investigar, en la universidad de igual manera, nos enseñan bien el Analisis y el Diseño, pero con acciones preestablecidas, considero que es importante que se tome un buen tiempo de la enseñanza en la determinacion de acciones a aplicar a los modelos.

    Muchas gracias por sus aportaciones.

    Saludos !!

  • Reply Carlos Arevalo - 23 agosto, 2011

    En mi epoca, la formacion era demasiado enciclopedista, esta pagina, nivela mucho la actual instruccion.

  • Reply william linares - 23 agosto, 2011

    me parece muy interesante sus observaciones acerca de las losas rigidas y flexibles y ademas quiero acotar las acion del vientos y las placas inclinadas

  • Reply Ing. José Cabrera - 23 agosto, 2011

    El tema del viento es diferente ya que el comportamiento es otro. Podemos tratarlo mas adelante…

  • Reply victor alfonso - 28 septiembre, 2011

    hablando en términos de principios estructurales básicos tanto la losa como el diafragma son “placas”, pues su comportamiento estructural es el de placa y obviamente una “placa” entre mas peraltada este es mas rígida, y claro solo depende la forma en que esta placa va a recibir las solicitaciones de carga para nominarla como losa o diafragma, pero ademas es evidente que una placa es rígida o flexible en función de su espesor o peralte

  • Reply victor alfonso - 28 septiembre, 2011

    el uso de los diafragmas no es un tema privativo de aspectos sismo resistentes pues puedo utilizar los diafragmas para contrarrestar el efecto de otro tipo de cargas accidentales para hacer mas rígida una estructura.

  • Reply edgardo - 17 noviembre, 2012

    buenas, disculpen mi pregunta, pero en sí que es un diafragma? se habla de losas, y por lo que entendí, un diafragma es que tan rígida es esa losa?

    Que alguien me responda, gracias de antemano

  • Reply jose r cabrera - 24 mayo, 2013

    Sobre lo que dice yuri..si pueden existir acciones verticales del sismo, especialmente cuando el epicentro esta cercano al lugar o donde existen fallas.

  • Reply jose r cabrera - 24 mayo, 2013

    Para Edgardo, la definicion esta dada en este articulo, pero podemos definirlo como un colector y distribuidor de acciones o excitaciones. Pueden ser acciones causadas por el viento, sismos, etc. Tambien pueden ser deformaciones..

  • Reply JOE - 7 mayo, 2014

    MUY BÁSICO Y SIMPLISTA LA EXPLICACIÓN…

  • Reply Raiza - 6 julio, 2015

    Buenos días Sr. Jose R Cabrera! Me interesa leer los otros articulos que dijo que publicaría , estoy realizando un trabajo de investigacion sobre este tema y estaria muy agradecida si por favor indica los link o donde se encuentran publicados.

  • Reply David - 21 diciembre, 2015

    Hay un pequeño error. Los diafragmas flexibles o semirigidos SI transmiten todos los esfuerzos. Las fuerzas no pueden desaparecer, solo se repartirán de otra manera.

  • Reply José - 4 marzo, 2016

    Saludos, si en la región donde se pretende construir un edificio, no es una zona sismica, es igualmente necesario que esta se le asignen Diafragmas a la hora de modelar la estructura a construir en SAP 2000 por ejemplo. Cuales serian las implicacione de hacerlo o no? De antemano muchas gracias por el posible apoyo.

  • Reply Daniel Peña - 7 abril, 2016

    Estimado Ing.

    En el caso de Estructuras de Acero, edificios industriales de 1 nivel o edificios, si quisiera utilizar el concepto de diafragma rigido al momento de modelarlo en algun software (sap, robot, etc) sería necesario estructurar los pisos y el techo de manera que se comporte como un diafragma para poder aplicar este criterio? En otras palabras debería utilizar vigas de amarre rígidas? Para asemejar el comportamiento del acero a un diafragma rígido?

    Saludos

  • Reply juanzorro - 6 octubre, 2016

    cuál es el link de la parte analítica?

  • Reply Víctor - 25 diciembre, 2016

    Una saludo para todos:
    Una consulta: Si tengo un edificio de dos niveles y dos crujías en el cual el primero es una losa aligerada y en el segundo una losa aligerada a dos aguas.
    En el primer nivel puede modelarse como un diafragma rígido y cuando se realice un análisis sísmico estático la masa se puede concentrar en el centro de masa del nivel (dos masas traslacionales y una rotacional).

    Obviamente el segundo nivel no puede ser modelado como diafragma rígido. Para continuar con el análisis estático, ¿dónde concentro las masas del segundo nivel? Mi propuesta es la siguiente: Hallo masa correspondiente al segundo nivel y las ubico en todos los nudos de la losa inclinada: Incluye los nudos que definen la losa y los puntos de apoyo sobre las columnas (divido el peso entre el número de nudos); Considero 6 gdl por nudo y por tanto 6 masas (3 traslacionales y 3 rotacionales, siendo las mismas en todos los casos.

    Quisiera su opinión. En todo caso, ¿como debo realizar el análisis estático del edificio? Gracias

    • Reply Víctor - 25 diciembre, 2016

      Perdón, creo que me emocioné por la oportunidad de realizar una consulta:

      En el análisis estático se deben calcular las fuerzas por altura que deben aplicarse en los CG de los diafragmas rígidos. Cuando las losas son horizontales eso es sencillo. Las cargas o fuerzas por altura se colocan en los centros de gravedad de los diafragmas rígidos y asunto concluido.

      El problema se genera cuando en último nivel es una losa inclinada y NO se puede modelar como un diafragma rígido.
      La propuesta anterior era para el análisis dinámico.

      ¿Cómo se puede calcular las fuerzas por altura? Existen hasta tres posible niveles: el nivel de las columnas, el nivel de la cumbrera y el nivel del volado de las losa? Suponiendo que encuentro las fuerzas para esas alturas, cómo las aplico. ¿las divido entre el número de nudos que se encuentra a la misma altura?

      Espero algún comentario. Gracias

  • Reply hugo sierra - 5 julio, 2018

    tengo esta misma duda

  • Reply Edgar - 7 julio, 2020

    SI,pero te falta considerar la torsión en ese criterio y modelacion

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