PATRONES A EVITAR PARA UN ADECUADO DISENO SISMORRESISTENTE…II: PISO DEBIL

En este artículo continuaremos con un nuevo tema, el llamado Piso Débil. Se le denomina así al piso en que la resistencia de los elementos verticales como muros y columnas, encargados de transmitir las solicitaciones laterales en un determinado nivel o piso, difieren del adyacente superior o inferior en un 20% o más (Este piso tiene 80% o menos de la Resistencia del Nivel inmediato superior o inferior).  Nos estamos refiriendo a resistencia lateral (a cargas o desplazamientos laterales).

Esta característica junto a otras pertenecen a las llamadas “Irregularidades Verticales “ en edificaciones diseñadas en Zonas Sísmicas. Muchos edificios en donde la Norma de Diseño ha sido aplicada correctamente adolecen de esta problemática.

No vale el correcto detallado, ni las correctas Practicas Normativas, ni la impoluta eficiencia constructiva: Los  edificios con estas irregularidades tendrán un pobre desempeño sísmico comparado con los estructurados de  manera regular.

El problema se presenta en el flujo de cargas. Le llamamos Resistencia Total del piso a la sumatoria de todas las resistencias de los elementos que van a resistir las cargas laterales en la dirección del análisis. Es la capacidad a cortante de las columnas y muros de corte del piso o la componente horizontal de la capacidad de las riostras diagonales (Braces). Si las columnas han sido diseñadas correctamente a flexión la resistencia a cortante se refiere a la concerniente a la resistencia a flexión.

Encontraremos Pisos débiles en los pisos en que haya discontinuidad o en los que se presenta una disminución considerable del refuerzo o sección. Ambas  cosas permitidas por las Normas de Diseño.

Esto es muy común en los edificios donde a veces se va reduciendo el acero de las columnas. También cuando tenemos muros que cambian de forma (aberturas). Por ejemplo, veamos un edificio que en el primer nivel  tiene muros perimetrales ciegos, en el segundo tiene muchas aberturas para las ventanas y en el tercero tiene otra vez muros cerrados. Obviamente el segundo piso es débil en un % que no estimaremos ahora porque nos queremos concentrar más en el concepto que en el procedimiento. Por eso hemos puesto un ejemplo algo forzado o exagerado.

Disminucion Seccion Columna

En los últimos eventos sísmicos se ha comprobado que en Edificios medianos, entre  5 y 15 niveles, en los que se ha diseñado tomando en cuenta solo los primeros modos de vibración, (como es costumbre y lo permite la Normativa) y  se han practicado reducciones hacia arriba del acero y las secciones transversales de las columnas se han presentado colapsos a media altura.

Esto ha sido provocado por la excitación de los modos superiores  sobre la edificación  con estas características.

De todas maneras, un análisis dinámico nos daría detalles del desempeño  correcto de estas edificaciones con piso débil.

Este artículo solo se refiere a esta característica porque no hemos querido mezclar el  concepto de Piso Débil y Suave para no confundir al lector. Lo importante es que asociemos la palabra Débil con disminución de Resistencia Lateral que no es lo mismo que rigidez lateral.

Resistencia lateral se refiere a la capacidad de soportar una determinada solicitación en el plano horizontal (x e y), independientemente de que se produzcan deformaciones o desplazamientos excesivos.

En un piso débil la inadecuada resistencia llevara al piso, en el rango inelástico, a la falla parcial o total.

Por ultimo añado algunas conclusiones no oficiales resultado de investigaciones referentes al tema:

1.-Aunque las normativas permiten una disminucion en el primer piso de hasta un 20% esto aumenta la Demanda de Ductilidad entre un 100 a un 200% en edificios de  mediana altura. A partir de 20 niveles la Demanda de Ductilidad se dispara especialmente para estructuras con baja Ductilidad de Diseño. En edificios entre 5 y 10 pisos, aunque tengan Baja Ductilidad de Diseno, el efecto no es tan significativo.

2.-La Normativa Sismorresistente de permitir un primer piso 20% menos resistente es inconsistente con los requerimientos de masa y rigidez, van en contraposicion.

 En conclusión, para zonas sísmicas, es importante que los cambios en resistencia no sean bruscos de piso a piso sino ligeros.