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Una configuración de piso blando de una estructura es un tipo de construcción en la que un piso del edificio es más flexible (menos rígido) que los otros pisos. Se puede colocar en la parte inferior o en cualquier punto intermedio donde el piso de arriba o de abajo pueda ser más rígido que él mismo. Este se considera un elemento débil desde el punto de vista de la fuerza sísmica. Durante el movimiento sísmico, el comportamiento del piso blando se basa en el criterio de que el movimiento del suelo busca todas las posibles vulnerabilidades de la estructura. Esta debilidad podría ser un cambio abrupto en los parámetros de rigidez, ductilidad o resistencia. Estas fluctuaciones conducen a una mala distribución de la masa por el suelo, lo que en sí mismo es indeseable. Muchos daños estructurales registrados por terremotos han tenido como principal problema las variaciones de rigidez y resistencia a lo largo de la configuración vertical. Es fundamental tener simetría no solo horizontalmente, es decir, en planta, sino también verticalmente. Este es el factor que asegura la rigidez lateral. Los cambios bruscos en la planificación vertical deben evitarse tanto como sea posible. Un ejemplo típico de esto es un edificio de piso abierto donde el piso inferior está abierto teniendo en cuenta los estacionamientos y los espacios humanos, como se muestra en la Figura 1. Por lo tanto, este piso tiene menos rigidez estructural que el piso de arriba. Representa la simetría vertical.
Figura 1: Edificio de piso abierto: el piso inferior se parece a una configuración de piso blando
Varias configuraciones de suelo blando
Al cambiar el diseño del edificio, es posible una composición suave de la historia. Se muestra en la Figura-2. Una de esas disposiciones es una combinación de mampostería abierta en la planta baja y otra en la planta superior. Esta disposición se muestra en la Figura 2(a). Tener paredes en los pisos superiores los hace mucho más rígidos que los pisos inferiores. Esto hace que la planta superior se comporte como un bloque. Bajo fuerzas dinámicas, la mayor parte del desplazamiento horizontal ocurre solo en el piso blando inferior. Esto hace que el edificio oscile de un lado a otro como un péndulo, como se muestra en la Figura 3. Si esta irregularidad es de naturaleza menor, el sistema resistirá las fuerzas sísmicas de acuerdo con las normas sísmicas. Para ello, es imperativo que los ingenieros estructurales doten a sus pisos de una resistencia especialmente caracterizada para resistir fuerzas dinámicas. Esto se hace con detalles extra dúctiles y materiales adicionales que dan fuerza. Otro arreglo es colocar un pilar largo en el piso inferior y otro pilar pequeño, como se muestra en la Figura 2(b). La figura 2(c) muestra una disposición de piso suave con columnas discontinuas. Esto en sí mismo presenta el problema de las discontinuidades de transferencia de carga que se vuelven agudas bajo fuerzas sísmicas.
Figura 2: Disposición suave de la historia
Figura 3: Edificio de gran altura que se balancea de un lado a otro como un péndulo bajo el movimiento sísmico
Comportamiento estructural de suelos blandos
La simetría vertical, en forma de construcción de piso blando, da como resultado una mayor concentración de energía en el nivel del piso blando que la absorción de energía por las secciones de acero en las zonas de barras de refuerzo y plástico. Esto puede dañar seriamente las columnas en esa zona.
Figura 4: Pilares en el piso abierto inferior de un edificio de seis pisos.
Una vez que dañas a un miembro en una historia suave, no hay naturaleza para seguir adelante y dañar a otros miembros. En cambio, ejercen una intensa presión sobre la misma historia. Por lo tanto, se puede ver que la mayoría de las estructuras sobre el piso blando no están dañadas (Figura 5). Esto se debe a la acción sacrificial de la historia blanda. Los pilares de pisos blandos están condenados por la misma razón, incapaces de absorber el daño de un terremoto en el caso normal. Pero siguen cargando con todo el peso de superarlo.
Figura 5. El piso del apartamento se derrumbó por completo debido al terremoto de Northridge. La planta baja es una plaza de aparcamiento.
Mejora de la estrategia de diseño
El impacto del terremoto de Bhuj de 2001 en los edificios de CR ha adquirido una consideración especial en el diseño de edificios de poca altura en el Código Sísmico de la India IS 1893 (Parte 1)-2002. La primera especificación es determinar cuándo los edificios se consideran edificios de piso blando y de piso débil. La segunda disposición es determinar el valor más alto de la potencia de la estructura de piso blando. El diseño debe proceder determinando las fuerzas ejercidas sobre cada uno de los elementos estructurales: columnas, vigas y muros de corte, ignorando los muros de mampostería o asumiendo el edificio como un marco desnudo durante los cálculos. Las fuerzas en el diseño de las vigas y columnas corresponden a 2,5 veces las fuerzas obtenidas del análisis de marco desnudo de los respectivos elementos estructurales. Para muros de cortante, el diseño se realiza con una fuerza igual a 1,5 veces la fuerza de relleno desnudo calculada. En cuanto a los nuevos planes para la construcción de edificios, se recomienda evitar una reducción o aumento significativo de la rigidez general del edificio. Se recomienda construir paredes en la planta baja también. Las discontinuidades en la construcción de muros deben minimizarse en la construcción de ingeniería.
Figura 6: Muros de corte verticales en ubicaciones planificadas para proporcionar una mayor resistencia y controlar el comportamiento de piso blando no deseado
Para la renovación o mejora de edificios existentes de poca altura, se deben realizar trabajos de refuerzo adicionales con la asistencia de un ingeniero estructural calificado para evitar el colapso del edificio debido a un fuerte movimiento sísmico. Una forma es rellenar cualquier piso abierto que pueda presentar discontinuidades con las paredes de mampostería, así como con los pisos superiores. Los muros de corte en posiciones planificadas, que se concluyeron con base en el análisis, son otro remedio para la rehabilitación que puede mejorar la rigidez y la resistencia al movimiento del suelo. Si una planta baja abierta es esencial y no se puede comprometer, se puede proporcionar una pared de relleno interior como se muestra en la imagen a continuación.
Figura 7: Piso de apertura del suelo con relleno interno sin interrumpir el estacionamiento
Figura 8: Suministro de un sistema de arriostramiento lateral a un piso blando ya construido para resistir el movimiento sísmico
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