Cuando la rigidez de un edificio se encuentra irregularmente distribuida a lo largo de la altura, las mayores solicitaciones se pueden concentrar en los pisos débiles. Por esto es conveniente que no existan cambios bruscos en las dimensiones, masas, rigideces y resistencias del edificio, para evitar grandes concentraciones de esfuerzos en determinados pisos que son menos rígidos o resistentes que los demás.

En la figura 1 se muestran formas de edificios que se pueden considerar que tienen una distribución regular en altura. Nótese que la transición de masa se hace de manera uniforme.

Figura 1 _ Edificios con forma regular en altura.

 
Figura 2 _ Ejemplo de estructura regular en altura. Edificio no concluido en Pyongyang, Corea del Norte.
               

En las figuras 3 y 4 se muestran edificios que tienen forma irregular en su altura. Se puede notar la abrupta diferencia de masas entre pisos continuos, esto conlleva a altas concentraciones de solicitaciones en los pisos donde se encuentran dichas diferencias.

En la figura 5 se pueden ver casos en los que a pesar de que la geometría de la edificación es regular, existe una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesivos, lo cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez.

Figura 5 _ Estructuras con diferencias de rigideces en su altura.

Además de los cambios bruscos de rigideces a lo largo de la altura también existen otras irregularidades mas localizadas en los entrepisos. Cuando paredes de mampostería llegan a una semi altura del entrepiso, generalmente porque se encuentra una ventana o jardineras, dejando una porción de la columna expuesta hasta la siguiente losa, se genera lo que se conoce como el efecto de “Columna Corta”. Este efecto consiste, en que al acortar la altura libre de la columna con respecto a las demás del piso, aumenta la rigidez de esta considerablemente, por lo cual tendrá mayores solicitaciones de corte debido a las fuerzas sísmicas y de no haberse considerado previamente este efecto, la columna puede fallar por la falta de ductilidad. Este efecto también se puede dar en edificaciones en ladera, ya que las columnas pueden tener distintas alturas a nivel de planta baja, por la inclinación del terreno.

Cuando la esbeltez en la estructura es excesiva se pueden presentar problemas de volteo, inestabilidad y grandes transmisiones de carga a las fundaciones. Por otro lado, los modos superiores de vibración cobran mayor participación, lo cual hace que su comportamiento sea mucho más impredecible.

Figura 8 _ Edificación esbelta en construcción. Cartagena, Colombia.

La forma más común de irregularidad vertical surge a causa de la disposición de los elementos no estructurales, como los muros de mampostería. El problema se acentúa en los sistemas estructurales aporticados, ya que el componente no estructural puede constituir una porción significativa de la rigidez del piso.

                Sugerencias:

• Debe evitarse que un entrepiso tenga una resistencia y rigidez significativamente menor que el resto de los pisos, por más de que este cumpla con los requerimientos mínimos para absorber las fuerzas de diseño. En un sismo, el entrepiso de menor rigidez estará sujeto a una demanda de ductilidad que probablemente no podrá cumplir. Algunos tipos de pisos débiles se muestran en la siguiente presentación de imágenes:

 

En la figura 9 se muestran algunos casos típicos por los que se produce la condición de la Planta Baja Libre.

Figura 9 _ Ejemplos de Planta Baja Libre.

 

 

Este requerimiento es difícil de cumplir, ya que generalmente en la planta baja se encuentran los estacionamientos o espacios amplios que sirvan como salones de reuniones, que requieren el mayor espacio libre. La manera de solucionarlo es ubicar elementos que den rigidez, como muros de mampostería, diagonales o muros de concreto.

             Figura 10 _ Algunas soluciones para eliminar el problema de planta baja libre.

En las imágenes que se muestran a continuación se pueden ver ejemplos de edificios que colapsaron debido a casos de Pisos Débiles y de Planta Baja Libre.

• Proporcionar una elevada rigidez en la dirección más corta de la estructura, con lo cual se pueden controlar los desplazamientos.

Figura 11 _ Planta con muros dispuestos en la dirección más corta.

• Si existe un área dentro de la estructura que tendrá más niveles que el resto, se recomienda independizar dicha área del resto de la estructura. Y de no poder, tener en consideración las grandes solicitaciones que se producirán en los niveles donde existirá dicha disminución de la planta, ya que allí existirá un gran cambio de rigidez.

Figura 12_ Edificio con irregularidad vertical luego del terremoto de Kobe, Japón, 1995.

• Garantizar la continuidad de los elementos estructurales verticales hasta la fundación.

• Evitar el efecto de “Columna Corta”, ya sea aislando la columna de la mampostería, con anime o dejando un espacio entre ambos elementos, o colocando hileras adicionales de bloque en las adyacencias de la parte libre de la columna, como se muestra en la figura 13.

Figura 13 _ Solución para evitar el efecto de Columna Corta.

• En el caso no poder evitar que se produzca el efecto de “Columna Corta” se debe utilizar estribos con el menor espaciamiento posible para así darle mayor resistencia y ductilidad a la columna.

Figura 14 _ Espaciamiento de estribos para evitar el efecto de Columna Corta