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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INFORME DE CONCRETO ARMADO II - N°4 “Piso Blando”

AUTORES Curi Salvartierra, Onix Curo Quispe, Edward Milton Mateo Bustamante, Adrián Olivo Flores, Delia Asusena Ruiz Humareda, Anguiela Nikol

PROFESOR Ing. Bendezu Romero, Lenin Miguel

AULA 420 B – Mañana

LIMA – PERÚ 2019 – I

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ÍNDICE

I.

MEMORIA DESCRIPTIVA

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1.1.

INTRODUCCIÓN

3

1.2.

OBJETIVOS

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1.2.1.

Objetivo general

4

1.2.2.

Objetivo específico

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II.

ANTECEDENTES

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III.

DESARROLLO

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1.3.

Comportamiento sísmico de las estructuras

6

1.4.

Rigidez lateral

7

1.5.

Piso blando

8

1.6.

Diferentes colapsos por efecto de piso blando

9

1.7.

Soluciones de piso blando

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IV.

TABLAS

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V.

CONCLUSIONES

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VI.

RECOMENDACIONES

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VII. BIBLIOGRAFÍAS

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I. 1.1.

MEMORIA DESCRIPTIVA

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, en el Perú los edificios con primer piso blando o débil son muy común tanto en Lima como en provincia. En este tipo de estructura, uno de los niveles, generalmente la planta baja, es utilizada como estacionamiento, distribución de espacios para negocios, entre otros usos, y es estructura principalmente con base en marcos, la mayoría de concreto armado y con poca presencia de muros. En términos de arquitectura moderna se conoce como planta libre, la serie de ventajas tanto estéticas como funcionales que proporciona este concepto de diseño arquitectónico, la “planta libre” ha sido ampliamente utilizada tanto en zonas que no son sísmicamente activas como en las que sí lo son, generando innumerables edificios con irregularidades estructurales identificadas en las normas sísmicas como piso blando, con las consecuentes efectos desastrosos cuando ocurre un sismo. Si bien este problema ha sido identificado desde hace muchos años como una deficiencia estructural importante y que ha sido identificada como una de las causas principales del derrumbe en muchos edificios, es un problema al que no se le presta suficiente atención en el proceso de enseñanza del análisis y diseño estructural. En particular, aunque si bien la mayoría de los ingenieros están conscientes de que esta en un deficiencia estructural, muchos no tienen un conocimiento adecuado de la gravedad del problema. La irregularidad vertical de rigidez y resistencia, que es el foco de este presente informe en el cual se elaboraron desarrollo de los antecedentes, objetivo del informe, configuración estructural, algunos conceptos básico para comprender algunas características estructurales que influyen en el comportamiento sísmico, explicación de la importancia de la configuración por piso blando, efectos de las irregularidades de rigidez y finalmente un resumen de la revisión de varios códigos a nivel mundial para precisar cómo se define la irregularidad vertical por piso blando.

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1.2. OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GENERAL

El objetivo de este trabajo es ofrecer un panorama general de un problema de estructuración que comúnmente se conoce como “Piso blando”, el cual puede resultar crítico y llevar a un edificio a tener un colapso si la estructura es sometida a movimientos sísmicos.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar el nivel de distorsión para el cual se produce piso blando.



Comparar los límites de irregularidad por piso blando obtenidos con normas de otros países.



Determinar los daños por piso blando.



Explicación de las posibles soluciones de piso blando.

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II. ANTECEDENTES Las observaciones realizadas en los edificios dañados y colapsados después de los terremotos y los avances tecnológicos en la ingeniería estructural y las herramientas de cómputo hacen posible evaluar el comportamiento inelástico de las estructuras de los edificios, las propiedades del material, errores debido a las irregularidades, el motivo de cada error y la información requerida de proyectos a futuro. El Perú se encuentra ubicada entre las placas de nazca y la placa sudamericana, en una zona subducción siendo así el motivo principal de los terremotos de gran intensidad producidos en nuestro país provocando pérdidas humanas como daños estructurales. Por esta razón es de vital importancia tener estructuras capaces de responder correctamente ante eventos de grandes magnitudes, evitando daños y colapso en las estructuras. A nivel mundial, se han estudiado las causas de colapso estructural en edificios que en su momento, fueron analizados correctamente, la mayoría de estos colapsos han sido durante un sismo de gran magnitud, debido a esto, uno de los efectos que causaron varios colapsos de estructuras es el efecto conocido como “piso blando”. El problema de la planta baja tipo blando fue identificado y denominado tiempo atrás en el año 1932 por Freeman, quien reporto los daños sufridos por un edificio con piso blando en la planta baja en el sismo de 1925 en Santa Bárbara, California. El 29 de julio de 1967, hubo un terremoto en Caracas, Venezuela que fue documentado por Hanson y Degenkolb, quienes realizaron un reporte de los daños severos en estructuras de concreto armado con varios niveles; en ese reporte se destacaron un edificio en partícula; el Hotel Carrillo, en el cual sus columnas en la plata baja formaron un soporte semiflexible de los pisos superiores, los cuales sufrieron poco daño mientras que en la planta baja de sus muros, pisos y columnas fueron destruidos. El 19 de septiembre de 1985 en la ciudad de México se realizó una conferencia sobre el tema, donde Borja expuso una estadística de daños producidos por el sismo, en el cual se reportaron 757 edificaciones que representaban en la época 1.4% del total de inmuebles en la ciudad con daños que variaron de parcial, severo o colapso total. Del cual, 133 edificios colapsaron totalmente, otros 353 tuvieron colapso parcial y 271 quedaron severamente dañados. Señalo que la causa de algunos de estos colapsos fue llamada “piso blando en planta baja”, causado por la discontinuidad de los muros de corte de las plantas superiores hasta el nivel de cimentación.

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III. DESARROLLO

3.1.

COMPORTAMIENTO SISMICO DE LAS ESTRUCTURAS

Los elementos resistentes verticales, que resisten las cargas gravitatorias, al tener desplazamientos laterales inducidos por los sismos deben además para resistir las fuerzas sísmicas. Estas fuerzas sísmicas no dependen únicamente del grado de severidad del movimiento del suelo, sino también de las propiedades de la estructura misma; tales como su masa, sus propiedades dinámicas que definen su forma de vibrar, la capacidad que tienen para deformarse antes de fallar y su resistencia. Son muchos los sismos que han ocurrido en nuestro país y en el mundo, dejando gran cantidad de muertes y serios daños en la infraestructura, y en la mayoría de los casos los daños son debido a la vulnerabilidad de las edificaciones originadas por malas configuraciones estructurales, baja resistencia de las estructuras, malas técnicas constructivas, materiales de baja calidad, entre otros.

Los objetivos básicos del diseño sismo resistentes son evitar colapsos de estructuras durante sismos de gran intensidad que se presentan durante la vida útil de estas estructuras. La preocupación de todo ingeniero es lograr un diseño que no solo cumpla con las disposiciones mínimas reglamentarias, sino que adicionalmente satisfaga las demandas del cliente y una de ellos es el comportamiento de la estructura durante los eventos sísmicos. 6

3.2. RIGIDEZ LATERAL

La rigidez lateral depende de la geometría de la sección transversal de los elementos estructurales, con lo que se calculan las propiedades geométricas tales como: áreas y momentos de inercia, lo que define las propiedades elásticas como módulo de elasticidad E, razón de Poisson µ y módulo de corte G. Según Elnashai y Di Sarno (2008), la rigidez gráficamente es la tangente a un punto cualquiera en la curva fuerza cortante Vs desplazamiento lateral de techo o lo que es lo mismo la derivada de esa función en un punto dado. La rigidez lateral no es un valor constante, la pendiente inicial K0 es la rigidez elástica de la estructura, mientras la rigidez secante es la pendiente Ks de la línea correspondiente a un nivel de carga dado. La rigidez inicial K0 es mayor que la rigidez secante Ks para materiales convencionales de construcción. Las variaciones en rigidez en el rango inelástico son usualmente expresadas por la rigidez tangente Kt la cual es la pendiente de la tangente a la curva de respuesta Por lo tanto, si se considera un modelo de análisis no lineal, en el cual va cambiando la rigidez del sistema de acuerdo al nivel de deformación de la estructura, la relación entre la fuerza cortante basal y el desplazamiento lateral de techo, la pendiente en cualquier punto de la curva es la rigidez, la misma que va disminuyendo conforme se deforma la estructura

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3.3. PISO BLANDO

La falla se produce por la concentración de esfuerzos en esta zona, por tratarse de una El piso blando se presenta cuando hay un cambio brusco de rigidez lateral o una discontinuidad de las dimensiones de los elementos verticales que forman parte de la línea resistente de la estructura, Si una estructura tiene una zona más flexible debajo de una zona rígida, habrá una zona vulnerable, la parte donde absorbe mayor energía es en la porción flexible, y la posición rígida superior no tanto como la anterior.

El problema principal del piso blando es que la mayor parte de las fuerzas sísmicas de una edificación, y cualquier deformación, tienden a concentrarse en el piso menos rígido en vez de distribuirse de manera uniforme por todos los pisos. Cuando el piso blando está ubicado en el primer piso, es una configuración estructural muy peligrosa desde un un punto de vista sísmico debido a que en términos generales la edificación se comporta como cuerpo rígido y sólo el primer piso sufre deformaciones laterales, por ende su deriva será mucho mayor.

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La causa más frecuente de irregularidad en elevación del sistema estructural se denomina planta baja flexible. Por las necesidades de su uso, los departamentos residenciales u oficinas se distribuyen en los pisos superiores, mientras en el piso más bajo se ubican los estacionamientos para los vehículos y/o las zonas sociales que requieren espacios amplios y libres, por lo que se opta por eliminar en ese nivel los muros de rigidez y de relleno, mientras que los pisos superiores, contienen muchos tabiques de albañilería que los rigidizan lateralmente. Esto produce por una parte, una discontinuidad marcada de rigideces, pero sobre todo un piso blando en el que se concentrará, en caso de un sismo de gran intensidad, la disipación inelástica de energía. En dicha disipación no participarán los pisos superiores que permanecerán esencialmente en su rango elástico lineal de comportamiento.

3.4. DIFERENTES COLAPSOS POR EFECTO DE PISO BLANDO

CASO 1. COLAPSO PARCIAL

CASO 2. COLAPSO TOTAL

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No es muy frecuente la falla de columnas en los niveles intermedios de los edificios; esto ocurre en el caso de reducciones bruscas de rigidez. Dicho efecto hace que los desplomes se incrementen en el nivel con menor rigidez y que ocurra un incremento (de segundo orden por cambio de geometría) de los momentos por sismo en los extremos de las columnas, produciéndose el fallo de éstos, el colapso y la desaparición de una planta intermedia de un edificio como consecuencia de la formación de un mecanismo de colapso, terremoto de Kobe, Japón, 1994 y 1995.

3.5. SOLUCIONES DE PISO BLANDO El problema de piso blando se ha presentado en todos los países sísmicos del mundo, con lo cual la mejor solución es evitándolo así garantizando la continuidad de los elementos estructurales verticales hasta la cimentación. En el caso de una edificación existente con piso blando, habría que resolver el problema mediante la rigidización del primer piso, agregando muros de concreto armado, muros de mampostería, aumentar el número de columnas o agregar diagonales, de modo que la estructura tenga uniformidad de rigidez en toda su altura, sin importar que se pierdan algunos espacios, en vista que es peor perder el edificio en completo hasta vidas humanas. 10

Algunos especialistas suponen que la existencia de tabiques en el piso blando, podría solucionar el problema, lo cual es cierto siempre y cuando el tabique se comporte en el rango elástico y esté lo suficientemente arriostrado para evitar su colapso ante cargas sísmicas perpendiculares a su plano. Pero si el tabique llegase a fallar se perdería su acción de puntal y el problema por piso blando continuaría subsistiendo. También se plantea como solución del problema generado por piso blando a los aisladores sísmicos sobre la primera planta, los mismos que deben hacer que la estructura sea menos rígida con lo cual se debe disminuir notablemente los momentos en cabeza y pie de columna en la base de la estructura. Esta solución ya ha sido propuesta y realizada en Chile, en el Hospital Militar que cuenta con 162 aisladores sísmicos elastoméricos, algunos de ellos con núcleo de plomo.

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IV. TABLAS Tabla 1. Descripción de irregularidad de rigidez por piso blando, comparativo según normas de diversos países

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Tabla 2. Condiciones de irregularidad de rigidez por piso blando, comparativo según normas de diversos países

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V. CONCLUSIONES 

El efecto de piso blando ocasiona que se tengan deformaciones muy altas en la zona débil, lo que genera que este piso pueda colapsar ante un sismo.



El cambio de rigidez es el principal causante del piso blando.



La solución con muros de corte es la masa adecuada, debido a la funcionalidad de las estructuras.



El piso blando, será el primero y quizá el único en alcanzar deformaciones inelásticas.



En el Perú es muy común observar edificaciones como residencias, condominios, locales comerciales y estaciones de centros comerciales, con el primer puso para parqueos. Si en un análisis no se tomaron en consideraciones necesarias, puede llegar a generarse un mecanismo de colapso debido al efecto del piso blando.

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VI. RECOMENDACIONES 

Se sugiere evaluar el comportamiento de estructuras con irregularidad de piso blando para otros sistemas estructurales, como por ejemplo estructuras de acero, albañilería y madera.



Se ha encontrado que es recomendable que el edificio posea una configuración de elementos estructurales que le confiera rigidez uniforme a cargas laterales en cualquier dirección. La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo continuo, regular y eficiente de las fuerzas sísmicas desde el punto en que estas se generan (o sea, de todo punto donde hay una masa que produzca fuerzas de inercia) hasta el suelo.



Colocar más armadura en los elementos estructurales no siempre es beneficioso para la estructura y por ende implica una mayor sobre resistencia. Por ejemplo, si se coloca una mayor cantidad de armadura longitudinal en vigas, ocasiona que estas secciones tengan una mayor capacidad a flexión y esto induce a un mayor cortante y si no se tiene una adecuada cantidad de refuerzo transversal se va a producir la falla por corte.



Se recomienda realizar una evaluación estructural de edificios existentes que presentan una posible irregularidad por piso blando para determinar la posibilidad de colapso ante un evento sísmico severo y esto servirá si la estructura existente necesita un reforzamiento estructural.

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VII. BIBLIOGRAFÍA 

SAN BARTOLOMÉ, Angel. El problema de piso suave. Perú; Tesis de investigación de concreto armado, Universidad Católica, 2008. 152 pp.



Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma Técnica de Edificación E.060 (2009), Concreto Armado, MVCS, Lima



Navarro, D.P. (2010), Criterios de diseño sísmico de edificios de concreto reforzado con planta baja flexible ubicados en la ciudad de México, Tesis de Maestría, Instituto Politécnico Nacional, México D.F.



PIQUE, Javier. Estudio de la influencia de la configuración estructural de piso blando en el comportamiento sismoresistentes de estructuras aporticadas; Tesis (Mater Universitario en Ingeniería Civil). Perú: Universidad Nacional de Ingeniería, 2016. 253 pp.

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