Rigidez Lateral en Columnas y Porticos

RIGIDEZ LATERAL EN COLUMNAS Y SISTEMAS APORTICADOS

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La rigidez se define como el cociente entre la fuerza aplicada y el desplazamiento producido. „„ Sistemas rígidos tienen deformaciones pequeñas (gran rigidez), y sistemas flexibles tienen deformaciones grandes ( poca rigidez). Cuando se aplica una fuerza a una estructura , esta esta se desplazará en la dirección de la fuerza

Este sistema esta formado por vigas y columnas, conectados entre sí por medio de nodos rígidos, lo cual permite la transferencia de los momentos flectores y las cargas axiales hacia las columnas. La resistencia a las cargas laterales de los pórticos se logra principalmente por la acción de flexión de sus elementos. El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione efectivamente como pórtico rígido es fundamental el diseño detallado de las conexiones para proporcionarle rigidez y capacidad de transmitir momentos

Ventajas: Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio. Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas. Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del sistema. Desventajas: El sistema en general presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas laterales. Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual produce daños en los elementos no estructurales.

SISTEMAS PARA EDIFICIOS DE VARIOS PISOS DE ALTURA A medida que crece la altura de la edificación, mayores son las modificaciones necesarias para resistir las cargas laterales de vientos y sismos. Por lo que para edificios muy altos, el aspecto que gobierna en el sistema estructural es el de resistir las cargas laterales. En los edificios muy altos, principalmente destinados a oficinas, se requiere de grandes espacios libres, por lo que utilizar un sistema aporticado de concreto requeriría grandes dimensiones de columnas en los pisos inferiores y como los pórticos resistentes a momentos sólo resisten cargas laterales por medio de la flexión de sus elementos, el sistema es poco rígido.

El utilizar un sistema de muros, que desde el punto de vista estructural proporcionaría gran rigidez lateral, tiene como limitante la falta de flexibilidad en la distribución del espacio interior del edificio. Una de las soluciones más sencillas que se puede dar para edificios entre 20 y 30 pisos de altura es el de usar pórticos rigidizados. Este sistema tendrá gran rigidez cuando la relación de altura sobre longitud del muro o del pórtico arriostrado es pequeña. Ya que estos casos el elemento rigidizado absorbe prácticamente todas las cargas laterales y el pórtico absorbe únicamente a las fuerzas verticales.

Pero si esta relación es muy alta se presenta un nuevo problema, la interacción entre el muro y el pórtico se vuelve muy compleja, debido a que las deformaciones de cada uno de los sistemas por separados son distintas. Y el muro en vez de colaborar con el sistema aporticado a resistir las cargas laterales, termina originando un incremento en las fuerzas que se deben resistir en el tope de la edificación debido a su comportamiento similar al de una viga en voladizo. Esto hace que las secciones del muro sean muy grandes para lograr rigidizar la estructura de manera efectiva.

Por esto, cuando se habla de edificaciones de una altura de varias decenas de pisos, un procedimiento que aumenta la rigidez considerablemente es el de acoplar dos o más muros por medio de vigas a gran altura en ciertos pisos, estas vigas tienden a restringir los giros de los muros en cada nivel y los hacen trabajar como una unidad. Estas vigas están sujetas a grandes fuerzas cortantes, por lo que la eficiencia de la estructura depende de la rigidez de la viga de acoplamiento.

Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos normativos. Por su alta flexibilidad, el sistema da lugar a períodos fundamentales largos, lo cual no es recomendable en suelos blandos. El uso de este sistema estructural está limitado a estructuras bajas o medianas. Ya que a medida que el edificio tenga más pisos, mayores tendrían que ser las dimensiones de las columnas, lo cual puede hacer el proyecto inviable económica y arquitectónicamente.

Para los edificios con sistemas de pórticos rígidos, se estima que en zonas poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos. Y para zonas de alto riesgo sísmico ese límite se tiene que encontrar en alrededor de 10 pisos.

MUROS DE CORTE O PLACAS Son paredes de concreto armado que dada su mayor dimensión en una dirección, muy superior a su ancho, proporcionan gran rigidez lateral y resistencia en esa dirección, lo cual permite limitar los desplazamientos laterales provocados por la fuerza sísmica. Dada su gran rigidez, los muros absorben la mayor parte de los cortantes de sismo, es por eso que se debe tener mucho cuidado con la ubicación de éstos en planta, con la finalidad de no producir efectos de torsión importantes.