INTERACCIÓN SUELO- ESTRUCTURA · 2019-09-27 · espacio para logo empresarial interacciÓn...

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INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

PROFESOR VISITANTE USFX, UTO – Bolivia

PROFESOR VISITANTE UNITEC – Honduras

PROFESOR VISITANTE UPeU – Perú

PROFESOR EXTRAORDINARIO UCSP, UPAO, UPN

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

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«YO SE TANTO COMO UNA ARENA EN TODO EL MAR, ME FALTARÁ VIDA PARA APRENDER EL

UNIVERSO DE CONOCIMIENTOS»

AMOSOV A.A.

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INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

ISE ES EL TRABAJO CONJUNTO SUELO –CIMENTACION – SUPERESTRUCTURA

ES MAS REAL Y CUMPLE LOS FINES DE LA INGENIERIA SISMORESISTENTE

ENFOQUE TRADICIONAL : EMPOTRAMIENTO EN LA BASE(ES IRREAL Y SOLO SE APLICA PARA SUELOS TIPO ROCA CON CIMIENTOS PROFUNDOS)

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www.tc207ssi.org

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www.georeconstruction.com

www.niiosp.ru

http://mgsu.ru/news/Obrazovanie/Sovremennyemetodyproektirovaniyaosnovaniyifundamentov/

MODELO WINKLER E.

C1

Fig. 1 Modelo de Winkler E.

q

MODELO PASTERNAK P.L.

C1

Fig. 2 Modelo de Pasternak P.L.

C2

C2

q

1. PLATEA O LOSA DE CIMENTACIÓN SOBRE UN ESTRATO

1

112

16

hEC

2

11

11

21h

EC

2. PLATEA O LOSA DE CIMENTACIÓN SOBRE DOS ESTRATOS

Siendo:

2

2

2

22

1

1

11

21E

h21

E

h

1C

2

222

22

1

11

2

2

21

hE33

1

hE

16

1C

2

1

2

2

2

1

1

22

h

h.

21

21.

E

E

Modelo Winkler E.

Fuente:

Modelo Pasternak P.L.

MODO PERÍODO (s)

1 0,84880

2 0,80411

3 0,61282

4 0,25678

5 0,23711

6 0,18934

7 0,14708

8 0,13094

9 0,10921

10 0,10710

11 0,09193

12 0,07699

MODO PERIODO (s)

1 0,85219

2 0,80758

3 0,61673

4 0,25746

5 0,23793

6 0,19006

7 0,14721

8 0,13114

9 0,10923

10 0,10728

11 0,09199

12 0,07704

Modelo Pasternak P.L.Modelo Winkler E.

Modelo Pasternak P.L.Modelo Winkler E.

Piso Desplazamiento Distorsión

4 58,00mm 0,002

3 51,20mm 0,003

2 40,27mm 0,004

1 25,46mm 0,005

Piso Desplazamiento Distorsión

4 58,44mm 0,002

3 51,64mm 0,003

2 40,70mm 0,004

1 25,87mm 0,005

Modelo Winkler E. Modelo Pasternak P.L.

Fuerza interna Winkler E.

(Sismo X)

Winkler E.

(Sismo Y)

6,32T 6,84T

3,26T 2,99T

8,16T.m 7,64T.m

máxN

máxV

máxM

Fuerza interna Pasternak P.L.

(Sismo X)

Pasternak P.L.

(Sismo Y)

6,34T 6,85T

3,27T 3,00T

8,19T.m 7,66T.m

máxN

máxV

máxM

MODELO DEL SEMIESPACIO ELÁSTICO

En el programa LIRA-SAPR, el cálculo de los coeficientes C1 y C2 se realiza por el esquema del semiespacio

elástico linealmente deformable con características intermedias del suelo de fundación de varios estratos –

módulo de deformación Es y el coeficiente de Poisson µs

2

SC

S1

1H

EC

S

CS2

16

H.EC

K

KZ

KZ

S

E

h

hE

PK

PK

.

.

C

KK

SH

h.

Siendo:

Fuente:

www.liraland.ru/files/

NORMAS DE DISEÑO SISMORRESISTENTE

Fuente:

1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

ACK zz

ACK xx

xxx ICK

yyy ICK Fuente:

X

YZ

b

ac

0

0z .A.

)ba(21CC

0

0x .A.

)ba(21DC

0

0x .A.

)b3a(21CC

0

0y .A.

)a3b(21CC

00 C.5,01

1D

1m1

2

0 cm/kg2,0

2. MODELO NORMA RUSA

ACK zz

ACK xx

xxx ICK

zzz ICK

yyy ICK

zx C7,0C

A

A1EbC 10

0z

zyx C2CC

zz CC

mz

zpC

E.2

zx 6,0

z5,0

z3,0

PARÁMETROS DE AMORTIGUAMIENTO

xxxx MK2B

yyyy MK2B

zzzz MK2B

xxxx MK2B

yyyy MK2B

zzzz MK2B

CARACTERÍSTICAS DE AMORTIGUAMIENTO

MASAS EN EL CENTROIDE DE LA ZAPATA

g

c.b.a.

g

PMMMM

zapata

zyxt

X

YZ

b

ac

12

)cb(M

2

cMIdMM

22

t

2

tmx

2

t'x

12

)ca(M

2

cMIdMM

22

t

2

tmy

2

t'y

12

)ba(MIM

22

tmz'z

NORMA PERUANA E030-2017

NModelo

dinámico

Período de vibración por la forma (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Común 0,787 0,747 0,569 0,255 0,237 0,183 0,149 0,131 0,107 0,103 0,087 0,085

2 Barkan 0,843 0,819 0,618 0,266 0,253 0,193 0,152 0,136 0,108 0,107 0,087 0,087

3 Ilichev 1,024 1,008 0,735 0,292 0,284 0,210 0,156 0,142 0,111 0,109 0,089 0,088

4 Sargsian 1,023 1,006 0,742 0,291 0,284 0,211 0,156 0,143 0,111 0,109 0,089 0,088

5 Norma Rusa 0,872 0,852 0,640 0,271 0,260 0,198 0,153 0,138 0,109 0,108 0,088 0,087

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Formas de vibración

Per

íod

os

de

vib

raci

ón

(s)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 45 90

Angulo de inclinación del sismo

Des

pla

zam

ien

to e

n e

l eje

OY

(m

m)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASA (ÚLTIMO PISO)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 45 90

Angulo de inclinación del sismo

Mo

men

to f

lect

or

(T.m

)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

ELECCIÓN DEL ESPESOR DE PLATEA

17500

14000

10500

7000

3500

-1000

11249 21926 32603 43281 53958Misses

EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

Misses410343294324862167618670

-1000

3500

7000

10500

14000

17500

EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

ANÁLISIS SISMICO AMPLIFICADO

ANÁLISIS SISMICO AMORTIGUACIÓN 2%

Para tener un comportamiento de modelación adecuado al tipo de estructura, de concreto con Muros de Ductilidad Limitada (MDL) se ha realizado lainclusión del coeficiente Damping o amortiguación; asimismo por diferentes estudios e investigaciones se sabe que este coeficiente en estas estructurasvaría entre 0.5 y 2.5 %.

Periodo Fundamental:

hn= 22.05

Ct = 35.00

T = 0.63

Verificacion = CUMPLE

Parametros en x - y:

Tp = 0.40 Dato

Z= 0.40 Zona 3

U= 1.00 Edificacion tipo A

C= 2.50 < 2.5 Ok

S= 1.00 Suelo Rigido

P= 7275.29 CM+CV

Rx= 3.00 MDL Irregular

V= 2425.10 T * Cortante Sismico para la edificacion

Parámetros en x - y:

Tp = 0.40 Dato

Z= 0.60 Zona 3

U= 1.00 Edificación tipo A

C= 2.50 < 2.5 Ok

S= 1.00 Suelo Rígido

P= 7275.29 CM+CV

Rx= 3.00 MDL Irregular

V = 3637.65 T * Cortante Sísmico para la edificación

ANÁLISIS SISMICO: SECCION DE MUROS AGRIETADOS

Debido a que se está modelando una interacción con el suelo, se está usando un modelo más completo, el cual debe ser complementado con elcomportamiento a los que están sometidos los muros de espesores delgados, los cuales, se agrietan ante los sismos y por ello durante la modelación seutilizará el concepto de una sección agrietada. Para lo cual, se trabajará con EI efectivo = 0.50 EIg

ANALISIS ESTRUCTURAL COMPARATIVO

Cuadro Comparativo de Diseño de Muros de Concreto

PPTO Obra Estatico BalastoBarkan -

Savinov

Amortiguación

2% - Muros

Agrietados

% Variación

1 piso 7,893.09 kg 7,244.16 kg 6,572.40 kg 6,505.82 kg 7,786.49 kg 6.97%

2 piso 7,893.09 kg 6,778.16 kg 6,422.35 kg 6,357.26 kg 7,608.69 kg 10.92%

3 piso 7,893.09 kg 6,862.89 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 11.47%

4 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%

5 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%

6 piso 7,893.09 kg 7,159.43 kg 6,340.61 kg 6,276.39 kg 7,511.90 kg 4.69%

7 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 4.91%

8 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 3.41%

9 piso 7,893.09 kg 7,612.72 kg 7,278.21 kg 7,204.49 kg 8,622.70 kg 11.71%

71,037.77 kg 64,506.90 kg 59,023.96 kg 58,426.09 kg 69,927.29 kg -1.59%

N° de Pisos

ISE PARA CIMENTACIÓN CON PILOTES

Fuente: MIDAS GTS NX

MODELO DINAMICO NORMA RUSA

Fuente:

COEFICIENTES DE RIGIDEZ

p

INEK

_3

bred,x

pb

0

*

red,z

*

red,z

red,z

ANE

LK1

KK

N

1i

2

i,h

red,z

red, rN

KK

N

1i

2

i,v

red,x

red, rN

KK

PARÁMETROS DE AMORTIGUACIÓN

zx 6,0

zyx 5,0

zz 3,0

MASAS EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL

N

1i

N

1i

o,ip,i

*

zrred,z mmmm

N

1i

0,i

N

1i

p,i

*

xrred,x mmmm

N

1i

r

2

2

2

i,h0,i

N

1i

2

i,hp,i

*

zr,red, mhrmrm

N

1i

2

i,v0,i

N

1i

2

i,vp,i

*

xr,red, rmrm

DISTRIBUCION DE ENERGIA EN EL EDIFICIO

EFECTO DE DISIPACION DE ENERGIA

Ymáx

(%)

Nmáx

(%)

Vmáx

(%)

Mmáx

(%)

↓2,8 ↓3,6 ↓3,2 ↓1,0

DAMPER EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL

CENTROIDE DEL CABEZAL

Modelo dinámico

ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE ACELEROGRAMA DE LIMA

uy

(mm)

vy

(m/s)

ay

(m/s2)

uy

(mm)

vy

(m/s)

ay

(m/s2)

Norma Rusa

(sin disipación)0,51 0,023 1,382 0,96 0,033 1,850

Norma Rusa

(con disipación)0,48 0,021 1,231 0,87 0,031 1,695

ALABEO EN LA LOSA DEL ÚLTIMO PISO

17 221

102 306

X

Y

DESPLAZAMIENTOS VERTICALES DE LA LOSA DEL ÚLTIMO PISO (mm)

Nudo Formas de vibración

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

102 -1,22 12,01 11,00 -1,67 -0,37 41,66 -10,82 -0,54 29,01 -0,11

306 -0,95 -12,04 -11,22 0,36 -4,34 -41,49 10,73 1,63 -29,02 0,14

17 1,21 9,43 -16,39 1,73 0,84 3,83 48,64 1,23 19,41 -0,69

221 0,96 -9,41 16,61 -0,30 3,14 -4,00 -48,55 -2,32 -19,39 0,94

Deformaciones plásticas en la base del edifico del

reactor nuclear

Fuente: Interacción Edificio Rígido – Suelo Flexible (Dr. Aghaei Asl Mohamed)

Sismo de BamIrán (2003)

COLAPSO DEL PARQUE DE AGUA DE MOSCU

Se tuvo especial cuidado en la interacción suelo-estructura, debido a los desniveles

arquitectónicos y relieve del terreno, utilizando el modelo elasto-plástico de Draker –

Prager e incorporando el módulo de Young, coeficiente de Poisson, ángulo de fricción

interna y cohesión.

MODELO ESPACIAL DE ELEMENTOS FINITOS PARA EL SISTEMA DE

INTERACCION - ESTRUCTURA

¡MUCHAS GRACIAS!LOS LLEVARÉ POR SIEMPRE EN MI MENTE Y CORAZÓN

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