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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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