Post on 26-Jul-2022
Interacción Dinámica Suelo Estructura
Luciano Roberto Fernández SolaUniversidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco
Colegio de Ingenieros Civiles de Aguascalientes12 al 16 de agosto del 2019
Oscilador equivalente
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
=
"𝑇$ %𝜁$ '𝑄′
2
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Respuesta en la frecuencia
Avilés y Pérez Rocha, 2004
3
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Alargamiento del periodo "𝑇$Estructura más flexible
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Base rígidaBase flexible
Menor aceleraciónIgual aceleración
Menor aceleración
13
Periodo efectivoPeriodo del sistema equivalente
Traslación de cuerpo rígido
Rotación de cuerpo rígido
14Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Ajustando el amortiguamiento a la frecuencia fundamental y expresandolo en función de periodos
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Comportamiento inelástico
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Los métodos de diseño actuales se basan en permitir que las estructuras incursionen en su intervalo de comportamiento inelástico. Esto permite que aún cuando la estructura esté sometida a una fuerza mayor para la que fue diseñada, se capaz de resistir las acciones sísmicas sin que colapse. Este comportamiento depende de que la capacidad de deformación inelástica del sistema sea menor que la demanda de ductilidad sobre el mismo.
Sistema lineal correspondiente
Se define cómo un sistema elástico que tiene la misma rigidez que el sistema elastoplástico durante su aplicación inicial de carga. Ambos sistemas tienen la misma masa y el mismo amortiguamiento. Por lo tanto, el periodo natural de vibración del sistema lineal correspondiente es igual al periodo del sistema elastoplástico bajo oscilaciones pequeñas (u ≤ uy). A mayores amplitudes de movimiento, el periodo natural de vibración no está definido para los sistemas inelásticos.
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Demanda de ductilidad
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Espectros de respuesta inelásBcos
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Resistencia y deformación
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Componentes de desplazamiento
*𝜇 = ,-.
,-/
𝑢1, = 𝑢23, + 𝑢,
𝑢15 = 𝑢23
5 + 𝑢5 He
ux He𝜃
𝜃
u
𝑢1
30Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Factor de reducción 7𝑅5
𝑉: = 2𝑉5
𝑢1, = 2𝑢15 = 4
𝑢235 = 1 𝑢23, = 1
Sistema eslástico
Sistema inelástico
𝑢5 = 𝑢15 − 𝑢23
5
𝑢5 = 2 − 1 = 1𝑢, = 𝑢1, − 𝑢23,
𝑢, = 4 − 1 = 3𝑢15 = 2
𝑉5
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Ductilidad efectiva
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Pérez-Rocha y Avilés (2003)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Modificación de la ducBlidad
33
�
µe =Um
Uy
�
˜ µ e =˜ U m˜ U y
�
Ry =UyK
�
˜ R y = ˜ U y ˜ K
�
K =4π 2MTe
2
�
˜ K =4π 2M
˜ T e2
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 1)
0
0.283
0
0.400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.78
𝑇$ = 0.83 𝑠7𝑅5(IJ) = 1.78
𝑅5( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
34
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 2)
0
0.283
0
0.353
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 7%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.72
𝑇$ = 0.83 𝑠7𝑅5(IJ) = 1.78
𝑅5( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
35
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 3)
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.33 𝑠
'𝑄′ = 1.99
𝑇$ = 0.99 𝑠7𝑅5(IJ) = 2.37
𝑅5( "IJ) = 2.37
𝑇L = 1.1 𝑠
0
0.170
0
0.199
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
36
Planteamiento de la normaBvidad
=
"𝑇$ %𝜁$ '𝑄′37Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
NormaBvidad mexicana
- Normas Tecnicas Complementarias de Diseño por Sismo (2017) -RCDF
- Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE (2008)- Diseño por sismo
38Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Criterios de consideración
Interacción inercial(respuesta de la estructura)
¿Cuándo se puede ignorar?
39Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Se debe determinar la altura efectiva del primer modo. Si se utiliza el método estático se puede considerar como el 70% de la altura total, excepto para estructuras de un nivel.
Altura efectiva
40Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Periodo efectivo
Periodo del sistema equivalente
Traslación de cuerpo rígido
Rotación de cuerpo rígido
41Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Amortiguamiento efectivo
42Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Factor de reducción de resistencia efec
43Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Modos superiores
La contribución de los modos superiores y la combinación de las respuestas modales, se consideran como en el caso de estructuras con base fija (los aportes de los modos superiores no se modifican por interacción suelo-estructura con respecto a los que denen para la estructura con base fija)
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Otras cantidades de respuesta
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Análisis dinámico
Los efectos de interacción se tendrán en cuenta sólo enel modo fundamental de vibración;
La fuerza cortante basal correspondiente al modo fundamental en la dirección de análisis se corregirá por interacción suelo estructura
46Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
47Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
DesplazamientosLos desplazamientos resultantes deberán tenerse en cuenta en el cálculo de los efectos de segundo orden y la revisión del estado límite por choques con estructuras adyacentes.
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Desplazamientos
49Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Desplazamientos inelásBcos totales
"𝑋OPQRS = "𝑋OP "𝑄
"𝑋OPQRS ="𝑉:P𝑉:P
𝑋OP𝑄 +𝑉:P𝐾U
+ ℎO + 𝐷𝑀:P𝐾Y
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 50
Distorsiones de entrepiso
𝑋OPQRS ="𝑉:P𝑉:P
𝑋OP𝑄
Las distorsiones de entrepiso deben calcularse considerando solamente los desplazamientos asociados con las deformaciones de la estructura.
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 51
Análisis estáBco
52Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Otras canBdades de respuesta
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 53
Cimentaciones superficiales
54Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Cimentaciones profundas
55Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Criterios de consideración
- Manual de diseño de Obras Civiles CFE- Sismo
56Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Modelado
57Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Modelado
58Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Análisis dinámico modal
59Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Periodo y amortiguamiento
60Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Análisis estático
61Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
AmorBguamiento
62Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Desplazamientos
63Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Análisis dinámico modal
64Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Cortante basal
65Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Fuerzas sísmicas
66Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Desplazamientos
67Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Periodo equivalente
68Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Normatividad
69Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
DucBlidad efecBva
70Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Funciones de impedancia
71Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Funciones de impedancia
72Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Función de impedancia
73Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Cimentaciones superficiales
74Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Efectos de grupo
75Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Efectos de grupo
76Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 1)
0
0.283
0
0.400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.78
𝑇$ = 0.83 𝑠𝑄′(IJ) = 1.78
𝑄′( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
77
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 2)
0
0.283
0
0.353
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 7%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.72
𝑇$ = 0.83 𝑠𝑄′(IJ) = 1.78
𝑄′( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
78
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 3)
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.33 𝑠
'𝑄′ = 1.99
𝑇$ = 0.99 𝑠𝑄′(IJ) = 2.37
𝑄′( "IJ) = 2.37
𝑇L = 1.1 𝑠
0
0.170
0
0.199
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
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Análisis dinámico (Caso 1)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
"𝑉:P = (0.400)(2,450)=980.23 t
𝑊:P=2,450 t
𝑉:P = 0.282 (2,450)=693.89 t
"𝑉:P𝑉:P
= 1.41
80
Análisis dinámico (Caso 3)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
"𝑉:P = (0.199)(2,450)=487.62 t
𝑊:P=2,450 t
𝑉:P = 0.170 (2,450)=416.32 t
"𝑉:P𝑉:P
= 1.17
81
Análisis estático (Caso 1)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
𝑊:=3,500 t
"𝑉: = 0.282 (3,500)-(0.282-0.400)(2,450)=1,277.61t
𝑊$=(0.7)*(3,500)=2,450 t
𝑉: = 0.282 (3,500)=991.27t
"𝑉:𝑉:= 1.29
82
Análisis estático (Caso 3)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
𝑊:=3,500 t
"𝑉: = 0.170 (3,500)-(0.170-0.199)(2,450)=666.04 t
𝑊$=(0.7)*(3,500)=2,450 t
𝑉: = 0.170 (3,500)=594.74 t
"𝑉:𝑉:= 1.12
83
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Método estático"𝑋O =
"𝑉:𝑉:
𝑋O +𝑉:𝐾U
+ (ℎO + 𝐷)𝑀:𝐾Y
"𝑋P: = 1.12 0.457 +594.7489,491
+ (36 + 5)60,8999,298,334
"𝑋P: = 1.12 0.457 + 0.007 + 0.269 =0.821m
*El cálculo de las distorsiones debe hacerse con el desplazamiento asociado con la deformación de la estructura.
84